(共23张PPT)
学习目标
第一节：
开发利用金属矿物和海水资源
第一课时：金属矿物的开发利用
1．掌握金属冶炼的一般原理，了解不用金属的冶炼方法。
2．掌握铝热反应的原理和实验
3．了解金属回收的意义，树立环保意识。
一、金属元素在自然界的存在形态
金属元素种类多，分布广，活动性差别大，在自然界的存在形式各异，少数化学性质不活泼的金属，在自然界中以游离态存在，如金、铂等。化学性质比较活泼的金属，在自然界中以化合态存在。
游离态金属矿:
金
银
铂
陨铁
黄铜矿CuFeS2
赤铁矿Fe2O3
铝矿Al2O3
锰矿
钨矿
锌矿
化合态金属矿:
辰砂HgS
菱镁矿MgCO3
人类最早发现和应用的金属分别是：
拿破仑常大摆宴席，宴请天下宾客。每次宴会，其它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。
金、银、铜
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。
不活泼的金属最早使用，因为简单的冶炼技术就可以冶炼不活泼的金属！而活泼金属则不然，需要的冶炼技术较为复杂！
金属活动性顺序
K
Ca
Na
Mg
Al
Zn
Fe
Sn
Pb
(H)
Cu
Hg
Ag
Pt
Au
金属活动性逐渐减弱
金属离子的得电子能力逐渐增强
金属活动顺序表中，越靠后的金属越容易被还原，人类开发利用就越早；最活泼的金属只能用最强的手段来使金属离子还原，开发利用越晚。所以不同的金属冶炼方法不一样。
总结：金属的冶炼，要根据金属的活动性顺序不同，采用不同的冶炼方法
1.
金属冶炼的实质
利用金属矿物，将其中的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。
通过氧化还原反应来实现
二、金属的冶炼
金属元素：化合态
即：Mn+
+
ne-
→
M（被还原）
得到电子
游离态
2.
金属冶炼的一般步骤
矿石富集
金属冶炼
金属精炼
将矿物中的有效成分提取出来，以减少杂质、提高品位
利用氧化还原原理，在一定条件下，将金属矿物中的金属离子从其化合物中还原出来，得到粗金属单质
采用一定的方法，提纯金属，得到较纯净的金属。
3.
金属冶炼的方法原理
(1)物理提取法---富集法：
适用于极不活泼的金属——Pt、Au
《浪淘沙》
--刘禹锡
日照澄洲江雾开,
涛金女伴满江隈.
美人首饰侯王印,
尽是沙中海底来.
淘金原理
原理:金的质量较沙重,在淘去粗沙后,用水银滚动吸附金。水银是已知唯一可以粘附金的物质.
K
Ca
Na
Mg
Al
Zn
Fe
Sn
Pb
(H)
Cu
Hg
Ag
Pt
Au
HgO
Ag2O
(2)热分解法
：适用于金属活动顺序表中Cu之后的Hg、Ag等不活泼金属
2HgO
2Hg
＋
O2
↑
加热
2Ag2O
4Ag＋O2
↑
加热
(3)热还原法:
适用于金属活动性顺序表中介于Zn和Cu之间的金属的冶炼。
K
Ca
Na
Mg
Al
Zn
Fe
Sn
Pb
(H)
Cu
Hg
Ag
Pt
Au
常用的还原剂：
C、CO、H2、活泼金属（如Al）等
Fe2O3＋3CO
2Fe＋3CO2
高温
2CuO
+
C
2Cu
+
CO2
高温
高炉炼铁
主要反应
WO3
+
3H2
W
+
3H2O
高温
注：对适用热分解或热还原法冶炼的金属（即顺序表Zn
之后的金属），当金属以硫化物或碳酸盐形式存在，一般首先将其转化成
后再还原。如：
氧化物
2ZnS
+3O2
2ZnO
+
2SO2
高温
2ZnO
+C
2Zn
+
2CO2
高温
Cu2S
+
O2
2Cu
+
SO2
高温
例1.分析火法炼铜中的电子转移方向和数目：
练1.古代炼丹术家葛洪《抱朴子》：“丹砂烧之成水银，积变又还成丹
砂”，写出该过程中发生的化学反应：
HgS
+
O2
Hg
+
SO2
加热
Hg
+
S
HgS
(4)电解法
:
适用于钾、钙、钠、镁、铝等非常活泼金属的冶炼。
K
Ca
Na
Mg
Al
Zn
Fe
Sn
Pb
(H)
Cu
Hg
Ag
Pt
Au
