第一节 开发利用金属矿物和海水资源(共2课时).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,一、金属矿物的开发利用,一、金属矿物的开发利用,1、金属元素的存在：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。,2、金属的冶炼,冶炼金属的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。,金属活动性顺序,KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu,金属活动性逐渐减弱,金属离子的得电子能力逐渐增强,金属冶炼的方法,要根据金属的活动性顺序不同，采取不同的冶炼方法,（2）热分解法（适合一些不活泼金属）,3、金属冶炼的方法,（1）物理提取法：适用于极不活泼的金属Pt、Au,（3）热还原法（适用于大部分金属）,铝热反应实验41,注意观察现象,反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量热，发出耀眼白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。,铝热剂,铝还原剂（活泼金属可作还原剂）,其它的铝热反应：,应用：(1)焊接钢轨，(2)冶炼金属。,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。,然而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，当然还是有很多其它杂质的）中冶炼铝的技术了，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。,Al,（4）电解法（适合一些非常活泼金属）,今天铝的产量已经仅次于钢铁了，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”，是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，每70公斤体重约含61毫克铝。,但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。,镁在地壳中含量只有铝的四分之一，而且镁比铝更加活泼，所以要想矿物质中获取镁，代价比铝更高。,Mg,海洋中含有大量的氯化镁，海水又咸又苦。,咸是因为含有氯化钠，,苦是因为含有氯化镁，,同样道理，粗盐易潮解是因为其中含有较多的氯化镁，而氯化镁易吸水。,据估算，假如每年从海水中提取1亿吨镁再过一百万年，海水中镁的含量也只会从目前的0.13%降低到0.12%，即只减少了万分之一。可谓取之不尽，用之不竭。,金属活动性（还原性）：,强,弱,电解法,热还原法,热分解法,KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg,离子的氧化性,弱,强,KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu,电解法,热还原法,热分解法,物理提取法,表4-1常见金属的冶炼原理,金属,冶炼原理,Fe,Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2(高炉炼铁)Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3(铝热法炼铁),高温,高温,Cu,Cu2S+O2=2Cu+SO2(火法炼铜)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu(湿法炼铜),高温,Mg,MgO+C=Mg+COMgCl2(熔融)=Mg+Cl2,高温,Al,2Al2O3(熔融)=4Al+3O2,电解,冰晶石,Na,2NaCl(熔融)=2Na+Cl24NaOH(熔融)=4Na+O2+2H2O,电解,电解,电解,合理开发和利用矿物资源，主要途径有：,练习,1、下列各种冶炼方法中，可以制得相应金属的是（）A、加热氧化铝B、加热碳酸钙C、电解熔融氯化钠D、氯化钠与铝粉高温共热2、根据金属在金属活动顺序表中的位置及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：NaZnHgAu,C,电解法,加热还原法,加热分解法,物理提取法,2、用铝热剂冶炼难熔金属，是因为铝是（）A具有导电性B具有延展性C既能与酸反应又能与碱反应D被氧化过程中放出大量的热,D,3、可用热分解法就可能制得的金属有（）A.CuCrB.TiWC.AgHgD.NaAl,C,随堂训练,5、古代的“药金”外观与金相似，常被误以为是金子，冶炼方法如下，将碳酸锌、赤铜（Cu2O）、木炭按一定比例混合，加热到800充分反应后得到金光闪闪的“药金”。（1）药金的主要成分是_。（2）有关冶炼的化学方程式是_。,铜、锌,4、冶炼金属常用以下几种方法：以C或H2、CO作为还原剂还原法；热分解法；电解法；铝热法。现冶炼下列金属：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，试标明适宜的冶炼方法。Al：；Mg：；Cu：；Hg：；Mn：。,第一节开发利用金属资源和海水资源,二、海水资源的开发和利用,含80多种元素，以氢、氧、氯、钠、镁、硫、钙、钾等较多。被称为“元素的故乡”。