第四章第一课开发利用金属矿物和海水资源必修二

第四章第一课开发利用金属矿物和海水资源必修二第一页，共40页。金、铂等为游离态得电子，被还原Mn+M+ne-主要是化合态将金属从其化合物中还原出来，使之转变为单质的过程。(1)金属在自然界中的存在形式？

(2)金属冶炼指的是什么？

一、金属矿物的开发利用

1、金属的冶炼(3)冶炼金属的步骤：采矿→矿石富集→金属冶炼→精炼第二页，共40页。法国皇帝拿破仑是一个喜欢炫耀自己的人。他常常大摆宴席，宴请天下宾客。每次宴会，他总是摆出一副高人一等的样子。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。思考与交流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。为什么贵为法国皇帝，在当时却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢？第三页，共40页。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）中冶炼铝的技术，使得制铝成本大大下降，使铝走入千家万户。电解槽2Al2O3

(熔融)4Al＋3O2↑电解冰晶石反应原理:第四页，共40页。古代中国劳动人民用木炭炼铁我国古代炼铁工业长期领先于世界，我国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，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。反应原理:Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高温铁矿石焦炭空气石灰石主要原料：第五页，共40页。电解法热还原法热分解法1、思考:工业上如何冶炼铝和铁?为什么铁和铝的冶炼方法不同？金属越活泼，越难冶炼2、金属冶炼方法的确定—由金属活泼性决定KCaNaMgAl

ZnFeSnPb（H）Cu

HgAg弱强电解法还原法Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高温2Al2O3

(熔融)4Al＋3O2↑电解冰晶石第六页，共40页。

3、金属冶炼的方法举例（1）热分解法2HgO2Hg＋O2↑加热2Ag2O4Ag＋O2↑加热不活泼金属（一般是H后的金属）Cu2S+O22Cu+SO2高温火法炼铜AuCl4加热Au+2Cl2↑第七页，共40页。（2）电解法MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑电解2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑电解2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑电解冰晶石铝土矿适合一些非常活泼金属（Zn前金属）第八页，共40页。（常用的还原剂有：焦炭、CO、H2

等）（3）热还原法（Zn—Cu中等活泼金属）

常用的还原剂还有哪些?Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高温2CuO+C2Cu+CO2高温高炉炼铁主要反应WO3+3H2W+3H2O高温

Cr2O3＋2Al2Cr＋Al2O3高温第九页，共40页。铝热反应现象化学方程式Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3高温反应放出大量的热，发出耀眼的光芒，纸漏斗下部被烧穿，有熔融物落入沙中。请思考：实验中用到的镁条和氯酸钾有什么作用？铝热剂镁条为引燃剂，氯酸钾为助燃剂放热反应第十页，共40页。2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3高温3MnO2＋4Al2Al2O3＋3Mn高温Cr2O3+2Al2Cr+Al2O33Co3O4+8Al9Co+4Al2O3高温高温其它铝热反应：铝热反应：铝＋某些金属氧化物Al2O3＋金属单质高温铝热反应适用于一些没有Al活泼，但是是高熔点的金属单质。如Fe、Cr、V、Mn等第十一页，共40页。铝热反应的应用：铝热反应应用冶炼难熔的金属焊接钢轨（冶练常用的还原剂有：焦炭、CO、H2

、Al等活泼金属）第十二页，共40页。4、合理开发和利用矿物资源的途径：（1）废旧金属回收；（2）矿物资源保护；（3）寻找金属替代品。金属铝的回收与利用第十三页，共40页。（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）定影液用于回收银回收金属的实例：回收金属的意义：第十四页，共40页。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，也是富饶的水资源、化学资源、生物资源、能源……第十五页，共40页。海水资源的开发利用

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。

海洋约占地球表面积的71%，其水的储量约占地球上总水量的97%，具有十分巨大的开发潜力。第十六页，共40页。海水资源的开发利用

海洋中含有80多种元素，其中H、O、Cl、Na、K、Mg、Cs、S、C、F、Br、Sr等13种元素含量超过总量的99％。第十七页，共40页。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:海水中的水约1.3X109

