第一节 开发利用金属矿物和海水资源1

1、 一、金属矿物的开发和利用一、金属矿物的开发和利用 金属元素种类多，分布广，活动性差金属元素种类多，分布广，活动性差别大，在自然界的存在形式各异，少数不别大，在自然界的存在形式各异，少数不活泼金属以游离态存在（如活泼金属以游离态存在（如金和铂金和铂等），等），多数金属以化合态存在。人们在生活和生多数金属以化合态存在。人们在生活和生产中使用的金属材料多是合金或纯金属，产中使用的金属材料多是合金或纯金属，这就需要这就需要把金属从矿石中提炼出来，提炼把金属从矿石中提炼出来，提炼的过程就是金属的冶炼过程。的过程就是金属的冶炼过程。( (一一) )、 金属的冶炼金属的冶炼 人们日常应用的金属材料，多为人

2、们日常应用的金属材料，多为合合金金或或纯金属纯金属，这就需要把，这就需要把金属金属从从矿石矿石中中提提炼炼出来，这就是人们常说的金属的出来，这就是人们常说的金属的冶炼冶炼。1. 1. 金属冶炼的金属冶炼的实质实质 利用利用氧化还原反应氧化还原反应，使金属化，使金属化合物中的金属阳离子合物中的金属阳离子得到电子得到电子变成金属变成金属原子。即：原子。即：Mn+ + ne-M想一想想一想:要使金属矿物转化为金属要使金属矿物转化为金属单质单质,金属元素的化合价如何变化金属元素的化合价如何变化,发生什么反应发生什么反应?金属的冶炼的步骤：金属的冶炼的步骤：矿石的富集、冶炼、精炼矿石的富集、冶炼、精炼

3、思考：思考：金属冶炼有哪些方法？金属冶炼有哪些方法？你们觉得金属活动顺序与金属冶炼你们觉得金属活动顺序与金属冶炼方法有没有联系呢？如果有，有什方法有没有联系呢？如果有，有什么规律吗？么规律吗？金属活动性顺序金属活动性顺序K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au金属活动性由强逐渐减弱金属活动性由强逐渐减弱（二）冶炼金属的方法（二）冶炼金属的方法 1 1、热分解法、热分解法2HgO = 2Hg + O2 加热加热2Ag2O = 4Ag + O2 加热加热( (适用适用HgHg及其以后的不活泼金属及其以后的不活泼金属) )2、电解法（适合、电解法（适合

4、K、Na 、Ca、Al等等活活泼金属泼金属） 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3、热还原法（适合大部分金属）、热还原法（适合大部分金属）CuO+H2 = Cu + H2O高温高温Fe2O3+3CO = 2Fe + 3CO2 高温高温铝热反应铝热反应 注意观察现象注意观察现象反应现象反应现象：剧烈反应，发出强：剧烈反应，发出强光，纸漏斗被烧穿，沙子上落光，纸漏斗被烧穿，沙子上落有黑色铁珠。有黑色铁珠。Fe2O3+2Al = 2Fe + Al2O

5、3高温高温其其它它铝铝热热反反应应 3MnO2+4Al = 3Mn+ 2Al2O3高温高温Cr2O3+2Al = 2Cr + Al2O3高温高温3Co3O4+8Al = 9Co + 4Al2O3高温高温铝热反应的应用铝热反应的应用 铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨等。在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝与金轨等。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，冶炼钒、铬、锰等属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等K Ca Na Mg g Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg g Ag g Pt Au金属金属单质单质的的还原性还

6、原性减弱，金属减弱，金属离子离子的的氧化性氧化性增强增强电解法电解法热还原法热还原法热分热分解法解法物理物理方法方法金属活动性顺序与金属的冶炼方法金属活动性顺序与金属的冶炼方法小 结思考：思考：为什么人类使用铁器比使用铜器晚为什么人类使用铁器比使用铜器晚?金属的回收和资源保护金属的回收和资源保护1、回收金属的意义：、回收金属的意义：（1）节约矿物资源；（）节约矿物资源；（2）节约能源；）节约能源；（3）减少环境污染）减少环境污染 以铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨铝土以铝为例，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矿资源。当前全球原铝的年产量约2500万吨，年万吨，年消

7、耗铝土矿超过一亿吨，如果照此发展下去，地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矿消耗量约5000万吨，这对保护全球铝土矿资源万吨，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，可以节省比

8、，可以节省95以上的能源消耗。以上的能源消耗。 据有关资料统计，据有关资料统计， 每生产一吨原铝锭需要消耗能源每生产一吨原铝锭需要消耗能源2132TJ(电能电能约占约占82)，而生产一吨再生铝合金锭所需能源消，而生产一吨再生铝合金锭所需能源消耗为耗为55TJ(燃料约占燃料约占80)，仅为原铝锭生产能源，仅为原铝锭生产能源消耗的消耗的26，优势比较明显。由于铝可以反复，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

9、少。有资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氧化碳排放量91%，比用燃油发电减少二氧化碳，比用燃油发电减少二氧化碳排放量排放量97以上，比用煤发电减少的二氧化碳排以上，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。放量更多，环保效益十分显著。 2、回收金属的实例、回收金属的实例（1）废旧钢铁用于炼钢；（）废旧钢铁用于炼钢；（2）废铁屑用于制铁盐；）废铁屑用于制铁盐；（3）定影液用于回收银）定影液用于回收银 练习练习1:冶炼金属常用以下几种方法：冶炼金属常用以下几种方法： 以以C、CO或

