高一化学开发利用金属矿物和海水资源课件

第四章 化学与可持续发展 第一节开发利用金属矿物和海水资源学习目标1以金属矿物的开发和利用为例，认识化学方法在实现物质间转化的作用。2掌握金属冶炼的一般原理基础及不同金属的冶炼方法。第一课时4.1.1金属矿物的开发利用 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人类最早发现和应用的金人类最早发现和应用的金属分别是：属分别是：Cu2（OH）2CO3=2CuO+H2O+CO2 蓝铜矿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”.在在公公元元前前6000年年到到7000年年左左右右，人人类类开开始始迈迈进进了了象象征征古古代代文文明明开开端的端的“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这是英法联军洗劫焚毁这是英法联军洗劫焚毁世界建筑史上最杰出的世界建筑史上最杰出的园林园林圆明园后，被圆明园后，被劫掠到国外的珍贵文物劫掠到国外的珍贵文物铜虎头铜虎头，2000年在年在香港被拍卖。由中国派香港被拍卖。由中国派员出高价将其赎回。员出高价将其赎回。记住我们的国耻：中国还有上百万件珍贵文物流失海外记住我们的国耻：中国还有上百万件珍贵文物流失海外我国古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冶炼金属的实质是用还原的方法冶炼金属的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到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。将金属从其化合物中还原出来用于生产将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程在工业上称为和制造各种金属材料的过程在工业上称为金属的冶炼。金属的冶炼。金属活动性顺序金属活动性顺序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu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1、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）2HgO=2Hg+O2加热加热2Ag2O=4Ag+O2加热加热2、物理提取法：适用于、物理提取法：适用于极不活泼极不活泼的的金属金属Pt、Au3、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高温高温Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温高温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：镁镁条条剧剧烈烈燃燃烧烧，放放出出大大量量的的热热，发发出出耀耀眼眼的的白白光光，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1 1、镁条的作用是什么？、镁条的作用是什么？2 2、氯酸钾的作用是什么？、氯酸钾的作用是什么？铝热剂铝热剂结论：结论：铝也是还原剂，在一定的条件下与某些金铝也是还原剂，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。所以一属氧化物反应，把其中的金属还原成单质。所以一些活泼的金属也可作还原剂。些活泼的金属也可作还原剂。问题问题反应现象：剧烈反应，发出强光，纸漏斗被烧穿，沙子上落有黑色铁珠。Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3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，接钢轨等。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、锰等使铝与金属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等应用：应用：(1)(1)焊接钢轨，焊接钢轨，(2)(2)冶炼金属。冶炼金属。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。4、电解法（适合一、电解法（适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电解电解电解法在金属活动性顺序中，钾、钠、钙等几在金属活动性顺序中，钾、钠、钙等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用其从化合物中还原出来，只能用通电分解其通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼熔融盐或氧化物的方法来冶炼。阳极阳极阴极阴极KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu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小结：小结：（1）热分解法适用于金属活动顺序中）热分解法适用于金属活动顺序中 以以后的金属冶炼或精炼。后的金属冶炼或精炼。（2）热还原法适用于金属活动顺序中部）热还原法适用于金属活动顺序中部的金属冶炼的金属冶炼（3）电解熔盐或氧化物法选用于钾、钠、）电解熔盐或氧化物法选用于钾、钠、钙、铝等活泼金属的冶炼。钙、铝等活泼金属的冶炼。KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu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，而且镁比的四分之一，而且镁比铝更加活泼，所以要想铝更加活泼，所以要想矿物质中获取镁，代价矿物质中获取镁，代价比铝更高。比铝更高。海洋中含有大量的氯化海洋中含有大量的氯化镁，海水又咸又苦镁，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1亿吨镁再过亿吨镁再过一百万年，海水中镁的含量也只会从目前的一百万年，海水中镁的含量也只会从目前的0.13%降低到降低到0.12%，即只减少了万分之一。，即只减少了万分之一。可谓取之不尽，用之不竭。可谓取之不尽，用之不竭。1 1、不同的金属，冶炼方法不同、不同的金属，冶炼方法不同+nM得电子得电子M（被还原）（被还原）因为金属离子的得电子能力不同，所以冶炼方法不同。因为金属离子的得电子能力不同，所以冶炼方法不同。2、金属活动、金属活动性顺序金属的冶炼性顺序金属的冶炼金属活动金属活动顺序顺序金属失电金属失电子能力子能力 金属离子金属离子的得电子的得电子主要冶炼主要冶炼方法方法K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）、）、CuHg、Ag、强强弱弱弱弱强强电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法【思考】为什么人类使用铁器比使用铜器晚？