亿吨,占地球总水量97%第十八页，共40页。（1）海水的直接利用：用海水进行循环冷却；（2）海水的淡化；（3）制盐和以盐为原料的盐化工；（4）提取海水中溶存的有用元素。问题:海水的综合利用有哪些方面?第十九页，共40页。海水中水资源的利用——获取淡水2、途径：通过海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。3、海水淡化的方法及其特点海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换、冷冻法、太阳能法、多级闪蒸、法等。1、意义：全球海水淡化日产量约3500万立方米左右，其中80%用于饮用水，解决了1亿多人的供水问题，即世界上1/50的人口靠海水淡化提供饮用水。平均每人每年约需要淡水1500-1800立方米。我国人均水资源排在时界第121位，被联合国列为13个最贫水国家之一。估计到2025年，全世界有近1/3人口缺水，波及的国家和地区将达到40多个。第二十页，共40页。优点：缺点：成本较高,难推广应用。原理：将海水加热至105℃，蒸发汽化，然后使蒸汽冷凝得到蒸馏水；蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善；注意事项：①烧瓶中放入碎瓷片或沸石，防止加热时发生暴沸；②冷却水下进上出，逆流冷却，提高冷却效果。第二十一页，共40页。离子交换法原理：制淡水是将海水中所有离子全部吸附在离子交换树脂上,也就是说离子交换树脂将海水中的“离子”几乎全部“截流”了第二十二页，共40页。电渗析法原理：是利用电场的作用,强行将离子向电极处吸引,致使电极中间部位的离子浓度大为下降,从而制得淡水的.第二十三页，共40页。2、海水化学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品。从海水中制取镁、钾、溴及其化工产品，是在传统制盐工业上的发展。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，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。潮汐能、波浪能等也是越来越受到重视和开发的新型能源。第二十四页，共40页。海水化学资源的开发利用从海水中提取NaCl从海带中提取碘从海水中制金属镁从海水中提取溴第二十五页，共40页。煮海为盐从海水中提取NaCl第二十六页，共40页。盐田法制得的粗盐中含较多的氯化镁和氯化钙及泥沙，请设计实验除去NaCl中混有的泥沙、Ca2+、Mg2+离子的方法（需要仪器及实验步骤）先将样品溶解，加稍过量的氢氧化钙，再加入稍过量的碳酸钠溶液，过滤；在滤液中加入稍过量的盐酸，蒸发结晶即可。思考第二十七页，共40页。盐田法：是一种古老的方法,沿海居民很早就用这种方法从海水中获得食盐,并且一直沿用到今天.它的原理很简单,海水受热,水分逐渐蒸发,盐浓度逐渐升高,就可以得到各种盐类.当海水蒸发掉约90％的水分,食盐开始析出.返回第二十八页，共40页。碘是人体的必需微量元素之一，健康成人体内的碘的总量为30毫克（20~50毫克），国家规定在食盐中添加碘的标准为20-30毫克/千克。

碘在自然界中以能溶于水的形式存在。

碘在自然界中含量稀少，在地壳的含量位居第47位。除在海水中含量较高（每升海水含50～60微克）以外，在大部分土壤、岩石、水中的含量都很低。

自然界中的碘来源主要是以碘酸钠NaIO3的形式存在于智利硝石矿中，在海水中碘的含量很少，但海洋中的某些生物（如海藻、海带等）具有选择性吸收和富集碘的能力，是碘的一个重要来源。第二十九页，共40页。海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2,再萃取出来。用H2O2做氧化剂，反应的离子方程式是：2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O从海带中提取碘的实验反应原理

第三十页，共40页。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的有机溶液萃取加H2O2溶液变褐色,加淀粉变蓝。现象:2KI+H2O2+H2SO4

=I2+2H2O+K2SO4第三十一页，共40页。（1）称取3g干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净（不要用水洗，有I-）。将海带剪碎，用酒精润湿（便于灼烧）后，放在坩埚中。

（2）用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完全成灰，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10mL蒸馏水，搅拌，煮沸2min－3min，使可溶物溶解，过滤。

（4）向滤液中滴入几滴稀硫酸，再加入约1mLH2O2溶液，观察现象。（5）取少量上述滤液，加几滴淀粉溶液，观察现象。

实验方法第三十二页，共40页。实验注意事项海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；用干海带从而易于燃烧；灼烧海带的地方要注意通风。实验现象：加入H2O2后，溶液由无色变为黄色，再加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色化学方程式：2KI+H2O2+H2SO4=I2+K2SO4+2H2O返回第三十三页，共40页。

镁被誉为“国防金属”，60%的镁从海水提取海水镁飞机第三十四页，共40页。从海水中制金属镁海水蒸发粗盐水、重结晶精盐Mg(OH)2盐酸、浓缩

MgCl2•H2O

脱水

MgCl2

电解

MgMgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+H2O石灰乳水CaO

煅烧贝壳

MgCl2

通电

Mg+Cl2

↑第三十五页，共40页。贝壳（CaCO3)过滤网工业制镁流程沉降池过滤槽Mg(OH)2盐酸蒸发干燥锻烧产物电解MgCl2金属镁MgCl2溶液锻烧与水反应返回第三十六页，共40页。地球上99%以上的溴蕴藏在大海中,以B