开发利用金属矿物和海水资源上课实用教案

1、2021-12-4人类最早发现和应用的金属人类最早发现和应用的金属(jnsh)分别是：分别是：第1页/共46页第一页，共47页。2021-12-4Cu2（OH）2CO3 = 2CuO + H2O + CO2 C + 2CuO = CO2 + 2Cu高温高温(gown)铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长长(mn chng)的的“石器时代石器时代”. 在公元前在公元前6000年到年到7000年左右，年左右，人类开始迈进了象征古代文明开端人类开始迈进了象征古代文明开端的的“铜器时代铜器时代”。铜铜 镜镜汉武帝时铜币汉武帝时铜币先秦刀币先秦刀币第2页/共46

2、页第二页，共47页。2021-12-4 我国古代炼铁工业长期领先于世界，我们在西汉初时我国古代炼铁工业长期领先于世界，我们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最早的英国直到500年后（相当于清朝年后（相当于清朝(qn cho)乾隆末年），才掌乾隆末年），才掌握握这一技术。这一技术。古代中国劳动人民古代中国劳动人民(rnmn)用木炭用木炭炼铁炼铁第3页/共46页第三页，共47页。一、一、 金属金属(jnsh)(jn

3、sh)的的冶炼冶炼 人们日常应用的金属人们日常应用的金属(jnsh)(jnsh)材料，材料，多为合金或纯金属多为合金或纯金属(jnsh)(jnsh)，这就需要把，这就需要把金属金属(jnsh)(jnsh)从矿石中提炼出来，这就是从矿石中提炼出来，这就是人们常说的金属人们常说的金属(jnsh)(jnsh)的冶炼。的冶炼。1. 1. 金属冶炼金属冶炼(ylin)(ylin)的实的实质质 利用利用氧化还原反应氧化还原反应，使金属化合物，使金属化合物中的金属阳离子中的金属阳离子得到电子得到电子变成金属原子。变成金属原子。即：即：Mn+ + ne-M想一想想一想:要使金属矿物转化为金属单要使金属矿物转化

4、为金属单质质,金属元素的化合价如何变化金属元素的化合价如何变化,发生发生什么反应什么反应?第4页/共46页第四页，共47页。2021-12-4金属金属(jnsh)活动活动性顺序性顺序K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au金属金属(jnsh)活动性逐渐减弱活动性逐渐减弱金属离子金属离子(lz)的得电子能力逐渐增的得电子能力逐渐增强强第5页/共46页第五页，共47页。2021-12-4冶炼(ylin)金属的方法 第6页/共46页第六页，共47页。2021-12-41、热分解法（适合一些、热分解法（适合一些(yxi)不活泼金属）不活泼金属）2HgO

5、= 2Hg + O2 加热加热2Ag2O = 4Ag + O2 加热加热2、物理提取法：适用、物理提取法：适用(shyng)于极于极不活泼的不活泼的金属金属Pt、Au第7页/共46页第七页，共47页。2021-12-4 3、电解法（适合一些、电解法（适合一些(yxi)非常活泼非常活泼金属）金属） MgCl2 (熔融熔融) = Mg + Cl2 电解电解2Al2O3 (熔融熔融) = 4Al + 3O2 电解电解冰晶石冰晶石2NaCl (熔融熔融) = 2Na + Cl2 电解电解第8页/共46页第八页，共47页。2021-12-44 、热还原法（适用、热还原法（适用(shyng)于大部于大部分

6、金属）分金属）CuO+H2 = Cu + H2O高温高温Fe2O3+3CO = 2Fe + 3CO2 高温高温第9页/共46页第九页，共47页。2021-12-4铝热反应铝热反应实验实验(shyn)41 注意观察注意观察(gunch)现象现象第10页/共46页第十页，共47页。2021-12-4反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼(yoyn)的白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al = 2Fe + Al2O3高温高温铝热剂铝热剂 铝是还原剂，在一定的条件下与某些金属氧化铝是还原剂，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

7、活泼物反应，把其中的金属还原成单质。所以一些活泼(hu po)(hu po)的金属也可作还原剂。的金属也可作还原剂。第11页/共46页第十一页，共47页。实验(shyn)验证：1 镁条的作用(zuyng)是什么？ kClO3的作用(zuyng)是什么？4 该反应(fnyng)是吸热反应(fnyng)还是放热反应(fnyng)？ 2 纸漏斗为什么要打湿并剪孔？3 蒸发皿为什么要盛沙子？第12页/共46页第十二页，共47页。解决问题1 镁条的作用(zuyng)是什么？kClO3的作用(zuyng)是什么？4 该反应(fnyng)是吸热反应(fnyng)还是放热反应(fnyng)？ 2 纸漏斗(lu

