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第第四章四章 化学与自然资源的开发利用化学与自然资源的开发利用 广义地讲，所谓广义地讲，所谓自然资源自然资源，是指在一，是指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。可持续发展的目标是满足人和条件的总称。可持续发展的目标是满足人类需要，强调人类的行为要受到自然界的制类需要，强调人类的行为要受到自然界的制约、强调代际之间、人类和其它生物种群之约、强调代际之间、人类和其它生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。它包间、不同国家和不同地区之间的公平。它包括经济的可持续发展，社会的可持续发展、括经济的可持续发展，社会的可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展和全球可资源可持续发展、环境可持续发展和全球可持续发展。持续发展。 一、金属矿物的开发和利用一、金属矿物的开发和利用请同学们列举出常见金属的名称？请同学们列举出常见金属的名称？ 金属元素种类多，分布广，活动性差别金属元素种类多，分布广，活动性差别大，在自然界的存在形式各异，少数不活泼大，在自然界的存在形式各异，少数不活泼金属以游离态存在（如金和铂等），多数金金属以游离态存在（如金和铂等），多数金属以化合态存在。属以化合态存在。 人们在生活和生产中使用的金属材人们在生活和生产中使用的金属材料多是合金或纯金属，这就需要料多是合金或纯金属，这就需要把金属把金属从矿石中提炼出来，提炼的过程就是金从矿石中提炼出来，提炼的过程就是金属的冶炼属的冶炼过程过程。一、一、 金属的冶炼金属的冶炼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，使金属化合物中，使金属化合物中的金属阳离子的金属阳离子得到电子得到电子变成金属原子。变成金属原子。即：即：Mn+ + ne-M想一想想一想: :要使金属矿物转化为金属单要使金属矿物转化为金属单质质, ,金属元素的化合价如何变化金属元素的化合价如何变化, ,发生发生什么反应什么反应? ?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快速阅读课本快速阅读课本8989页内容，找出金页内容，找出金属冶炼有多少种方法，分别是什属冶炼有多少种方法，分别是什么？适用于金属活动顺序表中的么？适用于金属活动顺序表中的哪些金属哪些金属? ?金属的冶炼的步骤：矿石的富集、冶炼、精炼金属的冶炼的步骤：矿石的富集、冶炼、精炼(1)(1)热分解法热分解法(2)(2)热还原法热还原法(3)(3)电解法电解法二二 、 金属冶炼的方法的选择金属冶炼的方法的选择热分解法热分解法练习练习: :写出写出HgOHgO，AgAg2 2OO受热分解的化学方程受热分解的化学方程式式2Hg gO = 2Hg g + O22Ag g2O = 4Ag g + O2( (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) )K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg AgHg Ag热还原法热还原法K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg AgK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg AgZn Fe Sn PbZn Fe Sn Pb (H) (H) CuCu（适合大部分金属）（适合大部分金属）CuO+HCuO+H2 2 = Cu + H = Cu + H2 2OO高温高温FeFe2 2OO3 3+3CO = 2Fe + 3CO+3CO = 2Fe + 3CO2 2 高温高温（适合一（适合一些非常活泼金属些非常活泼金属） MgClMgCl2 2 ( (熔融熔融) = Mg + Cl) = Mg + Cl2 2 电解电解2Al2Al2 2OO3 3 ( (熔融熔融) = 4Al + 3O) = 4Al + 3O2 2 电解电解冰晶石冰晶石2NaCl (2NaCl (熔融熔融) = 2Na + Cl) = 2Na + Cl2 2 电解电解电解法电解法K Ca Na Mg Al K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) CuZn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt AuHg Ag Pt AuK Ca Na Mg AlK Ca Na Mg AlK Ca Na MK Ca Na Mg g Al Al Zn Fe Sn PbZn Fe Sn Pb (H) Cu (H) Cu H Hg g A Ag g Pt AuPt Au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小 结结铝热反应 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。