开发利用金属矿物和海水资源

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,人类最早发现和应用的金属,C + 2CuO = CO,2,+ 2Cu,高温,铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的,“,石器时代,”,。,铜 镜,汉武帝时铜币,先秦刀币,在公元前,6000,年到,7000,年左右，人类开始迈进了象征古代文明开端的“,铜器时代,”。,资料卡片,Cu,2,(OH),2,CO,3,2CuO + H,2,O + CO,2,孔雀石,青铜,：,主要含铜和锡、铅,，有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀，主要用于制机器零件如轴承、齿轮等。,黄铜：,主要含铜和锌,，有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀，主要用于制机器零件、仪表和日用品。,白铜：,主要含铜和镍,，它不容易生铜绿，常用于制造精密仪器和装饰品。,这是英法联军洗劫焚毁世界建筑史上最杰出的园林,圆明园后，被劫掠到国外的珍贵文物,铜虎头,，,2000,年在香港被拍卖。由中国派员出高价将其赎回。,请,同学们勿忘我们的国耻：,中国还有上百万件珍贵文物流失海外。,人类最早是在由天而降的陨石中获得单质铁的，陨石中含铁量高达,90%,以上。,古代阿拉伯人曾传说“天上的金雨落进沙漠里变成了黑色的铁”。,济 南 陨 铁,新 疆 陨 铁,南极洲陨铁,金、铂等为游离态,得电子，被还原,M,n,+,M,+ n e,-,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,冶炼金属的步骤：,矿石富集,金属冶炼,精炼,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？,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,Al,2,O,3,）,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,2Al,2,O,3,(,熔融,),4Al,3O,2,电解,冰晶石,反应原理,:,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,:,Fe,2,O,3,3CO 2Fe,3CO,2,高温,铁矿石,焦炭,空气,石灰石,主要原料：,电解法,热,还原法,热,分解法,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,K Ca Na Mg Al,Zn Fe,Sn,Pb,（,H,）,Cu,Hg Ag,弱,强,电解法,还原法,Fe,2,O,3,3CO 2Fe,3CO,2,高温,2Al,2,O,3,(,熔融,),4Al,3O,2,电解,冰晶石,3,、金属冶炼的方法举例,（,1,）热分解法,2HgO 2Hg O,2,加热,2Ag,2,O 4AgO,2,加热,适合一些不活泼金属（一般是,H,后的金属）,Cu,2,S + O,2,2Cu + SO,2,高温,火法炼铜,（,2,）电解法,MgCl,2,(,熔融,) Mg,Cl,2,电解,2NaCl (,熔融,) 2Na,Cl,2,电解,2Al,2,O,3,(,熔融,) 4Al,3O,2,电解,冰晶石,铝土矿,适合一些非常活泼金属（,Zn,前金属）,（,常用的还原剂有：焦炭、,CO,、,H,2,等）,（,3,）热还原法,（,Zn,Cu,中等活泼金属,）,Fe,2,O,3,3CO 2Fe3CO,2,高温,2CuO + C 2Cu + CO,2,高温,高炉炼铁,主要反应,WO,3,+ 3H,2,W + 3H,2,O,高温,常用的还原剂还有哪些,?,实验,4,1,反应现象,：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入漏斗。,铝热反应的应用：,2Al,Fe,2,O,3,2Fe,Al,2,O,3,高温,3MnO,2,4Al 2Al,2,O,3,3Mn,高温,Cr,2,O,3,+2Al 2Cr + Al,2,O,3,3Co,3,O,4,+8Al 9Co + 4Al,2,O,3,高温,高温,其它铝热反应：,铝热反应：,铝某些金属氧化物,Al,2,O,3,金属,高温,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,、,H,2,、,Al,等活泼金属 ）,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,（,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：,课堂练习,:,2,、下列关于金属冶炼的说法不正确的是,( ),A,、金属冶炼是由人类生产生活需要发展起来的,B,、天然矿藏很少只含一种金属元素往往含有较多,杂质,C,、金属的冶炼主要有矿石的富集、冶炼还原和精,炼三个步骤,D,、金属冶炼一定要用到还原剂,D,1,、金属冶炼的目的是 （ ）,A,、把金属化合物还原为金属单质,B,、除去金属中的杂质,C,、把金属单质变为氧化物,D,、把电能转变为化学能,A,5,、冶炼金属常用以下几种方法：以,C,或,H,2,、,CO,作为还原剂还原法 ；热分解法 ；电解法 ；铝热法。现冶炼下列金属：,Al,、,Mg,、,Cu,、,Hg,、,Mn,，试标明适宜的冶炼方法。,Al,：,；,Mg,：,；,Cu,：,；,Hg,：,；,Mn,：,。