课件24张PPT。第四章 化学与自然资源的开发利用 第一节 开发利用金属矿物和海水资源 金银人类最早发现和应用的金属分别是：铜铜 镜汉武帝时铜币先秦刀币 铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的“石器时代”。 在公元前6000年到7000年左右，人类开始迈进了象征古代文明开端的“铜器时代”。资料卡片 这是英法联军洗劫焚毁世界建筑史上最杰出的园林—圆明园后，被劫掠到国外的珍贵文物——铜虎头，2000年在香港被拍卖。由中国派员出高价将其赎回。勿忘国耻!!!
中国还有上百万件珍贵文物流失海外。 人类最早是在由天而降的陨石中获得单质铁的，陨石中含铁量高达90%以上。 古代阿拉伯人曾传说“天上的金雨落进沙漠里变成了黑色的铁”。济 南 陨 铁新 疆 陨 铁南极洲陨铁 除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界。怎样才能高效地使用这些金属？是化学所需要研究的问题。思考：
1、金属冶炼指的是什么？
2、不同金属的冶炼方法是否相同？
3、金属活动顺序与金属冶炼有什么关系？结论：①金属位置越靠后，越易被还原，用一般的还原方法即可； ②金属位置越靠前，越难被还原，要用较强的还原手段来还原金属活动性顺序大约100多年前大约2500年前大约4000年前K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 一、金属矿物的开发利用 1、金属的冶炼 将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程在工业上称为金属的冶炼。 法国皇帝拿破仑是一个喜欢炫耀自己的人。他常常大摆宴席，宴请天下宾客。每次宴会，他总是摆出一副高人一等的样子。餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的那一个碗却是铝制品。为什么贵为法国皇帝，在当时却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢？思考拿破仑
与铝碗100多年前，为了表彰门捷列夫对化学的杰出贡献，
英国皇家学会不惜重金制作了一个比黄金还要贵重
的奖杯——铝杯，赠送给门捷列夫。 由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银之上，直至19世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。 自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工 艺不断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成分是Al2O3，当然还有很多其它杂质）中冶炼铝的技术，使得制铝成本大大下降，铝的价格也一降千丈，走入千家万户。 今天铝的产量仅次于钢铁了，铝及铝合金成为现代文明不可缺少的金属，铝在工业上被称为 “钢精”，因为它的合金不但轻，而且强度足以替代钢铁，铝除了用于建材之外，还被用于航天工业，如我国第一颗人造卫星东方红一号，外壳全部用铝合金制成，美国的阿波罗—11号宇宙飞船所用的金属材料中，铝及合金占75%左右，可以说人类送上太空的金属中，铝是最多的了。注意：正常人的人体内，每70公斤体重约含61毫克铝。铝摄入过多却是对人体有害的，经研究表明，铝元素能渗入人脑，与神经元细胞释放出来的具有传递信息功能的有机碱反应，导致神经系统传递信息受阻，引起老年痴呆。古代中国劳动人民用木炭炼铁 我国古代炼铁工业长期领先于世界，我国在西汉初时已经懂得用木炭与铁矿石混合高温冶炼生铁，领先欧洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭炼铁，而欧洲最早的英国直到500年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握这一技术。 1996年之后，我国再度成为钢铁产量最大的国家。2 金属冶炼的步骤矿石的富集（除去杂质）冶炼（一定条件下，把矿石中的金属离子还原成金属单质）精炼（采用一定的方法提炼纯金属） 3、金属冶炼的方法（1）、热分解法（适合一些不活泼金属）（2）、电解法（适合一些非常活泼金属） （3）、热还原法（适合大多数金属） （常用的还原剂有：焦炭、CO、H2 ）（高炉炼铁的主要反应）小结：冶金的一般方法：可见，越活泼的金属越难冶炼K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）、CuHg、Ag强————————————→弱弱————————————→强电解法热还原法热分
解法Pt、 Au物理提取法常见还原剂除焦碳、CO、H2外,还有哪些呢?铝热反应（实验4－1）铝
热
反
应
的
