物理提取法课件

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黄铜矿赤铁矿铝矿锰矿钨矿锌矿2一、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：除金、铂等极少数金属外，绝大多除金、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。数金属以化合物的形式存在于自然界。一、金属矿物的开发利用1、金属元素的存在：3 冶炼金属的原理：利用还原的冶炼金属的原理：利用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。电子变成金属原子。n+M得电子得电子M（被还原）（被还原）定义：把金属从矿石中提炼出来的过定义：把金属从矿石中提炼出来的过定义：把金属从矿石中提炼出来的过定义：把金属从矿石中提炼出来的过程叫做金属的冶炼。程叫做金属的冶炼。程叫做金属的冶炼。程叫做金属的冶炼。2、金属的冶炼 冶炼金属的原理：利用还原的方法使金属化4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金属活动性顺序K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn 5金属冶炼的方法金属冶炼的方法 金属冶炼的方法 根据金属的活动性顺序不同，不同的金属采6 （1）物理提取法：）物理提取法：适用于极不活适用于极不活泼的金属泼的金属Pt、Au等，在自然界中主要等，在自然界中主要以游离态存在以游离态存在。淘金就是一种物理提取方。淘金就是一种物理提取方法。法。3、金属冶炼的方法 （1）物理提取法：适用于极不7热分解法热分解法 适合一些不活泼金属适合一些不活泼金属，可以直接用加热，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来。分解的方法将金属从其化合物中还原出来。2HgO =2Hg+O2 加热加热2Ag2O =4Ag+O2 加热加热（2 2）化学方法）化学方法）化学方法）化学方法热分解法2HgO =2Hg+O2 加热2Ag8热还原法（适用于大部分金属）热还原法（适用于大部分金属）CuO+H2=Cu+H2O Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温高温 在金属活动性顺序表中处于中间位置的在金属活动性顺序表中处于中间位置的在金属活动性顺序表中处于中间位置的在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属，通常是用还原剂（金属，通常是用还原剂（金属，通常是用还原剂（金属，通常是用还原剂（CC、COCO、HH22、活泼、活泼、活泼、活泼金属等）在加热的条件下将金属从其化合物金属等）在加热的条件下将金属从其化合物金属等）在加热的条件下将金属从其化合物金属等）在加热的条件下将金属从其化合物中还原出来。中还原出来。中还原出来。中还原出来。热还原法（适用于大部分金属）CuO+H2=Cu+9铝热反应铝热反应实验实验41 铝热反应10 实实验验现现象象：镁镁条条剧剧烈烈燃燃烧烧，放放出出大大量量热热，发发出出耀耀眼眼白白光光，纸纸漏漏斗斗内内剧剧烈烈反反应应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。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 铝铝还原剂（活泼金属还原剂（活泼金属可作还原剂）可作还原剂）实验现象：镁条剧烈燃烧，放出大量热，发出耀眼白光，纸11应用：应用：(1)(1)焊接钢轨，焊接钢轨，(2)(2)冶炼金属。冶炼金属。应用：123MnO2+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：3MnO2+4Al=3Mn+2Al2O3高温Cr213 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。由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，14电解法电解法 活泼金属较难用还原剂还原，通常采用电活泼金属较难用还原剂还原，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属。适解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属。适合一合一些非常活泼金属些非常活泼金属。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 电解电解电解法MgCl2(熔融)=Mg+Cl2 电15 现在铝的产量已经仅次于钢铁了，铝及铝合金现在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，铝在工业上被称为成为现代文明不可缺少的金属，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，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，美国的阿波罗用铝合金制成，美国的阿波罗1111号，宇宙飞船所号，宇宙飞船所用的金属材料中，铝及合金用的金属材料中，铝及合金75%75%左右，可以说人类左右，可以说人类送上太空的金属中，铝是最多的了。送上太空的金属中，铝是最多的了。注意：正常人的人体，每注意：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，经研究表明，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递信息功能的有机碱反应，导致神经系统传递信息受导致神经系统传递信息受阻，引起老年痴呆。阻，引起老年痴呆。现在铝的产量已经仅次于钢铁了，铝及铝合16 镁在地壳中含量只镁在地壳中含量只有铝的四分之一，而且有铝的四分之一，而且镁比铝更加活泼，所以镁比铝更加活泼，所以要想矿物质中获取镁，要想矿物质中获取镁，代价比铝更高。代价比铝更高。海洋中含有大量的氯海洋中含有大量的氯化镁，海水又咸又苦化镁，海水又咸又苦。咸是因为含有氯化钠，咸是因为含有氯化钠，苦是因为含有氯化镁苦是因为含有氯化镁，同样道理，粗盐易潮同样道理，粗盐易潮解是因为其中含有较解是因为其中含有较多的氯化镁，而氯化多的氯化镁，而氯化镁易吸水。