（
Zn前金属）
MgCl2
(熔融)
Mg
＋
Cl2
↑
电解
2NaCl
(熔融)
2Na＋Cl2
↑
电解
2Al2O3
(熔融)
4Al
＋
3O2
↑
电解
冰晶石
铝土矿
优缺点：炼得的金属纯度高，耗电量大，生产成本高。
注：只能电解其熔融盐或氧化物或氢氧化物，电解其盐溶液时无法得到活泼金属单质。
认真阅读资料，思考：
资
料
1.冶炼金属镁不用MgO而用MgCl2？
2.冶炼金属铝为什么不能用AlCl3呢？冰晶石的作用？
物质
熔
点
氯化钠
801
℃
氯化镁
714
℃
氧化镁
2852
℃
氯化铝
190
℃
氧化铝
2050
℃
MgO熔点太高，熔融会消耗大量热能，成本较高
②冰晶石：六氟铝酸钠（Na3AlF6），熔点1009℃，熔融的冰晶石能溶解氧化铝，降低氧化铝熔点，减少能耗，在电解铝工业作助熔剂。
①AlCl3是共价化合物，在熔融状态下以分子形式存在，而不能电离出离子，也就不能导电，也就无法进行电解了。
（5）铝热反应
铝和金属氧化物在高温条件下发生剧烈放热的化学反应，把相对不活泼的金属置换出来。
认真阅读实验4—1，并完成下列问题：
铝热剂
剧烈放热反应
现象
化学
方程式
Fe2O3+2Al
===
2Fe
+
Al2O3
高温
镁条剧烈燃烧，反应放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗下部被烧穿，有熔融物落入沙中。
①镁带打磨净表面的氧化膜，氧化铁粉末要干燥，铝粉没有被氧化；
②要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出；
③蒸发皿中铺少量细沙，目的一是防止蒸发皿炸裂，二是防止熔融的金属溅出伤人；
④实验装置应远离人群和易燃物；
⑤铝热反应为剧烈放热反应，放出的热可以维持反应继续进行，因此不需要持续加热。
⑥镁条是引燃剂，氯酸钾为助燃剂，引发操作是：在混合物上面加少量氯酸钾固体，中间插一根用砂纸打磨过的镁条，用燃着的小木条点燃镁条。
铝热反应实验注意问题
3MnO2＋4Al
2Al2O3＋3Mn
高温
Cr2O3+2Al
2Cr
+
Al2O3
3Co3O4+8Al
9Co
+
4Al2O3
高温
高温
其它铝热反应：
铝＋某些金属氧化物
Al2O3＋金属
高温
铝热剂
铝热反应的应用
生产：焊接钢轨
冶金工业：冶炼高熔点的金属铬、钴、钒、锰
金属的活泼性与冶炼方法的关系
金属单质还原性、失电子能力依次减弱
金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强
三、金属的回收和利用
计算表明，生产1
mol
铝消耗的电能至少为1.8
×106J，回收铝质饮料罐得到铝与从铝土矿制铝相比，前者的能耗仅为后者的3%~5%。用铝土矿生产铝，能耗高，资源消耗量大，在生产过程中会产生大量的废气、废液及废渣，对大气水体及土壤会产生很大污染。通过对上述数据的分析和对比，你想到了什么？请将你的想法和同学交流。
1.回收金属的意义
①节约矿物资源；②节约能源；③减少环境污染
①废旧钢铁用于炼钢；②废铁屑用于制铁盐；③定影液用于回收银
2.回收金属的实例
金属矿物资源有限，金属冶炼也会耗能，容易污染环境
3.合理利用矿物资源
途径
提高金属矿物的利用率
减少金属的使用量
加强金属资源的回收和再利用
使用其他材料代替金属材料
例2.如图是铝热反应(
)的实验装置，有关该反
应的下列说法中正确的是( )
A．a为镁条
B．b为氧化铁与铝粉混合物
C．2
mol氧化剂参与反应则转移6NA个电子
D．还原剂与氧化产物的物质的量之比为1：2
Fe2O3+2Al
===
2Fe
+
Al2O3
高温
A
练2.下列说法中，不正确的是( )
A．金属的冶炼原理，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将
金属从其化合物中还原出来
B．冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂
C．金属由化合态变为游离态，都是被还原
D．金属单质被发现和应用得越早，其活泼性一般较弱
B
例3．下列化工生产原理错误的是( )
①可以用电解熔融氯化钠的方法来制取金属钠
②可以用钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁
③炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，故不需要加热
④可用碳还原二氧化硅制粗硅
⑤工业上约于850
℃时用钠还原熔融氯化钾方法制取金属钾
A．②③
B．①③
C．①②③
D．②
解析：钠加入氯化镁饱和溶液中首先和水反应生成NaOH，进而生成Mg(OH)2沉淀；炼铁高炉中所发生的反应不都是放热（C+CO2=2CO）的，且有些放热反应也需要加热才能进行；工业制硅和钾利用的都是生成了气态物质，脱离的反应体系，促使反应的进行。
A
练3.工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法。你认为选择
方法的主要依据是（
）
A.金属在自然界的存在形式
B.金属元素在地壳中的含量
C.金属熔点高低
D.金属阳离子得电子的能力
D
练4.关于废旧金属处理的下列说法中不正确的是（
）
A.对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用
B.重金属对人体有害，对废旧重金属材料的处理方法是填埋
C.废旧钢铁可用于炼钢，废铁屑可用于制铁盐
D.照相业、科研单位和医院X光室回收的定影液中，可以提取金属银
E.废旧电池的回收主要目的是为了资源的回收利用
BE(共35张PPT)
学习目标
第一节
开发利用金属矿物和海水资源
第二课时：
海水资源的开发利用
1．了解直接利用海水循环冷却
2．掌握海水淡化方法
3．掌握海水资源开发及利用中制盐工艺、海带提碘、提溴的原理
4．了解水资源保护的意义
5．认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用
海洋约占地球表面积的71%
21世纪人类将重点开发海洋资源，我们能从海洋中获得哪些资源呢？
海水中蕴含着的丰富资源，海洋是人类赖以生存的资源宝库。
一、海洋资源
海洋中的生物资源
可供人类使用的鱼虾贝类为每年6亿吨
海水中的化学资源
海水中铀多达45亿吨是已知陆地铀矿储量的4500倍；
氘有50亿吨足够人类用上千万年。
海水是元素的宝库，含有８０多种元素，以氢、氧、氯、钠、镁、硫、钙、钾等较多。
但许多元素的富集程度很低，如1t海水中金的含量仅有4
×10-6g。
海底的矿产资源
大陆架的浅海海底：
石油、天然气、煤、硫、磷等
近岸带的滨海砂矿：
砂、贝壳等建筑材料和金属矿产
多数海盆中：
深海锰结核
海洋能源资源
具有开发价值的：潮汐发电和波浪发电
分散性
广阔性
海水中水的储量约为1.3×109
亿吨，占地球总水量
97%
元素种类很多，总计含有80多种元素
许多元素的富集程度很低
多样性
二、丰富的海水资源
1.海水资源的特点：
⑴海水水资源的利用主要途径:
⑵海水淡化的方法:
2.海水资源的开发利用
水资源的利用
直接利用,进行
循环冷却等
海水淡化
①蒸
馏
法（最先使用，技术成熟，但成本高）
原理：加热到水的沸点，液态水变成水蒸气，与海水中的盐分离，水蒸气冷凝得淡水。
工业用水中约80%是工业冷却用水。因此直接利用海水进行循环冷却是解决水资源短缺的重要途径。
加入沸石或碎瓷片
温度计水银球处于支管口处
下进上出
液体体积不超过烧瓶体积1/3
安全管，起平衡气压的作用
太阳能蒸发法
太阳能蒸发原理示意图
②离子交换法：用人工合成的离子交换膜淡化海水的新技术。
（目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂）
③电渗析法（成本低，但未能大量生产）
例1.一位遇上海难的水手，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