8、du)为什么要打湿并剪孔？3 蒸发皿为什么要盛沙子？1 引燃，提供高温 助燃，提供氧气2 让熔融物易于落下3 防止高温的熔融物使蒸发皿炸裂4 该反应为放热反应第13页/共46页第十三页，共47页。2021-12-43MnO2+4Al = 3Mn+ 2Al2O3高温高温Cr2O3+2Al = 2Cr + Al2O3高温高温3Co3O4+8Al = 9Co + 4Al2O3高温高温其它其它(qt)(qt)铝热反应铝热反应 第14页/共46页第十四页，共47页。2021-12-4铝热反应的应用铝热反应的应用(yngyng) 铝热反应铝热反应(fnyng)的原理可以应用在生产上，如的原理可以应用在生产

9、上，如用于焊接钢轨等。在冶金工业上也常用这一反应用于焊接钢轨等。在冶金工业上也常用这一反应(fnyng)原理，使铝与金属氧化物反应原理，使铝与金属氧化物反应(fnyng)，冶，冶炼钒、铬、锰等。炼钒、铬、锰等。第15页/共46页第十五页，共47页。K Ca Na Mg g Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg g Ag g Pt Au金属单质的还原性减弱，金属离子金属单质的还原性减弱，金属离子(lz)的氧化性增强的氧化性增强电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法物理物理(wl)方法方法金属活动性顺序金属活动性顺序(shnx)与金属的冶炼方法与金属的冶炼方法小小 结结(1)为什

10、么不同的金属的冶炼方法不同?(2)为什么人类使用铁器比使用铜器晚?第16页/共46页第十六页，共47页。湿法炼铜(lin tn):Fe+CuSO4FeSO4+Cu火法炼铜(lin tn):Cu2S+O22Cu+SO2高温(gown)第17页/共46页第十七页，共47页。2021-12-4 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，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，铝在工业上被称为铝在工业上被称为“钢精钢精”，是因为它的合金不但轻，而且强度足以替代钢铁，铝，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

11、，如我国第一颗人造卫星东方红一号，外壳除了用于建材之外，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，铝及合金号，宇宙飞船所用的金属材料中，铝及合金75%左右左右(zuyu)，可以说人类送上太空的金属中，铝是最多的了。，可以说人类送上太空的金属中，铝是最多的了。注意注意(zh y)(zh y)：正常人的人体，每：正常人的人体，每7070公斤体重约含公斤体重约含6161毫克铝。毫克铝。 但铝摄入过多却是对人体有害的，经研究但铝摄入过多却是对人体有害的，经研究(ynji)表明，表明，铝元素能渗入人

12、脑，与神经元细胞释放出来的具有传递信铝元素能渗入人脑，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。老年痴呆。第18页/共46页第十八页，共47页。1 1、金属回收、金属回收(hushu)(hushu)的意义的意义节约矿物资源节约矿物资源(zyun)；节约能源；节约能源；减少环境污染。减少环境污染。2 2、回收、回收(hushu)(hushu)废旧金属废旧金属的利用的利用第19页/共46页第十九页，共47页。2021-12-4合理开发和利用矿物资源，主要合理开发和利用矿物资源，主要(zhyo)途途径

13、有：径有：1、提高金属矿物的利用率、提高金属矿物的利用率2、减少金属的使用量、减少金属的使用量3、加强金属资源的回收和再利用、加强金属资源的回收和再利用4、使用其他材料代替金属材料、使用其他材料代替金属材料 第20页/共46页第二十页，共47页。2021-12-41、下列各种冶炼方法中，可以制得相应、下列各种冶炼方法中，可以制得相应 金属的是（金属的是（ ）A、加热氧化铝、加热氧化铝 B、加热碳酸钙、加热碳酸钙C、电解、电解(dinji)熔融氯化钠熔融氯化钠 D、氯化钠与铝粉高温共热、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、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

14、金属最适宜的方法：及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：Na Zn Hg Au C电解法电解法加热加热(ji r)还原法还原法加热分解法加热分解法物理提取法物理提取法第21页/共46页第二十一页，共47页。练习练习(linx)2:下列下列(xili)氧化物不能跟铝粉组成铝氧化物不能跟铝粉组成铝热剂的是热剂的是( )A.WO3B.MnO2C.MgOD.V2O5C第22页/共46页第二十二页，共47页。2021-12-4第23页/共46页第二十三页，共47页。为什么中日为什么中日(zhn r)(zhn r)在钓在钓鱼岛问题上互不鱼岛问题上互不相让相让? ? 钓鱼岛又称钓鱼台、钓鱼台群岛、钓鱼台列岛