FeFe2 2OO3 3+2Al = 2Fe + Al+2Al = 2Fe + Al2 2OO3 3高温高温其其它它铝铝热热反反应应 3MnO3MnO2 2+4Al = 3Mn+ 2Al+4Al = 3Mn+ 2Al2 2OO3 3高温高温CrCr2 2OO3 3+2Al = 2Cr + Al+2Al = 2Cr + Al2 2OO3 3高温高温3Co3Co3 3OO4 4+8Al = 9Co + 4Al+8Al = 9Co + 4Al2 2OO3 3高温高温铝铝热热反反应应的的应应用用 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、锰等阅读课本阅读课本P P8989页表页表4-1 4-1 常见金属的冶常见金属的冶炼原理炼原理金属的回收和资源保护金属的回收和资源保护1 1、回收金属的意义：（、回收金属的意义：（1 1）节约矿物资源；）节约矿物资源； （2 2）节约能源；）节约能源； （3 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土矿资源。当前全球原铝的年产量约2500万吨，万吨，年消耗铝土矿超过一亿吨，如果照此发展下去，年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，直至有一地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，只天枯竭。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，每年就将要回收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减少铝土矿消耗量约5000万吨，这对保护全球万吨，这对保护全球铝土矿资源具有极为重要的意义。其次，利用铝土矿资源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比，可以节省产一吨原铝锭相比，可以节省95以上的能源以上的能源消耗。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2132132TJ(2TJ(电能约占电能约占8282) )，而生产一吨再生铝合金锭所需能源消耗为，而生产一吨再生铝合金锭所需能源消耗为5 55TJ(5TJ(燃燃料约占料约占8080) )，仅为原铝锭生产能源消耗的，仅为原铝锭生产能源消耗的2 26 6，优势，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，其节能效果更加显著。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生量和排放量与原铝另外，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，大为减少。有资料统计，再生铝生产可比用水生产相比，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氧化碳排放量电生产原铝减少二氧化碳排放量91%91%，比用燃油发电减少，比用燃油发电减少二氧化碳排放量二氧化碳排放量9797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 2、回收金属的实例、回收金属的实例（1 1）废旧钢铁用于炼钢；）废旧钢铁用于炼钢；（2 2）废铁屑用于制铁盐；）废铁屑用于制铁盐；（3 3）定影液用于回收银）定影液用于回收银练习练习1: 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 C、COCO或或 H H2 2 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AlAl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最佳。下列金属各采用哪种方法还原最佳。FeFe、ZnZn、CuCu等中等活泼的金属等中等活泼的金属( )( )NaNa、MgMg、AlAl等活泼或较活泼金属等活泼或较活泼金属( )( )HgHg、AgAg等不活泼金属等不活泼金属( )( )V V、CrCr、MnMn、WW等高熔点金属等高熔点金属( )( )练习练习2:2: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第第四章四章 化学与自然资源的开发利用化学与自然资源的开发利用二、海水资源的开发利用二、海水资源的开发利用1 1、海水资源的广阔性、海水资源的广阔性 海洋约占地球表面积的海洋约占地球表面积的71%71%。海水中水。海水中水的储量约为的储量约为1.31.310109 9亿吨，约占地球总水亿吨，约占地球总水量的量的97%97%。海水中除了水以外，还含有。海水中除了水以外，还含有很多种常量元素和微量元素。很多种常量元素和微量元素。2 2、海水资源的多样性、海水资源的多样性 由于与岩石、大气和生物的相互作用，由于与岩石、大气和生物的相互作用，海水中溶解和悬浮着大量的无机物和有机海水中溶解和悬浮着大量的无机物和有机物，按含量计，物，按含量计，H H2 2OO中的中的H H、OO两种元素，两种元素，加上加上ClCl、NaNa、K K、MgMg、CaCa、S S、C C、F F、B B、BrBr、Sr Sr等等11 11种元素超过总量的种元素超过总量的99%99%，其他，其他为微量元素，总计含有为微量元素，总计含有8080多种元素。