应用 铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨。在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝与金属氧化物反应，冶炼钴、铬、锰等。反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入蒸发皿。相关化学反应方程式：结论：铝也是还原剂，在一定的条件下与某些金属氧化物反应，把其中的金属还原成单质。所以一些活泼的金属也可作还原剂。 以铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨铝土矿资源。当前全球原铝的年产量约2500万吨，年消耗铝土矿超过一亿吨，如果照此发展下去，地球上的铝土矿资源就会越来越少，直至有一天枯竭。如果人类消费的铝能够回收利用，只要回收利用量达到产量的二分之一，每年就将减少铝土矿消耗量约5000万吨，这对保护全球铝土矿资源具有极为重要的意义。其次，利用废杂原料生产一吨合金铝锭与用铝土矿原料生产一吨原铝锭相比，可以节省95％以上的能源消耗。 你知道吗？据有关资料统计，
每生产一吨原铝锭需要消耗能源213．2TJ(电能约占82％)，而生产一吨再生铝合金锭所需能源消耗为5．5TJ(燃料约占80％)，仅为原铝锭生产能源消耗的2．6％，优势比较明显。由于铝可以反复循环使用，从再生铝废料中再生产铝，其节能效果更加显著。另外，再生铝生产中二氧化碳的产生量和排放量与原铝生产相比，大为减少。有资料统计，再生铝生产可比用水电生产原铝减少二氧化碳排放量91%，比用燃油发电减少二氧化碳排放量97％以上，比用煤发电减少的二氧化碳排放量更多，环保效益十分显著。
小资料4、金属资源的可持续发展回收和再利用
提高金属矿物的利用率
减少金属的使用量
使用其他材料代替金属材料
……金属的回收和资源保护1、金属冶炼的目的是 （ ）
A、把金属化合物还原为金属单质 B、除去金属中的杂质
C、把金属单质变为氧化物 D、把电能转变为化学能
2、工业上常采用电解法冶炼的金属是 （ ）
A、Fe B、Cu C、Al D、Ag
3、宋代时期，人们发现江西上饶有一口苦泉，蒸发这种苦泉水会得到胆矾，熬苦泉水的铁锅用久了会变成铜锅，这是湿法炼铜的起源，请写出该反应的离子方程式： 。AC Fe＋Cu2+ ＝ Cu＋Fe2+ 练习:课件19张PPT。海水资源的开发利用第四章第一节第2课时为什么中日在钓鱼岛问题上互不相让? 钓鱼岛又称钓鱼台、钓鱼台群岛、钓鱼台列岛（日本人称其为“尖阁列岛”），位于中国东海大陆架的东部边缘，在地质结构上是附属于台湾的大陆性岛屿。钓鱼列岛周围海域面积约为17万平方公里，相当于5个台湾本岛面积。钓鱼诸岛及其附近海域，不仅蕴藏有大量石油资源，在其他方面也有巨大的经济价值。问题与讨论： 海水中蕴含着丰富的水资源和化学资源，21世纪人类将重点开发海洋资源。1、海水资源海洋约占地球表面积71%
海洋中的资源 ：
动物:（鱼类、海狮、海马、贝类………
植物:（海草、海带…………
矿物:（各种盐、NaCl、MgCl2 、海底金属结核矿、石油
水 :海水中的水约1.3X109 亿吨,占地球总水量97%
还含有80多种元素（1）海水的淡化： 海水淡化的方法:
①蒸 馏 法（最先使用，技术成熟，但成本高）
②电渗析法（成本低，但未能大量生产）
③离子交换法（目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂）2、海水资源的利用：（2）海水的综合利用 ①海水制盐——生产NaCl
②NaCl的水溶液制NaOH
③制金属Na
2NaOH + CO2= Na2CO3 + H2O
2NaCl + 2H2O 电解 H2? + Cl2? + 2NaOH 2NaCl（熔融）=== 2Na + Cl2④制Na2CO3⑤从海水中提取溴电解2NaBr + Cl2== Br2+2NaCl2H2O + Br2+SO2== H2SO4+2HBr2HBr + Cl2== Br2+2HCl海水提溴的实验室模拟装置 科学探究：
如何证明海带中有碘离子？阅读教材P83页实验4—2 。证明海带中存在碘元素1、取约3克的干海带，用刷子去净其表面上的附着物，把海带剪碎后，用适量酒精浸湿，放入坩埚中
2、把泥三角放在铁三脚架上，将坩埚放在泥三角上，点燃酒精灯将海带灼烧至完全成灰，停止加热，使海带冷却至室温。
3、将海带灰转移到小烧杯中，加入约10mg蒸馏水，搅拌，煮沸2-3min，过滤
4、在滤液中滴入几滴3mol/ L的稀硫酸再加入约1ml3%的H2O2 ，观察现象
5、再向溶液中加入几滴淀粉溶液，再观察现象
实验现象：
化学方程式：加入H2O2后，溶液由无色变为黄色，再加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色2KI+ H2O2+H2SO4 = I2 +K2SO4+2H2O引入海水贝壳（CaCO3) 工业制镁流程沉降池过滤槽 Mg(OH)2盐酸锻烧产物电解 MgCl2金属镁氯气 ⑥从海水中制金属镁
化学反应：
a. MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 ↓ + CaCl2
