第一节 开发利用金属矿物和海水资源

1、一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用黄铜矿黄铜矿赤铁矿赤铁矿铝矿铝矿锰矿锰矿钨矿钨矿锌矿锌矿一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用1 1、金属元素的存在：、金属元素的存在： 除了除了金、铂金、铂等极少数金属外，绝等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于大多数金属以化合物的形式存在于自然界自然界。 是用是用还原的方法还原的方法使金属化合使金属化合物中的金属离子得到电子变成金物中的金属离子得到电子变成金属原子。属原子。n+M得电子得电子M （被还原）（被还原）2 2、金属的冶炼、金属的冶炼金属活动性顺序金属活动性顺序K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H)

2、Cu Hg Ag Pt Au金属活动性逐渐减弱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离子的得电子能力逐渐增强（2）热分解法热分解法（适合一些（适合一些不活泼不活泼金属）金属）2HgO = 2Hg + O2 加热加热2Ag2O = 4Ag + O2 加热加热（1 1）物理提取法：）物理提取法： 适用于适用于极极不活泼不活泼的金属的金属Pt、Au3 3、金属冶炼的方法、金属冶炼的方法（3）热还原法热还原法（适用于（适用于大部分金属大部分金属）CuO+H2 = Cu + H2O Fe2O3+3CO = 2Fe + 3CO2高温高温常见的还原剂常见的还原剂;焦碳一氧化碳氢气等焦碳一氧化碳氢

3、气等 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。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，艺不断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成主要成 分是分是Al2O3，当然还是有很多，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，铝的价格也一其它杂质的）中冶炼铝的技术了，使得制铝成本大大

4、下降，铝的价格也一降千丈，走入千家万户。降千丈，走入千家万户。（4 4）电解法电解法（适合一（适合一些些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 电解电解铝热反应铝热反应实验实验41 注意观察现象注意观察现象反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量热，镁条剧烈燃烧，放出大量热，发出耀眼白光，纸漏斗内发出耀眼白光，纸漏斗内剧烈反应，纸剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al = 2Fe + A

5、l2O3高温高温铝热剂铝热剂 铝铝还原剂还原剂（活泼金属（活泼金属可作还原剂）可作还原剂）应用：应用：(1)(1)焊接钢轨，焊接钢轨，(2)(2)冶炼金属。冶炼金属。3MnO2+4Al = 3Mn+ 2Al2O3高温高温Cr2O3+2Al = 2Cr + Al2O3高温高温3Co3O4+8Al = 9Co + 4Al2O3高温高温其它的铝热反应其它的铝热反应：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag金属活动性（还原性）：金属活动性（还原性）：弱弱电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag离

6、子的氧化性离子的氧化性弱弱强强K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg AgPt Au电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法物理提取法物理提取法常见金属的冶炼原理常见金属的冶炼原理(方程式方程式):P89表表4-1必会必会1、下列各种冶炼方法中，可以制得下列各种冶炼方法中，可以制得 相应金属的是相应金属的是（ ）A、加热氧化铝加热氧化铝 B、加热碳酸钙加热碳酸钙C、电解熔融氯化钠电解熔融氯化钠 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，推测制取下列金属最适宜的方法及性质，推测制取下

7、列金属最适宜的方法：Na Zn Hg Au C电解法电解法加热还原法加热还原法加热分解法加热分解法物理提取法物理提取法人类最早发现和应用的金属分别是：人类最早发现和应用的金属分别是：Cu2（OH）2CO3 = 2CuO + H2O + CO2 C + 2CuO = CO2 + 2Cu高温高温铜是人类第一种大量使用的金属，结束了铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的漫长的“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人类开始迈进了象征古代文明开端的端的“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 我国古