多种元素。3 3、海水资源的分散性、海水资源的分散性 虽然海水中元素种类很多，总储量很大，虽然海水中元素种类很多，总储量很大，但许多元素的富集程度却很低。例如，海水但许多元素的富集程度却很低。例如，海水中金元素的总储量约为中金元素的总储量约为5 510107 7t t，而，而1t 1t海水中海水中的含量仅有的含量仅有4 410106 6g g。 总之，海洋是一个远未完全开发的巨大总之，海洋是一个远未完全开发的巨大化学资源宝库。化学资源宝库。4 4、海水中水资源利用的项目、海水中水资源利用的项目 海水中水资源的利用，主要包括海水中水资源的利用，主要包括海水的海水的淡化淡化和和直接利用海水的循环冷却直接利用海水的循环冷却等。等。5 5、海水的淡化、海水的淡化 （1 1）使海水淡化的途径）使海水淡化的途径 通过海水中提取淡水或从海水中把盐分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。离出去，都可以达到淡化海水的目的。 （2 2）海水淡化的方法及其特点）海水淡化的方法及其特点 海水淡化的方法主要有海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析蒸馏法、电渗析法、离子交换法法、离子交换法等。等。 其中其中蒸馏法蒸馏法的历史最久，技术和工艺也的历史最久，技术和工艺也比较完善，但成本较高。比较完善，但成本较高。6 6、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：海水淡化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。其他物质和能量具有广阔的前景。 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。将发挥越来越大的作用。潮汐能、波浪能潮汐能、波浪能等也是越来越受到重视和开发的新型能源。等也是越来越受到重视和开发的新型能源。7 7、海水中提取溴的实验、海水中提取溴的实验实验方法：实验方法：（1 1）用蒸馏法将海水浓缩。）用蒸馏法将海水浓缩。用硫酸将浓缩的海水酸化。用硫酸将浓缩的海水酸化。（2 2）向酸化的海水中通入适）向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为量的氯气，使溴离子转化为溴单质。溴单质。（3 3）向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸）向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收气，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内。塔内。（4 4）向吸收塔中溶液内通入适量的氯气。）向吸收塔中溶液内通入适量的氯气。（5 5）用）用CClCCl4 4萃取吸收塔中溶液里的溴单质。萃取吸收塔中溶液里的溴单质。7 7、海水中提取溴的实验、海水中提取溴的实验化学方程式：化学方程式：2NaBr 2NaBr ClCl2 2 = Br= Br2 2 2NaCl2NaClBrBr2 2 SOSO2 2 2H2H2 2O = 2HBr O = 2HBr H H2 2SOSO4 42HBr 2HBr ClCl2 2 = Br = Br2 2 2HCl2HCl8 8、海带中提取碘的实验、海带中提取碘的实验实验方法：实验方法：（1 1）称取称取3g3g干海带，用刷子把干海带表面干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净（不要用水洗的附着物刷净（不要用水洗，有，有I I- -）。）。 将将海带剪碎，用酒精润湿（便于灼烧）后，海带剪碎，用酒精润湿（便于灼烧）后，放在坩埚中。放在坩埚中。 （2 2）用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完带完全全成灰，停止加热，冷却。成灰，停止加热，冷却。 （3 3）将海带灰转移到小烧杯中，再向烧杯中加入）将海带灰转移到小烧杯中，再向烧杯中加入10ml10ml蒸馏水，搅拌，煮沸蒸馏水，搅拌，煮沸2min2min3min3min，使可溶物溶解，过，使可溶物溶解，过滤。滤。 （4 4）向滤液中滴入几滴硫酸，再加入约）向滤液中滴入几滴硫酸，再加入约1ml H1ml H2 2OO2 2溶液，溶液，观察现象。取少量上述滤液，滴加几滴淀粉溶液，观观察现象。取少量上述滤液，滴加几滴淀粉溶液，观察现象。察现象。 8 8、海带中提取碘的实验、海带中提取碘的实验实验现象：实验现象： 加入加入H H2 2OO2 2溶液后，溶液由无色变为深黄溶液后，溶液由无色变为深黄色；加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色。色；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 + H2KI + H2 2OO2 2 + H+ H2 2SOSO4 4= I= I2 2+ K+ K2 2SOSO4 4 + 2H+ 2H2 2OO
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