镁易吸水。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目再过一百万年，海水中镁的含量也只会从目前的前的0.13%降低到降低到0.12%，即只减少了万分之，即只减少了万分之一。可谓取之不尽，用之不竭。一。可谓取之不尽，用之不竭。镁在地壳中含量只有铝的四分之一，而且镁比铝更17K 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）：强强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）Cu18K 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：K Ca Na Mg Al 电解法：热还原法：热分19常见金属的冶炼原理常见金属的冶炼原理Na:Mg:Al:Fe：Cu:2NaCl(熔融熔融)=2Na+Cl2 电解电解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Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3高温高温Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温高温常见金属的冶炼原理Na:2NaCl(熔融)=2N204、金属冶炼的步骤、金属冶炼的步骤 富集富集：除去杂质，提高矿石：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。中有用成分的含量。冶炼冶炼：利用氧化还原反应，：利用氧化还原反应，在一定条件下，用还原剂把金属矿在一定条件下，用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成金属单质。石中的金属离子还原成金属单质。精炼精炼：提高金属的纯度。：提高金属的纯度。4、金属冶炼的步骤 富集：除去杂质，提高矿石215、金属资源的回收和再利用、金属资源的回收和再利用 （1）地球上的金属矿资源的存量与人类需求）地球上的金属矿资源的存量与人类需求的矛盾：的矛盾：存量有限且不能再生，人们不断开发、资源存量有限且不能再生，人们不断开发、资源不断减少。不断减少。（2）金属制品在使用中的变化：）金属制品在使用中的变化：金属金属腐蚀、损坏腐蚀、损坏废弃物废弃物污染环境。污染环境。（3）金属回收的意义：）金属回收的意义：a.减少垃圾量，防止污染环境；减少垃圾量，防止污染环境；b.缓解资源短缺的矛盾。缓解资源短缺的矛盾。c.废旧利用，提高生产的经济效益。废旧利用，提高生产的经济效益。5、金属资源的回收和再利用 （1）地球上的金22（4）合理开发利用矿物资源的主要途径：）合理开发利用矿物资源的主要途径：提高金属矿物的利用率；提高金属矿物的利用率；减少金属的使用量；减少金属的使用量；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；使用其他材料代替金属材料。使用其他材料代替金属材料。（4）合理开发利用矿物资源的主要途径：提高金属矿物的利用率231、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，推测冶炼下列金属最适宜的方法：及性质，推测冶炼下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练习1、下列各种冶炼方法中，可以制得C电解法加热还原法加热分24 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的是已知陆地铀矿储量的4500倍。氘有倍。氘有50亿吨足够亿吨足够人类用上千万年。人类用上千万年。海水中的化学资源海水中的化学资源二、海水资源的开发和利用二、海水资源的开发和利用 含80多种元素，以氢、氧、海25海洋中的矿产资源海洋中的矿产资源海洋中的矿产资源26 从太空观察地球，看到地球上有七片从太空观察地球，看到地球上有七片陆地陆地“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。海洋是海洋是“大自然留给人类的资源储备大自然留给人类的资源储备”。海洋是美丽的，海洋是美丽的，也是富饶的。也是富饶的。从太空观察地球，看到地球上有七片陆地“漂浮”在一27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（水资源及各种溶解的盐类海水资源的广泛性：海洋约占地球表面积71%。281、海水水资源的利用、海水水资源的利用（1）利用途径：）利用途径：海水的淡化；海水的淡化；直接利用海水进行循环冷却。直接利用海水进行循环冷却。（2）海水淡化）海水淡化 海水淡化的途径：从海水中提取淡水和海水淡化的途径：从海水中提取淡水和从海水中把盐分离出去。从海水中把盐分离出去。海水淡化的方法：海水淡化的方法主要海水淡化的方法：海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。海水中的水海水中的水海水中的水海水中的水1.3X1.3X101099 亿亿亿亿吨；占地球总水量吨；占地球总水量吨；占地球总水量吨；占地球总水量97%97%（3%3%在陆地）。在陆地）。在陆地）。在陆地）。1、海水水资源的利用（1）利用途径：海水中的29 海水蒸馏原理示意图海水蒸馏原理示意图进进出出 蒸馏原理：蒸馏原理：加热到水的沸点，液态水变为加热到水的沸点，液态水变为水蒸气与海水中的盐分离，水蒸汽冷凝得到水蒸气与海水中的盐分离，水蒸汽冷凝得到淡水。淡水。海水蒸馏原理示意图进出 蒸馏原理：加热到水30太阳能蒸发海水示意图：太阳能蒸发海水示意图：太阳能蒸发海水示意图：31物理提取法课件32 蒸蒸 馏馏 法：最先使用，技术成熟，但成法：最先使用，技术成熟，但成本高。本高。电渗析法：成本低，但未能大量生产。电渗析法：成本低，但未能大量生产。离子交换法：目前正迅速发展，但需要离子交换法：目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂。不断更新离子交换树脂。蒸 馏 法：最先使用，技术成熟，但成本高。33（1）海水化学资源的特点）海水化学资源的特点 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海水中溶解和悬浮大量的无机物和有机物。按含量计：含机物。