8、代炼铁工业长期领先于世界，我们在西汉初时已经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，领先欧洲一千余年，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。年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握这一技术。古代中国劳动人民用木炭炼铁古代中国劳动人民用木炭炼铁 1996 1996年之后，我国再度成为钢铁产量最大年之后，我国再度成为钢铁产量最大的国家。的国家。4 4、合理开发和利用矿物资源的途径：、合理

9、开发和利用矿物资源的途径：金属铝的回收与利金属铝的回收与利用用合理开发和利用矿物资源，主要合理开发和利用矿物资源，主要途径途径有：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 二、海水资源的开发和利用二、海水资源的开发和利用 为什么日韩在独岛问为什么日韩在独岛问题上互不相让题上互不相让? ?问题与讨论：问题与讨论： 韩国方面称独岛，日韩国方面称独岛，日本方面称竹岛。面积为本方面称竹岛。面积为18.618.6平方千米，四周海平方千米，四周海域

10、是一片丰饶的渔场，域是一片丰饶的渔场，海底还蕴藏着比较丰富海底还蕴藏着比较丰富的油气田。的油气田。 问题与讨论问题与讨论 海水中蕴含着丰富的水资源和化学资源，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。世纪人类将重点开发海洋资源。含含80多种元素，以氢、氧、多种元素，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“元素的故乡元素的故乡”。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50亿亿吨足够人类用上千万吨足够人类用上千万年年海水中的化学资源海水中的化学资源海洋中的矿产资源海洋

11、中的矿产资源 从太空观察地球，看到地球上有七片陆从太空观察地球，看到地球上有七片陆地地“漂浮漂浮”在一大片蓝色的海洋之中在一大片蓝色的海洋之中海洋是“历史留给人类人类的资源储备”海洋是美丽的，海洋是美丽的， 也是富饶的也是富饶的 海水资源的广泛性海水资源的广泛性： 海洋约占地球表面积海洋约占地球表面积71% 海洋中的资源海洋中的资源 ： 动物动物: :（鱼类、海狮、海马、贝类（鱼类、海狮、海马、贝类 植物植物: :（海草、海带（海草、海带 矿物矿物: :（各种盐、（各种盐、NaCl、MgCl2 . 海底金属结核矿、石油海底金属结核矿、石油 水水 : : （水资源及各种溶解的盐类（水资源及各种溶

12、解的盐类海水中的水海水中的水1.3X101.3X109 9 亿吨亿吨 占地球总水量占地球总水量97%97% （3%3%在陆地、淡水），在陆地、淡水），海水中除了水以外，还含有海水中除了水以外，还含有8080多种元素，多种元素，有的含量很大（如有的含量很大（如NaClNaCl ）有的含量很少）有的含量很少（如（如AuAu）海水资源的多样性海水资源的多样性： 海水中溶解和悬浮大量的无机物和有机物海水中溶解和悬浮大量的无机物和有机物按含量计按含量计：含含O、H及及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共共13种元素的质量占总种元素的质量占总水量的水量的99%，其余其余1%为为70多种多种含量微少的元

13、素含量微少的元素。海水资源的分散性海水资源的分散性： 海水因为量太大、面太广，大多数元素尽海水因为量太大、面太广，大多数元素尽管总量很大但由于太分散管总量很大但由于太分散 ，含量极微少，含量极微少如：海水中金元素总含量约为如：海水中金元素总含量约为50000000t50000000t（5 5千万吨）但一吨海水中只含金元素千万吨）但一吨海水中只含金元素0.000004g0.000004g（1010亿分之四克）亿分之四克） （百分之（百分之0.0000040.000004克）克）.海水水资源的利用海水水资源的利用海水水资源的利用海水化学资源的开发利用海水化学资源的开发利用1海水水资源的利用海水水资