15、（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(min j)(min j)约为1717万平方公里，相当于5 5个台湾本岛面积(min j)(min j)。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(wnt)与讨论：第24页/共46页第二十四页，共47页。 海水中蕴含着丰富的水资源和化学资源，21世纪(shj)人类将重点开发海洋资源。第25页/共46页第二十五页，共47页。海水资源的分布海水资源的分布(fnb)特特点点1 1、海水资源、海水资源(zyun)(zyun)的广的广阔性阔性2

16、2、海水资源、海水资源(zyun)(zyun)的多的多样性样性3 3、海水资源的、海水资源的分散性分散性 总之，海洋是一个远未完全开发的巨总之，海洋是一个远未完全开发的巨大化学资源宝库！大化学资源宝库！第26页/共46页第二十六页，共47页。从海水里可以从海水里可以得到什么得到什么 海海水水中中资资源源(zyun)的的分分类类海水资源海水资源(zyun)水资源水资源化学化学(huxu)资源资源生物资源生物资源能源能源.第27页/共46页第二十七页，共47页。一、水资源的开发利用：一、水资源的开发利用：水资源的利用水资源的利用直接利用直接利用海水淡化海水淡化怎么得到怎么得到第28页/共46页第二

17、十八页，共47页。2021-12-41.海水水资源的利用海水水资源的利用(lyng)：海水的淡化：海水的淡化 （1）使海水淡化）使海水淡化(dn hu)的途径的途径 通过海水中提取淡水通过海水中提取淡水(dnshu)或从海水中把盐分离或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。出去，都可以达到淡化海水的目的。 （2）海水淡化的方法及其特点）海水淡化的方法及其特点 海水淡化的方法主要有海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、蒸馏法、电渗析法、离子交换法离子交换法等。等。 其中其中蒸馏法蒸馏法的历史最的历史最久，技术和工艺也比较完久，技术和工艺也比较完善，但成本较高。善，但成本较高。第29页/

18、共46页第二十九页，共47页。利用于分离和提纯沸点(fidin)不同液态混合物蒸馏蒸馏(zhngli)投放沸石或瓷片温度计水银球处于支管口处水，下入上出溶液体积不超过(chogu)烧瓶体积1/3蒸馏用于分离哪些混合物？蒸馏用于分离哪些混合物？第30页/共46页第三十页，共47页。太阳能蒸发太阳能蒸发(zhngf)(zhngf)海水示意图：海水示意图： 2021-12-4第31页/共46页第三十一页，共47页。2021-12-4煮海为盐从海水中提取从海水中提取(tq)NaCl(tq)NaCl第32页/共46页第三十二页，共47页。2021-12-4含含80多种元素多种元素(yun s)，以氢、氧

19、、，以氢、氧、氯、钠、镁、硫、钙、钾等氯、钠、镁、硫、钙、钾等较多。被称为较多。被称为“元素元素(yun s)的故乡的故乡”。但许多元素但许多元素(yun s)富集程度很低富集程度很低海水中铀多达海水中铀多达45亿吨亿吨,是已知陆地铀矿储量是已知陆地铀矿储量的的4500倍。氘有倍。氘有50亿亿吨足够吨足够(zgu)人类用上千万人类用上千万年年.海水中的化学海水中的化学(huxu)资源资源第33页/共46页第三十三页，共47页。2021-12-4镁在地壳中含量只有铝镁在地壳中含量只有铝的四分之一，而且的四分之一，而且(r qi)镁比铝更加活泼，镁比铝更加活泼，所以要想矿物质中获取所以要想矿物质中

20、获取镁，代价比铝更高。镁，代价比铝更高。海洋中含有海洋中含有(hn yu)大量大量的氯的氯化镁，海水又咸又苦。化镁，海水又咸又苦。咸是因为含有咸是因为含有(hn yu)氯化钠，氯化钠，苦是因为含有氯化镁苦是因为含有氯化镁，同样道理，粗盐易潮解同样道理，粗盐易潮解是因为其中含有较多的是因为其中含有较多的氯化镁，而氯化镁易吸氯化镁，而氯化镁易吸水。水。据估算，假如每年从海水中提取据估算，假如每年从海水中提取1亿吨镁亿吨镁,再过一百万年，海水中镁的含量也只会从再过一百万年，海水中镁的含量也只会从目前的目前的0.13%降低到降低到0.12%，即只减少了，即只减少了万分之一。可谓取之不尽，用之不竭。万分

