高中化學(xué) 第四章第1節(jié) 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源課件 新人教版必修2

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1、第第四章四章 化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用 廣義地講，所謂廣義地講，所謂自然資源自然資源，是指在一，是指在一定時(shí)間、地點(diǎn)的條件下能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值的，定時(shí)間、地點(diǎn)的條件下能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)價(jià)值的，以提高人類當(dāng)前和將來(lái)福利的自然環(huán)境因素以提高人類當(dāng)前和將來(lái)福利的自然環(huán)境因素和條件的總稱?？沙掷m(xù)發(fā)展的目標(biāo)是滿足人和條件的總稱?？沙掷m(xù)發(fā)展的目標(biāo)是滿足人類需要，強(qiáng)調(diào)人類的行為要受到自然界的制類需要，強(qiáng)調(diào)人類的行為要受到自然界的制約、強(qiáng)調(diào)代際之間、人類和其它生物種群之約、強(qiáng)調(diào)代際之間、人類和其它生物種群之間、不同國(guó)家和不同地區(qū)之間的公平。它包間、不同國(guó)家和不同地區(qū)之間的公平。它包括經(jīng)濟(jì)的可持

2、續(xù)發(fā)展，社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展、括經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展、資源可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和全球可資源可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展和全球可持續(xù)發(fā)展。持續(xù)發(fā)展。 一、金屬礦物的開發(fā)和利用一、金屬礦物的開發(fā)和利用請(qǐng)同學(xué)們列舉出常見金屬的名稱？請(qǐng)同學(xué)們列舉出常見金屬的名稱？ 金屬元素種類多，分布廣，活動(dòng)性差別金屬元素種類多，分布廣，活動(dòng)性差別大，在自然界的存在形式各異，少數(shù)不活潑大，在自然界的存在形式各異，少數(shù)不活潑金屬以游離態(tài)存在（如金和鉑等），多數(shù)金金屬以游離態(tài)存在（如金和鉑等），多數(shù)金屬以化合態(tài)存在。屬以化合態(tài)存在。 人們?cè)谏詈蜕a(chǎn)中使用的金屬材人們?cè)谏詈蜕a(chǎn)中使用的金屬材料多是合金或純

3、金屬，這就需要料多是合金或純金屬，這就需要把金屬把金屬?gòu)牡V石中提煉出來(lái)，提煉的過(guò)程就是金從礦石中提煉出來(lái)，提煉的過(guò)程就是金屬的冶煉屬的冶煉過(guò)程過(guò)程。一、一、 金屬的冶煉金屬的冶煉1. 1. 金屬冶煉的金屬冶煉的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì) 利用利用氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)，使金屬化合物中，使金屬化合物中的金屬陽(yáng)離子的金屬陽(yáng)離子得到電子得到電子變成金屬原子。變成金屬原子。即：即：Mn+ + ne-M想一想想一想: :要使金屬礦物轉(zhuǎn)化為金屬單要使金屬礦物轉(zhuǎn)化為金屬單質(zhì)質(zhì), ,金屬元素的化合價(jià)如何變化金屬元素的化合價(jià)如何變化, ,發(fā)生發(fā)生什么反應(yīng)什么反應(yīng)? ?金屬活動(dòng)性順序金屬活動(dòng)性順序K Ca Na Mg Al Zn

4、 Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au金屬活動(dòng)性由強(qiáng)逐漸減弱金屬活動(dòng)性由強(qiáng)逐漸減弱快速閱讀課本快速閱讀課本8989頁(yè)內(nèi)容，找出金頁(yè)內(nèi)容，找出金屬冶煉有多少種方法，分別是什屬冶煉有多少種方法，分別是什么？適用于金屬活動(dòng)順序表中的么？適用于金屬活動(dòng)順序表中的哪些金屬哪些金屬? ?金屬的冶煉的步驟：礦石的富集、冶煉、精煉金屬的冶煉的步驟：礦石的富集、冶煉、精煉(1)(1)熱分解法熱分解法(2)(2)熱還原法熱還原法(3)(3)電解法電解法二二 、 金屬冶煉的方法的選擇金屬冶煉的方法的選擇熱分解法熱分解法練習(xí)練習(xí): :寫出寫出HgOHgO，AgAg2 2OO受熱分解的化學(xué)方程受熱分解