,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,海水中的化学资源,海洋中的矿产资源,从太空观察地球，看到地球上有七片陆地“漂浮”在一大片蓝色的海洋之中,海洋是“历史留给人类的资源储备”,海洋是美丽的，也是富饶的,海水资源的广泛性：,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:（水资源及各种溶解的盐类,海水中的水1.3X109亿吨占地球总水量97%（3%在陆地、淡水）海水中除了水以外，还含有80多种元素，有的含量很大（如NaCl）有的含量很少（如Au）,海水资源的多样性：,海水中溶解和悬浮大量的无机物和有机物按含量计：含O、H及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共13种元素的质量占总水量的99%，其余1%为70多种含量微少的元素。,海水资源的分散性：,海水因为量太大、面太广，大多数元素尽管总量很大但由于太分散，含量极微少如：海水中金元素总含量约为50000000t（5千万吨）但一顿海水中只含金元素0.000004g（10亿分之四克）（百分之0.000004克）,海水资源的利用,海水水资源的利用海水化学资源的利用,图4-5海水综合利用联合工业体系一例,1、从海水中提取淡水海水淡化海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。,海水蒸馏原理示意图,进,出,原理：加热到水的沸点，液态水变为水蒸气与海水中的盐分离，水蒸汽冷凝得到淡水。,太阳能蒸发海水示意图：,2、海水晒盐（煮海为盐）,科学探究：如何证明海带中有碘离子？阅读P91实验4-2,化学方程式：2KI+H2O2+H2SO4=I2+K2SO4+2H2O,实验方法：,、取约干海带，用刷子去净其表面上的附着物。把海带剪碎后用适量酒精湿润，放入坩埚中。、点燃酒精灯将海带灼烧至完全成灰，停止加热，使海带灰冷却至室温。、将海带灰转移至小烧杯中，加入约10蒸馏水，搅拌。用小烧杯盛着将混合物煮沸约，冷却后过滤。、在滤液中滴入几滴约moL的硫酸，再加入约质量分数为的22溶液，观察现象。再向溶液中加入几滴淀粉溶液，再观察现象。,实验现象：,加入H2O2溶液后，溶液由无色变为深黄色；加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色。,化学方程式：,2KI+H2O2+H2SO4=I2+K2SO4+2H2O,实验说明：在海带中碘与有机基团(R)结合成碘化物(RI)，海带燃烧后的灰中RI转化为KI、NaI等，当加入H2O2（在酸性条件下）时可生成单质碘。2H+H2O2+2I-=I2+2H2O生成的单质碘可用CCl4萃取。海带灼烧若不完全，其灰的滤液会呈浅褐色，所以应将海带灼烧完全。将海带剪碎后，再用酒精润湿，可使海带易于灼烧完全，灼烧时产生的烟也较少，并缩短灼烧时间。海带如果用水浸泡，碘化物会部分溶解而损耗，因此用干海带比湿海带的实验效果好。问题和讨论提示：实验中的下述现象可以说明海带的成分中含有碘：滴加淀粉试液后，溶液变为蓝色；加入CCl4并振荡后，CCl4层呈黄色。,海带提碘：,海带,海带灰,溶解过滤,灼烧,残渣,含I-的溶液,稀H2SO4H2O2,含I2的溶液,含I2的有机溶液,萃取,证明海带中含有碘，有以下步骤：,灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；在滤液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入几滴淀粉溶液；用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中；海带灰转移到小烧杯，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤。,(1)合理的步骤是：,(2)证明含碘的步骤是：现象是：反应的离子方程式是：,滴入淀粉溶液，溶液变蓝。,证明海带中含有碘，有以下步骤,灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；在滤液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入几滴淀粉溶液；用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中；海带灰转移到小烧杯，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤.,(1)合理的步骤是_,(2)证明含碘的步骤是_,现象是_,反应的离子方程式是_,滴入淀粉溶液，溶液变蓝,思考与交流：如何将海水中的溴离子转变成溴单质？阅读教材P91页资料卡片海水提溴。,1、推测海水提溴的步骤和实验装置；2、写出相关的化学方程式。,浓缩海水,溴单质,氢溴酸,单质溴,2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl,2H2O+Br2+SO2=H2SO4+2HBr,2HBr+Cl2=Br2+2HCl,海水提溴的实验室模拟装置,当堂练习（一）,1.下列海洋资源中属于可再生资源的是（）A海底石油、天然气B潮汐能C滨海砂矿D锰结核2.下列哪种方法不能实现海水的淡化（）A蒸馏法B电渗析法C离子交换法D电解法3.下列属于海水化学资源利用的是（）A海水淡化B海水提盐C海水提溴D海水发电,、Mg,4随着现代科学的不断发展，生产和生活所需淡水日益增多，甚至超过人类所能支配的淡水量，使地球上淡水资源发生危机，这就把海水淡化问题提到了科学家的面前。磺化媒(代表式NaR)是一种钠型离子交换树脂，它能使海水中的Ca交换除去。现代海水的淡化方法：使海水按顺序通过两种离子交换树脂，其流程如图所示。(1)最早用于海水淡化的方法是蒸馏法，其原理是。(2)现有氢型阳离子交换树脂(HR)和羟型阴离子交换树脂(ROH)，