b.Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + H2O
c. MgCl2 通电 Mg + Cl2 ?第二步：海水 Mg(OH)2 盐酸、浓缩、脱水 MgCl2 电解 Mg第一步：制石灰乳：贝壳 煅烧 CaO 水 石灰乳石灰乳1 从海水中提取下列物质,可以不涉及到化学变化的是 ( )
A Mg B NaCl
C Br2 D K
2 医生建议因缺少某种元素而患甲状腺肿大的病人多食用海带,这是因为海带中含有较丰富的 ( )
A 碘元素 B 铁元素
C 钾元素 D 锌元素
BA习 题A 海水? Mg(OH)2 盐酸MgCl2 电解 MgB 海水 盐酸MgCl2 电解 MgC 海水 NaOH Mg(OH)2 电解 MgD 海水 CL2 MgCl2 电解 Mg ? ? ? ? ? ? ?3 从海水中提取镁的主要流程是( ）A ? 一位遇上海难的水手，随着木排在海上漂流。他用完了淡水，感到异常口渴，但他不喝海水，因为他知道海水会致命。原因是 （ ）
A、海水有苦涩味，根本喝不下去
B、海水中含有多种盐，能使肠胃腐烂致人死亡
C、海水中有许多微生物，有些微生物能致人死亡
D、海水会造成人体水分从血液和组织内脱离出来，进入肠胃中，使人脱水死亡想一想、猜一猜D太阳能蒸发海水示意图： 蒸馏法所用的装置及原理原理：加热到水的沸点， 使水汽化变成水蒸气，再冷凝得淡水。
注意：图4-3海水蒸馏原理示意图进冷却水 出 它是利用离子交换膜的选择透过性，在直流电场的作用下使水中的离子有选择的定向迁移，使溶液中阴阳离子发生分离的一种理化过程，由于其能耗低、产水量大、脱盐率高稳定性强等特点，现已被广泛的用于医药、电子、化工、食品、硬水软化、海水淡化等方面。 电渗析法： 第一节?? 开发利用金属矿物和海水资源说课稿
一、说教材
（一）在教材的地位及作用
本节课选自人民教育出版社出版的全日制普通高中课程标准实验教科书《化学2（必修）》第四章第一节《开发利用金属矿物和海水资源》的第一课时金属矿物的开发利用。化学研究和应用的一个重要的目标就是开发和利用自然界中可能的物质资源和能源资源，为人类生存和社会发展提供必要的物质和能源基础；同时，应注意到这一过程必须同自然环境相互协调，走可持续发展的道路。本课时是以金属活动顺序表、氧化还原反应为依托，探究金属的冶炼原理、金属资源的回收和利用。帮助学生认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，揭示化学与可持续发展的重要关系，树立资源保护意识几合理开发意识。
（二）教学目标
知识和技能目标：
1．以金属矿物的开发和利用为例，认识化学方法在实现物质间转化的作用。
2．掌握金属冶炼的一般原理基础及不同金属的冶炼方法。
过程与方法目标：通过金属矿物的开发和利用，使学生体会到自然环境相互协调，走可持续发展的道路的重要性。
情感态度和价值观目标：培养学生关心科学、研究科学和探索科学的精神。
教学重点：了解化学方法在金属矿物开发（主要是金属冶炼）
教学难点：学生在掌握金属冶炼的一般原理基础上，了解使用于不同金属的冶炼方法
教学过程：
【引言】
人们通常将化学物质进行分类，在原子、分子等不同的结构层次上研究物质及其发生化学变化的规律，认识物质在变化过程中表现出的性质。所有这些都是人类利用自然资源、丰富物质世界的重要科学依据。本节课我们主要以金属矿物为例，一起认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。
第一课时?????? 金属矿物的开发和利用
阅读课本p88资料卡片
自然资源与可持续发展
广义地讲，所谓自然资源，是指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。可持续发展的目标是满足人类需要，强调人类的行为要受到自然界的制约、强调代际之间、人类和其它生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。它包括经济的可持续发展，社会的可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展和全球可持续发展。
【新课】第一课时 金属矿物的开发和利用
一、阅读并完成下列问题：
1、金属冶炼的基本原理是什么？
2、金属冶炼的基本方法有哪些？
3、金属冶炼会带来哪些附加问题？
二、金属的冶炼
金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中还原出来的生产过程。金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法。总的说来，金属的性质越稳定，越容易将其从化合物中还原出来。
金属的冶炼利用的反应原理是什么呢？
资料：
铜、铁、铝被人类大规模开发、利用的大致年限
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
阅读资料，请尝试解释人类大规模开发、利用各种金属的时间顺序。