5、的化學(xué)方程式式2Hg gO = 2Hg g + O22Ag g2O = 4Ag g + O2( (適用適用HgHg及其以后的不活潑金屬及其以后的不活潑金屬) )K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg AgHg Ag熱還原法熱還原法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（適合大部分金屬）（適合大部分金屬）CuO+HCuO+H2 2 = Cu + H = Cu + H2 2OO高溫高溫

6、FeFe2 2OO3 3+3CO = 2Fe + 3CO+3CO = 2Fe + 3CO2 2 高溫高溫（適合一（適合一些非常活潑金屬些非?；顫娊饘伲?MgClMgCl2 2 ( (熔融熔融) = Mg + Cl) = Mg + Cl2 2 電解電解2Al2Al2 2OO3 3 ( (熔融熔融) = 4Al + 3O) = 4Al + 3O2 2 電解電解冰晶石冰晶石2NaCl (2NaCl (熔融熔融) = 2Na + Cl) = 2Na + Cl2 2 電解電解電解法電解法K Ca Na Mg Al K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) CuZn Fe Sn Pb (

7、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電解法電解法熱還原法熱還原法熱分熱分解法解法物理物理方法方法金屬活動(dòng)性順序與金屬的冶煉方法金屬活動(dòng)性順序與金屬的冶煉方法小小 結(jié)結(jié)鋁熱反應(yīng) 反應(yīng)現(xiàn)象：劇烈反應(yīng)，發(fā)出強(qiáng)光，紙漏斗被燒穿，沙子上落有黑色鐵珠。FeFe2 2OO3 3+2Al = 2Fe + Al+2Al = 2Fe + Al2 2OO3 3高溫高溫其

8、其它它鋁鋁熱熱反反應(yīng)應(yīng) 3MnO3MnO2 2+4Al = 3Mn+ 2Al+4Al = 3Mn+ 2Al2 2OO3 3高溫高溫CrCr2 2OO3 3+2Al = 2Cr + Al+2Al = 2Cr + Al2 2OO3 3高溫高溫3Co3Co3 3OO4 4+8Al = 9Co + 4Al+8Al = 9Co + 4Al2 2OO3 3高溫高溫鋁鋁熱熱反反應(yīng)應(yīng)的的應(yīng)應(yīng)用用 鋁熱反應(yīng)的原理可以應(yīng)用在生產(chǎn)上，如用于焊鋁熱反應(yīng)的原理可以應(yīng)用在生產(chǎn)上，如用于焊接鋼軌等。在冶金工業(yè)上也常用這一反應(yīng)原理，接鋼軌等。在冶金工業(yè)上也常用這一反應(yīng)原理，使鋁與金屬氧化物反應(yīng)，冶煉釩、鉻、錳等使鋁與金屬氧化

9、物反應(yīng)，冶煉釩、鉻、錳等閱讀課本閱讀課本P P8989頁(yè)表頁(yè)表4-1 4-1 常見金屬的冶常見金屬的冶煉原理煉原理金屬的回收和資源保護(hù)金屬的回收和資源保護(hù)1 1、回收金屬的意義：（、回收金屬的意義：（1 1）節(jié)約礦物資源；）節(jié)約礦物資源； （2 2）節(jié)約能源；）節(jié)約能源； （3 3）減少環(huán)境污染）減少環(huán)境污染 以鋁為例，生產(chǎn)一噸原鋁至少要消耗四噸鋁以鋁為例，生產(chǎn)一噸原鋁至少要消耗四噸鋁土礦資源。當(dāng)前全球原鋁的年產(chǎn)量約土礦資源。當(dāng)前全球原鋁的年產(chǎn)量約2500萬(wàn)噸，萬(wàn)噸，年消耗鋁土礦超過(guò)一億噸，如果照此發(fā)展下去，年消耗鋁土礦超過(guò)一億噸，如果照此發(fā)展下去，地球上的鋁土礦資源就會(huì)越來(lái)越少，直至有一地球

10、上的鋁土礦資源就會(huì)越來(lái)越少，直至有一天枯竭。如果人類消費(fèi)的鋁能夠回收利用，只天枯竭。如果人類消費(fèi)的鋁能夠回收利用，只要回收利用量達(dá)到產(chǎn)量的二分之一，每年就將要回收利用量達(dá)到產(chǎn)量的二分之一，每年就將減少鋁土礦消耗量約減少鋁土礦消耗量約5000萬(wàn)噸，這對(duì)保護(hù)全球萬(wàn)噸，這對(duì)保護(hù)全球鋁土礦資源具有極為重要的意義。其次，利用鋁土礦資源具有極為重要的意義。其次，利用廢雜原料生產(chǎn)一噸合金鋁錠與用鋁土礦原料生廢雜原料生產(chǎn)一噸合金鋁錠與用鋁土礦原料生產(chǎn)一噸原鋁錠相比，可以節(jié)省產(chǎn)一噸原鋁錠相比，可以節(jié)省95以上的能源以上的能源消耗。消耗。 據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)， 每生產(chǎn)一噸原鋁錠需要消耗能源每生產(chǎn)一噸原