14、源的利用(1)海水的淡化海水的淡化海水淡化的主要方法海水淡化的主要方法:_、_。海水的蒸馏海水的蒸馏蒸馏法、电渗析法蒸馏法、电渗析法离子交换法离子交换法从海水中提取淡水从海水中提取淡水海水淡化海水淡化 （海水淡化的方法主要有海水淡化的方法主要有蒸馏法蒸馏法、电渗析法电渗析法、离子交换法离子交换法等等。）。） 海水蒸馏原理示意图海水蒸馏原理示意图（海水水资源的利用海水水资源的利用）进进出出原理：原理：加热到水的沸加热到水的沸点，液态水变点，液态水变为水蒸气与海为水蒸气与海水中的盐分离，水中的盐分离，水蒸汽冷凝得水蒸汽冷凝得到淡水到淡水。太阳能蒸发海水示意图太阳能蒸发海水示意图： 海水的淡化海水的

15、淡化 （1 1）海水淡化的途径）海水淡化的途径: :从海水中提取淡水从海水中提取淡水从海水中分离出盐从海水中分离出盐 （2 2）海水淡化的方法）海水淡化的方法: :9090页页蒸蒸 馏馏 法法（最先使用，技术成熟，但成本高）（最先使用，技术成熟，但成本高）电渗析法电渗析法（成本低，但未能大量生产）（成本低，但未能大量生产）离子交换法离子交换法（目前正迅速发展，但需不断更（目前正迅速发展，但需不断更新离子交换树脂）新离子交换树脂）海水化学资源的开发利用海水化学资源的开发利用（海水晒盐）海水晒盐）海水提海水提镁镁的步骤为的步骤为：贝壳贝壳 生石灰生石灰 石灰乳石灰乳 氢氧化镁氢氧化镁 氯化镁氯化镁

16、 镁镁写出有关的化学反应方程式：写出有关的化学反应方程式： a a、 ； b b、 ； c c、 ； d d、 ； e e、 。煅烧煅烧 a a水水 b b海水海水 c cde(2)(2)从海水中制金属镁从海水中制金属镁 化学反应：化学反应： a. MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCl2 b.Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + H2O c. MgCl2 通电通电 Mg + Cl2 第二步：第二步：海水海水 Mg(OH)Mg(OH)2 2 盐酸、浓缩、脱水盐酸、浓缩、脱水 MgClMgCl2 2 电解电解 MgMg第一步：第一步：制石灰乳：贝壳制石灰乳：

17、贝壳 煅烧煅烧 CaO CaO 水水 石灰乳石灰乳石灰乳石灰乳A 科学探究：科学探究：如何证明海带中有碘离子？如何证明海带中有碘离子？ 阅读阅读P P9191实验实验4-2 4-2 化学方程式：化学方程式：2KI + H2O2 + H2SO4= I2+ K2SO4 + 2H2O海带中提取碘的实验海带中提取碘的实验实验方法：实验方法：（1）称取称取3g干海带，用刷子把干海带表面的附着干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净（物刷净（不要用水洗不要用水洗，有，有I I- -）。）。 将海带剪碎，用将海带剪碎，用酒精润湿（酒精润湿（便于灼烧便于灼烧）后，放在坩埚中。）后，放在坩埚中。 （2）用酒精灯灼

18、烧盛有海带的坩埚，至海带完用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完全全成灰，停止加热，冷却。成灰，停止加热，冷却。 （3）将海带灰转移到小烧杯中，再向烧杯中加入将海带灰转移到小烧杯中，再向烧杯中加入10ml蒸馏水，搅拌，煮沸蒸馏水，搅拌，煮沸2min3min，使可溶物使可溶物溶解，过滤。溶解，过滤。 （4）向滤液中滴入几滴硫酸，再加入约向滤液中滴入几滴硫酸，再加入约1ml H2O2溶液溶液，观察现象。取少量上述滤液，滴加几滴淀观察现象。取少量上述滤液，滴加几滴淀粉溶液粉溶液，观察现象。观察现象。 海带中提取碘的实验海带中提取碘的实验实验现象：实验现象： 加入加入H2O2溶液后，溶液由无色变为溶液后