,3,、工业上常采用电解法冶炼的金属是 （ ）,A,、,Fe B,、,Cu C,、,Al D,、,Ag,4,、可用热分解法就可能制得的金属有（ ）,A . Cu Cr B . Ti W,C . Ag Hg D . Na Al,C,C,Fe,Cu,2+,Cu,Fe,2+,6,、宋代时期，人们发现江西上饶有一口,苦泉，蒸发这种苦泉水会得到胆矾，熬苦泉水,的铁锅用久了会变成铜锅，这是湿法炼铜的起,源，请写出该反应的离子方程式,。,二、海水资源的开发和利用,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,是“历史留给,人类,的资源储备”,海洋是美丽的，,也是富饶的,海水资源主要分为几大类？,海水中蕴含着的丰富资源。,21,世纪人类将重点开发海洋资源。,海水,资源,的多样性,水资源,生物资源,能源,化学资源,海水水资源,海水中的水,1.3X,10,9,亿,吨,占地球总水量,97%,（,3%,在陆地、淡水）,海水生物资源,海水能源,具有商业开发价值的：潮汐发电和波浪发电,含,80,多种元素，,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。,被称为,“,元素的故乡,”,。,海水化学资源,大陆架的浅海海底：石油、天然气、煤、硫、磷等,近岸带的滨海砂矿：砂、贝壳等建筑材料和金属矿产,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）,海水,资源,的分散性,海水水资源的利用：,主要有：,1.,海水中水资源的利用,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）,海水蒸馏原理示意图,1,、海水淡化,原理,：加热到,水的沸点，液态水,变为水蒸汽与海水,中的盐分离，水蒸,汽冷凝得到淡水,如何用海水制备淡水？,海洋中,的化学资源的提取和检验,太阳能蒸发海水示意图：,2,、,科学探究：,如何将海水中的,Br,-,转变成,Br,2,？,1,、推测海水提溴的步骤和实验装置；,2,、写出相关的化学方程式。,浓缩海水,溴单质,氢溴酸,单质溴,通入,Cl,2,通入空气，,SO,2,吸收,通入,Cl,2,2NaBr + Cl,2,= Br,2,+2NaCl,2H,2,O + Br,2,+SO,2,= H,2,SO,4,+2HBr,2HBr + Cl,2,= Br,2,+2HCl,海水提溴的实验室模拟装置,溴的用途,溴化银是一种重要的感光材料，被用于制作胶卷和相纸等。当按下快门的时候，相片上的部分溴化银就分解出银，从而得到我们所说的底片。,溴化锂制冷技术则是最近广为使用的一项环保的空调制冷技术，其特点是不会有氟利昂带来的污染，所以很有发展前景。,灭火器中也有溴，我们平时看到的诸如“,1211”,灭火器，就是分子里面有一个溴原子的多卤代烷烃，不仅能扑灭普通火险，在泡沫灭火器无法发挥作用的时候，例如油火。,现在医院里普遍使用的镇静剂，有一类就是用溴的化合物制成的，如溴化钾、溴化钠、溴化铵等，通常用以配成“三溴片”，可治疗神精衰弱。,大家熟悉的红药水，也是溴与汞的化合物。,青霉素等抗菌素生产也需要溴，溴还是制造农业杀虫剂的原料。,溴可以用来制作防爆剂。把溴的一种化合物与铅的一种有机化合物同时掺入汽油中，可以有效地防止发动机爆炸。只不过这种含铅汽油燃烧会造成空气污染，在我国许多大城市已不再允许销售、使用掺加这种防爆剂的汽油。,3,、,科学探究：,如何证明海带中有碘离子？,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；,在滤液中滴加稀,H,2,SO,4,及,H,2,O,2,，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；,海带灰转移到小烧杯，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤。,(1),合理的步骤是：,(,2),证明含碘的步骤是：,现象是：,反应的离子方程式是：,滴入淀粉溶液，溶液变蓝。,2I,-,+ 2H,+,+H,2,O,2,I,2,+2H,2,O,提取海带中的碘元素得到单质碘,思考与归纳,燃烧,加水,加热,溶解,过滤,稀,硫酸,过氧化氢溶液,CCl,4,蒸馏,海带灰,海带,悬浊液,滤液,碘水,碘的,CCl,4,溶液,单质碘,操作,1,操作,2,操作,3,操作,4,操作,5,试剂,1,试剂,2,萃取,分液,生物,富集,海水,海水晒盐,（,煮海为盐）,4,、,从海水中提取,NaCl,方案,蒸发法：得到粗盐,粗盐提取,NaCl,方案,Na,2,CO,3,NaOH,BaCl,2,或或,粗盐中的杂质：,泥沙、,Ca,2+,、,Mg,2+,、,SO,4,2-,除杂试剂：,试剂加入顺序：,主要操作：,溶解、过滤、蒸发,盐酸,滤液,沉淀,适量,盐酸,溶解,BaCl,2,NaOH,Na,2,CO,3,过滤,蒸发,结晶,海水,淡水,粗盐,盐水,操作,（ ）,5,、,实验方案设计：,从海水中提取镁元素得到单质镁,卤水,g(OH),2,gCl,2,金属,Mg,电解,海水,富集,加碱,过滤,盐酸,蒸发,干燥,海水提取镁的工艺流程图,从海水中的,Mg,2+,到金属镁，经历了哪些化学变化，用化学方程式表示。,这个生产流程采用了哪些措施来提高经济效益？你获得了哪些启示？,就地取材、,使用廉价原料，,充分利用副产物,引入海水,贝壳,（,CaCO,3,),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,MgCl,2,金属镁,MgCl,2,溶液,锻烧,与水反应,氯气,海水提,镁,的步骤为：,贝壳 生石灰 石灰乳,氢氧化镁 氯化镁 镁,写出有关的化学反应方程式：,a,、,；,b,、,；,c,、,；,d,、,；,e,、,。,煅烧,a,水,b,海水,c,d,e,海水综合利用联合工业体系一例,