金属使用的先后与金属冶炼的难易有关。三、金属提炼步骤：（1）矿石的富集、除杂；（2）冶炼；（3）精炼。4、金属资源的可持续发展、金属资源的可持续发展回收和再利用回收和再利用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使用其他材料代替金属材料使用其他材料代替金属材料金属的回收和资源保护金属的回收和资源保护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，推测制取下列金属最适宜的方法：NaZnHg 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第二课时4.1.2海水资源的开发利用 二、海水资源的开发利用 P82二、海水资源的开发利用二、海水资源的开发利用 学习目标：学习目标：1.了解海水资源开发和利用的前景了解海水资源开发和利用的前景及化学在其中可以发挥的作用。及化学在其中可以发挥的作用。2.掌握从海水中提取碘、溴、掌握从海水中提取碘、溴、镁等化工产品原理及方法镁等化工产品原理及方法。从太空观察地球，看到地球上有七从太空观察地球，看到地球上有七片陆地片陆地“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 海洋生物资源海洋生物资源含含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中的矿产资源海水综合利用的重要方向海水综合利用的重要方向海水综合利用的重要方向是：海水综合利用的重要方向是：海水淡化海水淡化同同化工生产结合、同能源技术结合化工生产结合、同能源技术结合。如从海水中。如从海水中制得的制得的氯化钠氯化钠除食用外，还用作工业原料，如除食用外，还用作工业原料，如生产生产烧碱、纯碱、金属钠以及氯气、盐酸、漂烧碱、纯碱、金属钠以及氯气、盐酸、漂白粉白粉等含氯化工产品。从海水中制取等含氯化工产品。从海水中制取镁、钾、镁、钾、溴溴及其化工产品，是在传统制盐工业上的发展。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。从海水中获得其他物质和能量具有广阔的前景。例如，例如，铀和重水铀和重水目前是核能开发中的重要原料，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。化学在开发略意义。化学在开发海洋药物海洋药物方面也将发挥越方面也将发挥越来越大的作用。来越大的作用。潮汐能、波浪能潮汐能、波浪能等也是越来越等也是越来越受到重视和开发的新型能源。受到重视和开发的新型能源。1、海水资源的广泛性：海洋约占地球表面积71%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中的水海水中的水1.3X109 亿亿吨吨 占地球总水量占地球总水量97%（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80多种元素，多种元素，有的含量很大（如有的含量很大（如NaCl）有的含量很少）有的含量很少（如（如Au）2、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按含量计：含O、H及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共13种元素的质量占总水量的99%，其余1%为70多种含量微少的元素。3、海水资源的分散性：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，含量极微少如：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0.000004g（10亿分之四克）（百分之0.000004克）4、海水资源的利用：主要有：1.海水的淡化（咸水 淡水）2.直接利用海水进行循环冷却（作冷却用水）5、海水的淡化：（1）海水淡化的途径:从海水中提取淡水 从海水中分离出盐（2）海水淡化的方法:蒸 馏 法（最先使用，技术成熟，但成本高）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，但需要不断更新离子交换树脂）蒸馏法所用的装置及原理原理：加热到水的沸点，使水汽化变成水蒸气，再冷凝得淡水。注意：图4-3海水蒸馏原理示意图进进冷却水冷却水 出出图4-4太阳能蒸发原理示意图6、海水的综合利用（1）海水制盐生产NaCl（2）NaCl的水溶液制NaOH（3）制金属Na（4）制Na2CO3 2 NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 2NaCl+2H2O 电解电解 H2+Cl2 +2NaOH 2NaCl（熔融）（熔融）电解电解 2Na+Cl2（5）从海水中制金属镁海水海水蒸发蒸发 MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2 +CaCl2k Mg(OH)2 +2HCl =MgCl2 +H2O MgCl2 通电通电 Mg+Cl2 粗盐粗盐 水、重结晶水、重结晶 精盐精盐母液母液 Mg(OH)2 盐酸、浓缩盐酸、浓缩 MgCl2 H2O 脱水脱水 MgCl2 电解 Mg贝壳贝壳 煅烧煅烧 CaO 水水 石灰乳石灰乳引入海水引入海水贝壳贝壳（CaCO3)过滤网过滤网 工业制镁流程工业制镁流程沉降池沉降池过滤槽过滤槽Mg(OH)2盐酸盐酸蒸蒸发发干干燥燥锻烧产物锻烧产物电解电解MgCl2金属镁金属镁MgCl2溶液溶液锻烧锻烧与水反应与水反应氯气氯气课本P83科学探究科学探究1.（6）科学探究1.从海水中提取溴从海水中提取溴 (写出有关的化学方程式写出有关的化学方程式)课本资料卡片P83 2 NaBr+Cl2=2 NaCl +Br2 k Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4 2HBr+Cl2=2HCl+Br2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？阅阅读读教教材材P83页页实实验验42。实验探究：2.如何证明海带中存在碘元素如何证明海带中存在碘元素实验4-2 实验方法：1、取约3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，点燃酒精灯将海带灼烧至完全成灰，停止加热，使海带冷却至室温。3、将海带灰转移到小烧杯中，加入约10mg蒸馏水，搅拌，煮沸2-3min，过滤4、在滤液中滴入几滴3mol/L的稀硫酸再加入约1ml3%的H2O2 ，观察现象5、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：加入H2O2后，溶液由无色变为深黄色，再加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色化学方程式化学方程式：2KI+H2O2+H2SO4=I2 +K2SO4+2H2O