按含量计：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多种含量微少的多种含量微少的元素。元素。海水中除了海水中除了O、H以外，还含有以外，还含有80多种多种元素，有的含量很大（如元素，有的含量很大（如NaCl），有的含），有的含量很少（如量很少（如Au）。）。2、海水化学资源的开发利用、海水化学资源的开发利用（1）海水化学资源的特点2、海水化学资源的开发利用34 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尽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50000000t（5千万吨），但一顿海水中只含金元素千万吨），但一顿海水中只含金元素0.000004g（10亿分之四克）。亿分之四克）。海水中含有的各种元素的种类多，海水中含有的各种元素的种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质首先需要解决物质的富集的中提取物质首先需要解决物质的富集的问题。问题。海水资源的分散性：35（2）海水制盐：）海水制盐：通过海水淡化生产通过海水淡化生产NaCl，再利用，再利用NaCl制制NaOH、制金属、制金属Na、制、制Na2CO3、制取盐酸、氯气、漂白粉等等。制取盐酸、氯气、漂白粉等等。（2）海水制盐：通过海水淡化生产NaCl，再36海水晒盐（煮海为盐）海水晒盐（煮海为盐）海水晒盐（煮海为盐）37 【思考与交流思考与交流】如如何何将将海海水水中中的的溴溴离离子子转转变变成成溴溴单单质质？阅阅读读教教材材P91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Cl2 【思考与交流】1、推测海水提溴的步骤和实验装置；38 从海水中提取溴的主要工艺流程：从海水中提取溴的主要工艺流程：用蒸馏法将海水浓缩。用硫酸将浓缩的海水用蒸馏法将海水浓缩。用硫酸将浓缩的海水酸化。酸化。向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：转化为溴单质：2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl。向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的：富集的目的：Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4。向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：2HBr+Cl2=2HCl+Br2。用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。的溴单质。（3）海水提溴：）海水提溴：从海水中提取溴的主要工艺流程：（3）海水提溴：392NaBr+Cl2=Br2+2NaCl2H2O+Br2+SO2=H2SO4+2HBr2HBr+Cl2=Br2+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2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl2H2O+B40A 科学探究科学探究 如如何何证证明明海海带带中中有有碘碘离离子子？阅阅读读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 科学探究化学方程式：41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海带提碘：海带海带灰溶解过滤灼烧残渣含I-的溶液稀H2SO442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 用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中；埚中；灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；却；海带灰转移到小烧杯，加蒸馏水，搅拌、海带灰转移到小烧杯，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤；煮沸、过滤；在滤液中滴加稀在滤液中滴加稀H H2 2SOSO4 4及及H H2 2O O2 2，然后加入，然后加入几滴淀粉溶液。几滴淀粉溶液。实验现象是：实验现象是：_,_,反反应的离子方程式是：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2I-+2H+H2O2 I2+2H2O证明海带中含有碘，有以下步骤 用剪刀剪碎海带，用酒精43（4）海带中提取碘）海带中提取碘 反应原理：反应原理：海带中的碘元素主要以海带中的碘元素主要以I-的形式存在，的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2，再萃，再萃取出来。如用取出来。如用H2O2做氧化剂，反应的离子做氧化剂，反应的离子方程式是：方程式是：2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O 注意事项：注意事项：海带不要用水洗，以免洗去海带中的海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；用干海带从而易于燃烧；灼烧海带的碘；用干海带从而易于燃烧；灼烧海带的地方要注意通风。地方要注意通风。（4）海带中提取碘 反应原理：44（5）其它资源）其它资源 从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品；产品；从海水中获取铀和重水作为核能开发从海水中获取铀和重水作为核能开发的重要原料；的重要原料；从海水中获取其他物质和能量（潮汐从海水中获取其他物质和能量（潮汐能和波浪能）。能和波浪能）。（5）其它资源 从海水中提取镁、钾、溴、45【结束语】【结束语】海洋是一个巨大的宝库，人类海洋是一个巨大的宝库，人类在研究和开发海洋资源时，不能以在研究和开发海洋资源时，不能以牺牲环境为代价，也绝不应违背可牺牲环境为代价，也绝不应违背可持续发展的原则。持续发展的原则。在开发海水资源时，应注意综在开发海水资源时，应注意综合利用，以节约能源。合利用，以节约能源。【结束语】海洋是一个巨大的宝库，人类在46