11、鋁錠需要消耗能源2132132TJ(2TJ(電能約占電能約占8282) )，而生產(chǎn)一噸再生鋁合金錠所需能源消耗為，而生產(chǎn)一噸再生鋁合金錠所需能源消耗為5 55TJ(5TJ(燃燃料約占料約占8080) )，僅為原鋁錠生產(chǎn)能源消耗的，僅為原鋁錠生產(chǎn)能源消耗的2 26 6，優(yōu)勢(shì)，優(yōu)勢(shì)比較明顯。由于鋁可以反復(fù)循環(huán)使用，從再生鋁廢料中再比較明顯。由于鋁可以反復(fù)循環(huán)使用，從再生鋁廢料中再生產(chǎn)鋁，其節(jié)能效果更加顯著。生產(chǎn)鋁，其節(jié)能效果更加顯著。 另外，再生鋁生產(chǎn)中二氧化碳的產(chǎn)生量和排放量與原鋁另外，再生鋁生產(chǎn)中二氧化碳的產(chǎn)生量和排放量與原鋁生產(chǎn)相比，大為減少。有資料統(tǒng)計(jì)，再生鋁生產(chǎn)可比用水生產(chǎn)相比，大為減少

12、。有資料統(tǒng)計(jì)，再生鋁生產(chǎn)可比用水電生產(chǎn)原鋁減少二氧化碳排放量電生產(chǎn)原鋁減少二氧化碳排放量91%91%，比用燃油發(fā)電減少，比用燃油發(fā)電減少二氧化碳排放量二氧化碳排放量9797以上，比用煤發(fā)電減少的二氧化碳排以上，比用煤發(fā)電減少的二氧化碳排放量更多，環(huán)保效益十分顯著放量更多，環(huán)保效益十分顯著。 2 2、回收金屬的實(shí)例、回收金屬的實(shí)例（1 1）廢舊鋼鐵用于煉鋼；）廢舊鋼鐵用于煉鋼；（2 2）廢鐵屑用于制鐵鹽；）廢鐵屑用于制鐵鹽；（3 3）定影液用于回收銀）定影液用于回收銀練習(xí)練習(xí)1: 1:冶煉金屬常用以下幾種方法：冶煉金屬常用以下幾種方法：以以C C、COCO或或 H H2 2 作還原劑還原。作還原

13、劑還原。利用鋁熱反應(yīng)原理用利用鋁熱反應(yīng)原理用AlAl還原。還原。電解法。電解法。 熱分解法。熱分解法。下列金屬各采用哪種方法還原最佳。下列金屬各采用哪種方法還原最佳。FeFe、ZnZn、CuCu等中等活潑的金屬等中等活潑的金屬( )( )NaNa、MgMg、AlAl等活潑或較活潑金屬等活潑或較活潑金屬( )( )HgHg、AgAg等不活潑金屬等不活潑金屬( )( )V V、CrCr、MnMn、WW等高熔點(diǎn)金屬等高熔點(diǎn)金屬( )( )練習(xí)練習(xí)2:2:下列氧化物不能跟鋁粉組成鋁熱下列氧化物不能跟鋁粉組成鋁熱劑的是劑的是( ) A.WO3 B.MnO2 C.MgO D.V2O5C第第四章四章 化學(xué)與

14、自然資源的開發(fā)利用化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用二、海水資源的開發(fā)利用二、海水資源的開發(fā)利用1 1、海水資源的廣闊性、海水資源的廣闊性 海洋約占地球表面積的海洋約占地球表面積的71%71%。海水中水。海水中水的儲(chǔ)量約為的儲(chǔ)量約為1.31.310109 9億噸，約占地球總水億噸，約占地球總水量的量的97%97%。海水中除了水以外，還含有。海水中除了水以外，還含有很多種常量元素和微量元素。很多種常量元素和微量元素。2 2、海水資源的多樣性、海水資源的多樣性 由于與巖石、大氣和生物的相互作用，由于與巖石、大氣和生物的相互作用，海水中溶解和懸浮著大量的無(wú)機(jī)物和有機(jī)海水中溶解和懸浮著大量的無(wú)機(jī)物和有機(jī)物，按含