D
三、海水化学资源的开发利用
这是一种传统的制盐方法：将海水引入盐田，在太阳照射下蒸发水，留下粗盐。
1.海水制盐：
回顾从海水中提取NaCl方案
①Na2CO3
②NaOH
③BaCl2
②③①
或③②①
或
③①②
粗盐中的杂质：
除杂试剂：
试剂加入顺序：
主要操作：
溶解、过滤、蒸发
④盐酸
粗盐
淡水
卤水
海水
盐水
滤液
沉淀
适量
盐酸
溶解过滤
（含Mg+）
BaCl2
NaOH
Na2CO3
过滤
蒸发
结晶
泥沙、Ca2+、Mg2+、SO42-
氢氧化钠
饱和食盐水
氢气
氯气
盐酸
漂白剂
合成农药等
冶炼金属等
造纸、玻璃、肥皂、纺织等
2NaOH
+
CO2====
Na2CO3
+
H2O
2NaCl（熔融）===
2Na
+
Cl2↑
电解
2NaCl
+
2H2O
===
H2↑
+
Cl2↑
+
2NaOH
电解
氯碱工业：
电解制钠：
2NaOH
+
Cl2
====
NaClO
+
NaCl
+
H2O
制漂白剂：
制纯碱：
2．海带中提碘
(1)海带中含有碘元素的检测
海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素，碘元素主要以以I—离子的形式存在。
①用刷子刷净干海带表面的附着物，剪刀剪碎，用酒精润湿后放入坩埚中；
②灼烧海带成灰，停止加热，冷却；
③海带灰转移到小烧杯，加蒸馏水，搅拌、煮沸2
～
3min、过滤水洗；
④滤液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入几滴淀粉溶液。
实验应注意问题
①干海带不能用水冲洗，海带水浸液中含有I—
，水洗会造成碘损失,且海带不易燃烧。
②剪碎后，用酒精润湿的作用是使海带易于灼烧完全，并缩短灼烧时间。
④搅拌、煮沸2
～
3min的作用是：加快碘化物在水中的溶解，以使灰烬中的I—尽可能全部进入溶液。
③灼烧时为了防止产生的烟气污染室内空气，可以在通风橱中进行。
⑤过滤后水洗的目的是：洗去残留在灰渣上的溶液，减少碘元素的损失。
⑥硝酸、高锰酸钾（H+）溶液、氯气、浓硫酸都是常用的氧化剂，本实验选择过氧化氢溶液的原因是什么？
过氧化氢是绿色氧化剂，无污染且不产生新的杂质。其它的氧化剂除了产生新的杂质，还有可能因为氧化性太强，将I2继续氧化为高价化合物
2I－
+
H2O2
+
2H＋
=
I2
+
2H2O
氯气过量时：I2
+
6H2O
+
5Cl2
=
10HCl
+
2HIO3
高锰酸钾（H+）溶液的紫色对实验也产生了干扰
（2）提取海带中的碘元素得到单质碘
燃烧
加水溶解
搅拌煮沸2
～3min
过滤
稀硫酸
过氧化氢溶液
蒸馏
海带灰
海带
悬浊液
滤液
碘水
碘的CCl4溶液
单质碘
萃取
分液
生物
富集
海水
例2：碘在加碘盐中以IO3-的形式存在。利用I-能被氧化剂氧化的特性，已知在酸性条件下，IO3-会和I-发生如下反应：IO3-+5I-+6H+＝3I2+3H2O，根据该反应，我们可以用试纸和生活中常见的物质检验加碘盐中IO3-的存在。
淀粉碘化钾试纸、食醋
例3.从海带中提取碘的实验过程中，涉及下列操作，其中正确的是( )
D
3.海水提溴：
认真阅读教材P91资料卡片，设计一个实验方案模拟这一生产过程？写出有关的化学方程式
富集Br
—
实验应注意问题
①中用硫酸酸化可提高Cl2的利用率，理由是:
酸化可抑制Cl2、Br2与水反应，提高Cl2利用率
②流程中并未直接用“含Br2的海水”进行蒸馏得到液溴，而是经过“空气吹出”、“SO2吸收”、“氯化”后再蒸馏，这样操作的意义是:
溴单质的沸点较低，易挥发，用热空气即可使其从溶液中挥发出来。
与直接蒸馏含Br2海水相比效率更高，消耗能源少，成本降低。
③溴单质在四氯化碳中的溶解度比在水中大得多，四氯化碳与水不互溶，但在上述工艺中却不用四氯化碳，原因是:
四氯化碳萃取法工艺复杂，设备投资大，经济效益低，环境污染严重
④蒸馏过程中，温度应控制在80～90
℃。温度过高或过低都不利于生产，请解释原因:
