高中化学课件 4-1 开发利用金属矿物和海水资源

欢迎进入化学课堂 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水资源 一 金属矿物的开发利用 我国21世纪初可持续发展的总体目标是 可持续发展能力不断增强 经济结构调整取得显著成效 人口总量得到有效控制 生态环境明显改善 资源利用率显著提高 促进人与自然的和谐 推动整个社会走上生产发展 生活富裕 生态良好的文明发展道路 自然资源与可持续发展 金属的冶炼 自然界中的金属大都以化合态存在 用化学的方法把化合态的金属变成游离态 要考虑的问题 矿石的富集 合适的冶炼方法 如何精炼 矿石中的金属是 分析 得电子 被还原 化合态 KCaNaMgAlZnFeSnPb H CuHgAgPtAu 金属活动性逐渐减弱 KCaNaMgAlZnFeSnPb H CuHgAgPtAu 金属活动性不同 还原方法一样吗 p88 1 热分解法 适用于金属活动性顺序表中氢以后的金属冶炼 HgAg 2 热还原法 适用于金属活动性顺序表中部的金属冶炼ZnFeSnPb H Cu 3 电解法 适用于钾 钠 钙 铝等活泼金属的冶炼 KCaNaMgAl 4 物理提取法 适用于极不活泼的金属的冶炼 PtAu 简单 实用 节省的原则 1 热分解法有些不活泼金属仅用热分解法就能制得 在金属活动性顺序表中 位于氢后面的某些金属的氧化物受热就能分解 冶炼方法的选择原则 2 热还原法多数金属的冶炼过程属于热还原法常用的还原剂有焦炭 一氧化碳 氢气和活泼金属等 3 电解法在金属活动性顺序中 钾 钠 钙 铝等几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其从化合物中还原出来 而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼 KCaNaMgAlZnFeSnPb H CuHgAg 电解法 热还原法 不同金属冶炼方法的选择 KCaNaMgAlZnFeSnPb H CuHgAg 同种金属可以有不同的冶炼方法 如Mg既可用还原法 也可用电解法 根据其不同用途选择不同的冶炼方法 活泼中等活泼不活泼 C CO H2 Al等 氧化物 氯化物 氧化物 练习 1 下列各组金属最适合用H2或CO把它从化合物中还原出来的是A Ca MgB Al FeC Fe CuD Hg Ag 2 列金属氧化物不能用焦炭还原的是 解题思路 碳的还原性一般介于A1 Zn之间 故一般比碳还原性强的金属 不能用碳还原 A CaOB Ag2OC CuOD Fe2O3 C A 3 下列各种冶炼方法中 可以制得相应金属的是 A 加热氧化铝B 加热碳酸钙C 电解熔融氯化钠D 氯化钠与铝粉高温共热4 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 Na Zn Hg Au C 电解法 加热还原法 加热分解法 物理提取法 实验4 1铝热反应p89 1 镁条的作用是什么 2 氯酸钾的作用是什么 问题 引燃剂 反应现象 镁条剧烈燃烧 放出大量的热 发出耀眼的白光 纸漏斗内剧烈反应 纸漏斗被烧穿 有熔融物落入沙中 铝热剂 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 结论 铝是常用的还原剂 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 其它铝热反应 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 锰等等高熔点金属 KCaNaMgAl ZnFeSnPb H Cu HgAg PtAu 电解法 热还原法 热分解法 物理提取法 C CO H2 Al等 不同金属冶炼方法的选择归纳 金属的回收和资源保护p89 回收金属的意义 1 节约矿物资源 2 节约能源 3 减少环境污染 二 海水资源的开发利用 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 海洋生物资源 含80多种元素 以氢 氧 氯 钠 镁 硫 钙 钾等较多 被称为 元素的故乡 海水中铀多达45亿吨是已知陆地铀矿储量的4500倍 氘有50亿吨足够人类用上千万年 海水中的化学资源 海洋中的矿产资源 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 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 水资源及各种溶解的盐类 海水中的水1 3 