19、，溶液由无色变为深黄深黄色色；加入；加入淀粉淀粉溶液后，溶液又变为溶液后，溶液又变为深蓝色深蓝色。化学方程式：化学方程式：2KI + H2O2 + H2SO4= I2+ K2SO4 + 2H2O科学视野科学视野自然资源的开源和节流海带提碘海带提碘：海带海带海带灰海带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证明海带中含有碘，有以下步骤证明海带中含有碘，有以下步骤灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；在滤液中滴加稀在滤液中滴加稀H H2 2SOSO4 4及及H H

20、2 2O O2 2，然后加入几滴淀粉溶液；，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；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、过滤海带灰转移到小烧杯，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤. .(1)(1)合理的步骤是合理的步骤是_(2)(2)证明含碘的步骤是证明含碘的步骤是_,_, 现象是现象是_, _, 反应的离子方程式是反应的离子方程式是 _滴入淀粉溶液，溶液滴入淀粉溶液，溶液变蓝变蓝2I2I- - + 2H+ 2H+ + +H+H2 2O O2 2 I I2 2+2H+2H2 2O O 思考与交流：思考与交流： 如何将海水中的溴离子转

21、变成溴单质？如何将海水中的溴离子转变成溴单质？（阅读教阅读教材材P P9191页资料卡片页资料卡片海水提溴。）海水提溴。）1 1、推测海水提溴的步骤和实验装置推测海水提溴的步骤和实验装置； 2 2、写出相关的化学方程式写出相关的化学方程式。浓缩海水浓缩海水溴单质溴单质氢溴酸氢溴酸单质溴单质溴通入通入Cl2通入空气，通入空气，SO2吸收吸收通入通入Cl22NaBr + Cl2NaBr + Cl2 2= Br= Br2 2+2NaCl+2NaCl2H2H2 2O + BrO + Br2 2+SO+SO2 2=H=H2 2SOSO4 4+2HBr+2HBr2HBr + Cl2HBr + Cl2 2=

22、 Br= Br2 2+2HCl+2HCl海水提溴的实验室模拟装置海水提溴的实验室模拟装置海水中提取溴的实验海水中提取溴的实验实验方法：实验方法：（1）用蒸馏法将海水浓缩。用硫酸将浓缩的）用蒸馏法将海水浓缩。用硫酸将浓缩的海水酸化。海水酸化。（2）向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴）向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质。离子转化为溴单质。（3）向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸）向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收气，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内。塔内。（4）向吸收塔中溶液内通入适量的氯气。）向吸收塔中溶液内通入适量的氯气。（5）用）用

23、CCl4萃取吸收塔中溶液里的溴单质。萃取吸收塔中溶液里的溴单质。 海水提溴海水提溴*在酸化的浓缩海水中通入在酸化的浓缩海水中通入ClCl2 2，反应的离，反应的离子方程式为：子方程式为： , , *最后再用最后再用ClCl2 2将将HBrHBr氧化成溴。反应的氧化成溴。反应的化学方程式为：化学方程式为： , , Cl2 + 2Br - = 2Cl - + Br 2SO2 + Br 2+2H2O = H2SO4 + 2HBr Cl2 + 2HBr = 2HCl + Br 2 *生成的溴量很少，需用热空气吹出，再生成的溴量很少，需用热空气吹出，再用用SOSO2 2吸收使溴富集，反应的化学方程式吸收使溴富集，反应的化学方程式为：为： , ,海水中提取溴的实验海水中提取溴的实验化学方程式：化学方程式：2NaBr Cl2 = Br2 2NaClBr2 SO2 2H2O = 2HBr H2SO42HBr Cl2 = Br2 2HCl海水的综合利用海水的综合利用u（1 1）海水制盐）海水制盐生产生产 NaCl NaCl u（2 2） NaClNaCl的水溶液制的水溶液制 NaOH NaOH u（3 3）制金属）制金属 NaNau（4 4）制）制 NaNa2 2COCO3