温度过高，产生大量水蒸气，溴蒸气中水蒸气增加；温度过低，溴不能完全蒸出，吸收率低
⑤溴蒸气冷凝后得到液溴与溴水的混合物，可利用它们的相对密度相差很大的特点进行分离，液溴从分液漏斗下口流出。
海水提溴的实验室模拟装置
Br2
＋
SO2
＋
2H2O
=
2HBr
＋
H2SO4
2NaBr
＋
Cl2
==
Br2
＋2NaCl
2HBr
＋
Cl2
==
Br2
＋
2HCl
例4.在空气吹出法的工艺中，有选用纯碱溶液作溴蒸气吸收剂的，也有选用SO2作溴蒸气吸收剂的，下列有关说法正确的是( )
A.两种吸收过程中，Br2只作氧化剂
B.两种吸收过程都发生了氧化还原反应
C.用纯碱溶液作吸收剂时，纯碱作还原剂
D.用纯碱溶液作吸收剂只发生了复分解反应
B
3Br2
＋
3Na2CO3
=
5NaBr
＋NaBrO3
＋
3CO2
5NaBr
＋NaBrO3
＋
3H2SO4=
3Br2
＋
Na2SO4＋
3H20
Mg
无水MgCl2
MgCl2溶液
Mg(OH)2沉淀
溶液
熔融
电解
浓缩海水
(含Mg2+)
石灰乳
Mg2++Ca(OH)2==Mg(OH)2+Ca2+
就地取材－利用海滩上的贝壳(CaCO3)
CaCO3==CaO+CO2↑
CaO+H2O==Ca(OH)2
△
过滤
盐酸
Mg(OH)2+2HCl
==MgCl+2H2O
MgCl2(熔融)===Mg+Cl2↑
电解
4.海水提镁：
浓缩结晶脱水
节约原料——循环利用氯元素
思考工业上为何用MgCl2溶液经加热浓缩，冷却结晶后得到MgCl2
·
6H20，再用如下方法脱水，而不是直接蒸发MgCl2溶液。
例5.已知反应：MgCl2
＋
2H2O
?
Mg(OH)2
＋2HCl
△H﹥0
MgCl2
·
6H20
?
Mg(OH)
Cl＋HCl
＋
5H2O
△H﹥0
直接蒸发MgCl2溶液或MgCl2
·
6H20
，将使上述反应都正向移动，最终得到的是Mg(OH)2
，
Mg(OH)2不稳定，受热分解变成MgO
HCl气流作用：抑制MgCl2
·
6H20水解，加热过程中结晶水不断失去
D
本工艺流程中先后制得Br2、CaSO4和Mg(OH)2，能否按Br2、Mg(OH)2、CaSO4的顺序制备？__________，原因是：
例7.工业上海水资源合理开发利用的部分工艺流程如图所示：
否
先加石灰水，将会使部分CaSO4沉淀，造成Mg(OH)2含有CaSO4
练1.目前世界上60%的镁是从海水中提取的。已知海水提镁的主要步骤如下：
学生就这个课题提出了以下问题：
Ⅰ.在海水提镁的过程中如何实现对镁离子的富集？
有三个学生提出自己的观点。
学生1的观点：直接往海水中加入沉淀剂。
学生2的观点：高温加热蒸发海水后，再加入沉淀剂。
学生3的观点：利用晒盐后的苦卤水，再加入沉淀剂。
请你评价三个学生提出的观点是否正确(填“是”或“否”)，并简述理由。
Ⅱ.在海水提镁的过程中如何实现对镁离子的分离？
(1)为了使镁离子沉淀下来，加入的足量试剂①是__________(填化学式)。
(2)加入的足量试剂②是_______(填化学式)。
是否正确
简述理由
学生1
学生2
学生3
海水中镁离子浓度低，沉淀剂用量大，不经济
否
否
是
能源消耗大，海水的综合利用低，成本高
镁离子富集浓度高、成本低
Ca(OH)2
HCl
解析：Ⅰ.海水中镁的总量虽然多，但是镁离子浓度却很小，若直接往海水中加入沉淀剂，则所需要的沉淀剂用量大，不经济；
高温加热蒸发海水，固然可以提高镁离子浓度，降低使用沉淀剂的成本，却消耗了大量能源，大大增加了能耗的成本；
海水晒盐时，利用了太阳能，在得到食盐的同时，增大了镁离子浓度，剩余苦卤水得到了合理利用，降低了成本。
1、物理性质
①
银白色、密度比较小，有金属光泽、质软；具有很好的延展性、导电性、导热性。
②其合金的强度高、机械性能好,被称为“国防金属”。
五、镁（Mg）
可用于制造汽车、飞机、火箭。
2.镁的用途
镁合金是航空器、航天器和火箭导弹制造工业中使用的最轻金属结构材料。
镁被誉为“国防金属”