你认为冶炼不同金属的差异是什么？这些差异与金属的什么性质有关？
㈠金属冶炼的方法主要有：
（1）热分解法
对于不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来，例如：2HgO==2Hg+O2↑ 2Ag2O==4Ag+O2↑
（2）热还原法
在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属，通常是用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，例如：
WO3+3H2==W+3H2O ZnO+C==Zn+CO↑
Fe+CuSO4==FeSO4+Cu
具有工艺简单、生产量大、能耗低等优点，一直沿用至今。这种方法生产的铁占世界铁总产量的95％以上。
Fe2O3+3CO==2Fe+CO2↑
Fe2O3+2Al==2Fe+Al2O3
（铝热反应）
【演示实验】课本p89实验4-1
? 注意事项：实验时要注意安全，反应装置应远离易燃物；铝粉要细（200目以上），最好用铝银粉（商业名称）；预先擦去镁带的氧化膜，长度约需10cm（过短热量不够，影响实验效果。
现象：，镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的光芒。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，除去外层熔渣，可以发现落下的是铁珠。
结论：Fe2O3+2Al==2Fe+Al2O3（铝热反应）
铝热反应的特点：高温引燃剧烈放热，体现氧化铝高熔点的性质。
??? 应用：①焊接钢轨②冶炼高熔点金属
（3）电解法
非常活泼的金属用一般的还原剂很难将它们还原出来，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，例如：
2NaCl（熔融）==2Na+Cl2↑ 4NaOH（熔融）==4Na+O2+2H2o
MgCl2（熔融）==Mg+Cl2↑ 2Al2O3 ===4Al+3O2↑
一些对纯度要求较高的不活泼金属也可以采用电解其盐溶液的方法来进行冶炼，例如：2CuSO4+2H2O==2Cu+2H2SO4+O2↑
（4）有些金属可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来，例如：
Cu2S+O2==2Cu+SO2
结论：（学生总结）金属活动顺序表中不同金属冶炼方法的选择
电解法????????? 热还原法????????? 热分解法
K Ca Na Mg Al ? Zn Fe Sn Pb（H）Cu ? Hg Ag
【思考】为什么人类使用铁器比使用铜器晚？
金属使用的先后与金属冶炼的难易有关。
三、金属提炼步骤：
（1）矿石的富集、除杂；（2）冶炼；（3）精炼。
矿产资源是大自然赋予人类的宝贵财富，但并非取之不尽用之不竭，随着人们的开发利用，将会日渐减少，因此要加强金属资源的回收和再利用，节约矿产资源。我国幅员辽阔，是世界上矿产资源比较丰富、矿产品种比较齐全的国家。我国矿产资源总值居世界第3位，但人均拥有量约为世界人均水平的 。因此，我们更应注意金属的回收和资源的保护。
[课堂练习1]
冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法，②水煤气（或H2或CO）法，③活泼金属置换法，④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有（ⅰ）火烧孔雀石法炼铜，（ⅱ）湿法炼铜，现代有（ⅲ）铝热法炼铬，（ⅳ）从光卤石（KCl?MgCl2?6H2O）中炼镁，对它们的冶炼方法分析不正确的是（ ） a．（ⅰ）用① b．（ⅱ）用② c．（ⅲ）用③ d．（ⅳ）用④ 解析：（ⅰ）（ⅱ）（ⅲ）（ⅳ）发生的反应分别是： （ⅰ） 符合① （ⅱ）符合③ （ⅲ）符合③ （ⅳ）先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2，符合④ 答案：b [课堂练习2]
工业上用铝土矿（主要成分是al2o3）生产铝的过程，可用简单示意图表示如下（图中字母代表有关物质的分子式）
写出①～④反应的方程式。
答案：
①Al2O3+2NaOH====2NaAlO2+H2O
②2NaAlO2+CO2+3H2O====2Al(OH)3↓+Na2CO3
③Na2CO3+Ca(OH)2====CaCO3↓+2NaOH
④2Al(OH)3 ==Al2O3+3H2O
阅读思考：
未来金属 —— 钛(Ti)
钛被称为继铁、铝之后的第三金属，也有人说“21世纪将是钛的世纪”。
钛是一种性能非常优越的金属。密度小、硬度大、熔点高。钛的化学性质稳定，耐腐蚀。钛和钛的合金大量用于飞机、火箭、导弹、人造卫星和宇宙飞船等领域。
钛的主要矿石是金红石（主要成分是TiO2）
冶炼钛可以采用什么方法呢？
课后思考
如何解决金属冶炼所带来的附加问题？我们可以做些什么？
【作业】课本p93习题1、2、3