10、或 H2 作还原剂还原。作还原剂还原。 利用铝热反应原理用利用铝热反应原理用Al还原。还原。 电解法。电解法。 热分解法。热分解法。 下列金属各采用哪种方法还原下列金属各采用哪种方法还原最佳最佳。 Fe、Zn、Cu等中等活泼的金属等中等活泼的金属( ) Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属等活泼或较活泼金属( ) Hg、Ag等不活泼金属等不活泼金属 ( ) V、Cr、Mn、W等高熔点金属等高熔点金属( )练习练习2: 下列氧化物不能跟铝粉组成铝热下列氧化物不能跟铝粉组成铝热剂的是剂的是( ) A.WO3 B.MnO2 C.MgO D.V2O5C海水资源的开发利用海水资源的开发利用为什么中日在钓为

11、什么中日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、钓鱼岛又称钓鱼台、钓鱼台群岛、钓鱼台列岛（日本人称其为钓鱼台列岛（日本人称其为“尖阁列尖阁列岛岛”），位于中国东海大陆架的东部边），位于中国东海大陆架的东部边缘，在地质结构上是附缘，在地质结构上是附属于台湾的大陆属于台湾的大陆性岛屿。性岛屿。钓鱼列岛周围海域面积约为钓鱼列岛周围海域面积约为1717万平方公里，相当于万平方公里，相当于5 5个台湾本岛面积。个台湾本岛面积。钓鱼诸岛及其附近海域，不仅蕴藏有大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量石油资源，在其他方面也有巨大的经济价值

12、。济价值。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，2121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。二、海水资源的开发利用二、海水资源的开发利用1 1、海水资源、海水资源 海洋约占地球表面积海洋约占地球表面积71%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、NaClNaCl、MgClMgCl2 2 、海底金属结核矿、石油、海底金属结核矿、石油水水 : :海水中的水约海水中的水约1.3X101.3X1

13、09 9 亿吨亿吨, ,占地球总水量占地球总水量97%97%还含有还含有8080多种元素多种元素 海水淡化的方法海水淡化的方法: :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，但需要不断更（目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂）新离子交换树脂）（1）.海水的淡化（2）.直接利用海水进行循环冷却（作冷却用水） 大连石化公司海水淡化处理大连石化公司海水淡化处理 海水过滤器海水过滤器经处理后海水就变经处理后海水就变成了可以饮用的纯成了可以饮用的纯净的水净

14、的水3.3.海水化学资源的开发利用海水化学资源的开发利用 海水制盐海水制盐生产生产NaCl NaCl NaClNaCl的水溶液制的水溶液制NaOHNaOH 制金属制金属NaNa 2NaOH + CO 2NaOH + CO2 2= Na= Na2 2COCO3 3 + H+ H2 2O O 2NaCl + 2H2O 电解电解 H2 + Cl2 + 2NaOH 2NaCl（熔融）（熔融）电解电解 2Na + Cl2制制NaNa2 2COCO3 3从海水中提取从海水中提取溴溴（阅读（阅读p85 资料卡片）资料卡片） 从海水中提取溴从海水中提取溴2NaBr + Cl2 =2NaCl + Br2 Br2

15、 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4（溴的富集）（溴的富集） 2HBr + Cl2 = 2HCl + Br2 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：贝壳 煅烧煅烧 CaO CaO 水水 石灰乳石灰乳石灰乳石

16、灰乳（实验（实验4-2）证明海带中存在碘元素）证明海带中存在碘元素1 1、取约、取约3 3克的干海带，用刷子去净其表面上的附着物，把海带剪克的干海带，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，放入坩埚中碎后，用适量酒精浸湿，放入坩埚中2 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、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。灯将海带灼烧至完全成灰，停止加热，使海带冷却至室温。3 3、将海带灰转移到小烧杯中，加入约、将海带灰转移到小烧杯中，加入约10mg10mg蒸馏水，搅拌，煮沸蒸馏水，搅拌，煮沸2-3mi

17、n2-3min，过滤，过滤4 4、在滤液中滴入几滴、在滤液中滴入几滴3mol/ L3mol/ L的稀硫酸再加入约的稀硫酸再加入约1ml3%1ml3%的的H H2 2O O2 2 ，观察现象观察现象5 5、再向溶液中加入几滴淀粉溶液，再观察现象、再向溶液中加入几滴淀粉溶液，再观察现象实验现象：实验现象：化学方程式：化学方程式：加入加入H H2 2O O2 2后，溶液由无色变为黄色，再后，溶液由无色变为黄色，再加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色2KI+ H2O2+H2SO4=I2 +K2SO4+2H2O1 1 从海水中提取下列物质从海水中提取下列物质, ,可以不涉及到

18、化学变可以不涉及到化学变化的是化的是 ( )( ) A Mg B NaCl A Mg B NaCl C Br C Br2 2 D K D K2 2 医生建议因缺少某种元素而患甲状腺肿大的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病人多食用海带, ,这是因为海带中含有较丰富这是因为海带中含有较丰富的的 ( )( ) A A 碘元素碘元素 B B 铁元素铁元素 C C 钾元素钾元素 D D 锌元素锌元素BAA A 海水海水 Mg(OH) Mg(OH)2 2 盐酸盐酸MgClMgCl2 2 电解电解 MgMgB B 海水海水 盐酸盐酸MgClMgCl2 2 电解电解 MgMgC C 海水海水 NaOH NaOH Mg(OH)2 电解电解 MgMgD D 海水海水 CL2CL2MgClMgCl2 2 电解电解 MgMg 3 3 从海水中提取镁的主要流程是从海水中提取镁的主要流程是( ( ）A 太阳能蒸发海水示意图：太阳能蒸发海水示意图： 蒸馏法所用的装置及原理蒸馏法所用的装置及原理 原理：加热到水的沸点，原理：加热到水的沸点， 使水汽化变成水蒸气，再冷凝得淡水。使水汽化变成水蒸气，再冷