109亿吨占地球总水量97 3 在陆地 淡水 海水中除了水以外 还含有80多种元素 有的含量很大 如NaCl 有的含量很少 如Au 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 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 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 海水资源的利用 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 p90 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 进 冷却水出 煮海 为盐 海水浓缩 过滤 蒸发结晶 过量 食盐的提取 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 2NaOH CO2 Na2CO3 H2O 海水蒸发 母液 Mg OH 2 MgCl2 Ca OH 2 Mg OH 2 CaCl2 从海水中制金属镁 Mg OH 2 2HCl MgCl2 H2O 海水中提取溴的实验 实验方法 1 用蒸馏法将海水浓缩 用硫酸将浓缩的海水酸化 2 向酸化的海水中通入适量的氯气 使溴离子转化为溴单质 3 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塔内 转化为氢溴酸 4 向吸收塔中溶液内通入适量的氯气 最后经蒸馏可得液溴 用CCl4萃取 海水中提取溴实验的方程式 2NaBr Cl2 Br2 2NaCl 上面置换反应得到的Br2的浓度很低 难以收集 用空气吹出Br2后用SO2吸收 使溴得到富集 Br2 SO2 2H2O 2HBr H2SO4 2HBr Cl2 Br2 2HCl 如何证明海带中存在碘元素 实验4 2 一 实验方法 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 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 向滤液中滴入几滴硫酸 再加入约1mlH2O2溶液 观察现象 取少量上述滤液 滴加几滴淀粉溶液 观察现象 二 实验现象 加入H2O2溶液后 溶液颜色变为深黄色 加入淀粉溶液后 溶液又变为深蓝色 三 化学方程式 2KI H2O2 H2SO4 I2 K2SO4 2H2O 海水综合利用联合工业体系一例p92 由于镁很活泼 是还原性很强的金属 所以加热时能与许多气体物质反应 如空气 二氧化碳 氮气等 但不与氢气和稀有气体反应 练习 镁粉是焰火 闪光粉中不可缺少的原料 工业制造镁粉是镁蒸气在气体中冷却 下列可做冷却剂的是 1 空气 2 CO2 3 Ar 4 H2 5 N2A 1 2 B 2 3 C 3 4 D 4 5 C 2 下列叙述中所描述的物质一定是金属元素的是A 易失去电子的物B 原子最外层只有一个电子的元素C 单质具有金属光泽的元素D 第三周期中 原子的最外层上只有2个电子的元素 D 3 铝加入下列物质中会产生气体的是A 熔融NaOHB KOH溶液C Na2O2固体D Na2O2和水 4 铝热剂中铝的作用是A 催化剂B 氧化剂C 还原剂D 填充剂 BD C 5 下列冶炼金属的反应 一定是置换反应的是A 热分解法B 电解法C 铝热法炼铁D 高炉炼铁 C 6 下列说法中不正确的是A 金属的冶炼原理 就是利用氧化还原反应原理 用还原剂在一定条件下将金属从矿石中还原出来B 冶炼金属时 必须加入一种物质作为还原剂C 金属由化合态变为游离态 都是被还原D 金属单质被发现和应用得越早 其活动性一般较弱 AB 7 下列冶炼金属的反应 一定是分解反应的是 A 热分解法B 电解法C 铝热法炼铁D 高炉炼铁 AB 8 列金属冶炼方法与其他三种不同的是A FeB KC MgD Al A 9 下列海洋资源中属于可再生资源的是A 海底石油 天然气B 潮汐能C 滨海砂矿D 锰结核 10 下列哪种方法不能实现海水的淡化A 蒸馏法B 电渗析法C 离子交换法D 电解法 B D 11 下列属于海水化学资源利用的是A 海水淡化B 海水提盐C 海水提溴D 海水发电 12 用H2做还原剂和用金属做还原剂相比较 所得金属的纯度A 用H2高B 用金属的高C 二者相同D 无法比较 用H2还原的产物是金属和水 水受热挥发 只得到金属 用金属还原所得的是混合物 金属与金属的化合物 BC A 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全