21、之一。可谓取之不尽，用之不竭。第34页/共46页第三十四页，共47页。2021-12-4海洋海洋(hiyng)中的矿产资源中的矿产资源第35页/共46页第三十五页，共47页。2021-12-42.海水化学海水化学(huxu)资源的开发利用资源的开发利用 海水综合利用的重要方向是：海水淡化同化工生海水综合利用的重要方向是：海水淡化同化工生产结合、同能源技术结合。如从海水中制得的氯化钠产结合、同能源技术结合。如从海水中制得的氯化钠除食用外，还用作工业除食用外，还用作工业(gngy)原料，如生产烧碱、原料，如生产烧碱、纯碱、金属钠以及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工产纯碱、金属钠以及氯气、盐酸、漂白粉等

22、含氯化工产品。从海水中制取镁、钾、溴及其化工产品，是在传品。从海水中制取镁、钾、溴及其化工产品，是在传统制盐工业统制盐工业(gngy)上的发展。上的发展。 从海水中获得其他物质和能量具有广阔的前景。从海水中获得其他物质和能量具有广阔的前景。 例如，铀和重水目前是核能开发中的重要原料，例如，铀和重水目前是核能开发中的重要原料，从海水中提取铀和重水对一个国家来说具有战略意义。从海水中提取铀和重水对一个国家来说具有战略意义。化学在开发海洋药物方面也将发挥越来越大的作用。化学在开发海洋药物方面也将发挥越来越大的作用。潮汐能、波浪能等也是越来越受到重视和开发的新型潮汐能、波浪能等也是越来越受到重视和开发

23、的新型能源。能源。第36页/共46页第三十六页，共47页。2021-12-4海带海带(hidi)(hidi)提提碘：碘：海带海带(hid(hidi)i)海带海带(hidi)(hidi)灰灰溶解过滤溶解过滤灼烧灼烧残渣残渣含含I- -的溶液的溶液稀稀H2SO4 H2O2含含I2的溶液的溶液含含I2的有机溶液的有机溶液萃取萃取2I- + H2O2 + 2H+ = I2+ 2H2O第37页/共46页第三十七页，共47页。2021-12-4海水提溴：主要海水提溴：主要(zhyo)(zhyo)方法是空气吹出法方法是空气吹出法主要主要(zhyo)(zhyo)流流程程海水海水浓缩浓缩(nn (nn su)s

24、u)酸化酸化浓缩浓缩海水海水BrBr- -通入通入氯气氯气海海水水ClCl- -BrBr2 2通入空气通入空气水蒸气水蒸气( (吹入吹入) )吸收吸收塔塔SOSO2 2反应后反应后富集溴富集溴HBrHBr、SOSO4 42 2通入通入ClCl2 2ClCl- -BrBr2 2分离分离溴单质溴单质化学方程式：化学方程式：2NaBr Cl2 = Br2 2NaClBr2 SO2 2H2O = 2HBr H2SO42HBr Cl2 = Br2 2HCl第38页/共46页第三十八页，共47页。 过滤，加盐酸 加热 电解海水 母液 b c 煅烧 a 浓缩贝壳 石灰乳 a ； b ； c 。MgCl2溶液

25、练习在下列方框中填入合适的物质的化学式完成工业上用海水提镁的工艺流程，并写出a、b、c三个步骤的化学方程式：CaOMg(OH)2MgCl26H2OMgCl2MggCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2 +CaCl2通电1.海水中提取海水中提取(tq)镁镁第39页/共46页第三十九页，共47页。第40页/共46页第四十页，共47页。2从海水中提取下列物质，可以不涉及化学变化的是()AMgBNaClCBr2 DK解析：海水中存在(cnzi)大量NaCl，可以通过蒸发的方法获得NaCl，而Mg、Br2、K在海水中均是以化合态的形式存在(cnzi)，需通过氧化还原反应才能获得。答案：B第41页/共46页第四十一页，共47页。1从海水中可以提取溴，但得到的液溴中常常(chngchng)溶有少量氯 气，除去氯气应该采用的方法是 ()A加入适量的Na2CO3溶液B通入溴蒸气C加入适量的NaOH溶液D加入适量的NaBr溶液解析：Na2CO3溶液和NaOH溶液都能与Br2发生反应，不能用于除杂。答案：D第42页/共46页第四十二页，共47页。课堂练习：课堂练习： 水资源非常重要，联合国确定水资源非常重要，联合国确定(qudng)2003年为国际淡水年，以下关于水年为国际淡水年，以下关于水的说法错误的是（的说法