15、量計(jì)，物，按含量計(jì)，H H2 2OO中的中的H H、OO兩種元素，兩種元素，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種元素超過(guò)總量的種元素超過(guò)總量的99%99%，其他，其他為微量元素，總計(jì)含有為微量元素，總計(jì)含有8080多種元素。多種元素。3 3、海水資源的分散性、海水資源的分散性 雖然海水中元素種類很多，總儲(chǔ)量很大，雖然海水中元素種類很多，總儲(chǔ)量很大，但許多元素的富集程度卻很低。例如，海水但許多元素的富集程度卻很低。例如，海水中金元素的總儲(chǔ)量約為中金元素的總儲(chǔ)量約為5 510107 7t t，而，而1t 1t海

16、水中海水中的含量?jī)H有的含量?jī)H有4 410106 6g g。 總之，海洋是一個(gè)遠(yuǎn)未完全開發(fā)的巨大總之，海洋是一個(gè)遠(yuǎn)未完全開發(fā)的巨大化學(xué)資源寶庫(kù)。化學(xué)資源寶庫(kù)。4 4、海水中水資源利用的項(xiàng)目、海水中水資源利用的項(xiàng)目 海水中水資源的利用，主要包括海水中水資源的利用，主要包括海水的海水的淡化淡化和和直接利用海水的循環(huán)冷卻直接利用海水的循環(huán)冷卻等。等。5 5、海水的淡化、海水的淡化 （1 1）使海水淡化的途徑）使海水淡化的途徑 通過(guò)海水中提取淡水或從海水中把鹽分通過(guò)海水中提取淡水或從海水中把鹽分離出去，都可以達(dá)到淡化海水的目的。離出去，都可以達(dá)到淡化海水的目的。 （2 2）海水淡化的方法及其特點(diǎn)）海水淡

17、化的方法及其特點(diǎn) 海水淡化的方法主要有海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析蒸餾法、電滲析法、離子交換法法、離子交換法等。等。 其中其中蒸餾法蒸餾法的歷史最久，技術(shù)和工藝也的歷史最久，技術(shù)和工藝也比較完善，但成本較高。比較完善，但成本較高。6 6、海水綜合利用的重要方向、海水綜合利用的重要方向 海水綜合利用的重要方向是：海水淡化海水綜合利用的重要方向是：海水淡化同化工生產(chǎn)結(jié)合、同能源技術(shù)結(jié)合。如從同化工生產(chǎn)結(jié)合、同能源技術(shù)結(jié)合。如從海水中制得的氯化鈉除食用外，還用作工海水中制得的氯化鈉除食用外，還用作工業(yè)原料，如生產(chǎn)燒堿、純堿、金屬鈉以及業(yè)原料，如生產(chǎn)燒堿、純堿、金屬鈉以及氯氣、鹽酸、漂白粉等含氯

18、化工產(chǎn)品。從氯氣、鹽酸、漂白粉等含氯化工產(chǎn)品。從海水中制取鎂、鉀、溴及其化工產(chǎn)品，是海水中制取鎂、鉀、溴及其化工產(chǎn)品，是在傳統(tǒng)制鹽工業(yè)上的發(fā)展。從海水中獲得在傳統(tǒng)制鹽工業(yè)上的發(fā)展。從海水中獲得其他物質(zhì)和能量具有廣闊的前景。其他物質(zhì)和能量具有廣闊的前景。 鈾和重水鈾和重水目前是核能開發(fā)中的重要原料，目前是核能開發(fā)中的重要原料，從海水中提取鈾和重水對(duì)一個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō)具從海水中提取鈾和重水對(duì)一個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō)具有戰(zhàn)略意義?；瘜W(xué)在開發(fā)海洋藥物方面也有戰(zhàn)略意義?；瘜W(xué)在開發(fā)海洋藥物方面也將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。潮汐能、波浪能潮汐能、波浪能等也是越來(lái)越受到重視和開發(fā)的新型能源。等也是越來(lái)越受到重視

19、和開發(fā)的新型能源。7 7、海水中提取溴的實(shí)驗(yàn)、海水中提取溴的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)方法：（1 1）用蒸餾法將海水濃縮。）用蒸餾法將海水濃縮。用硫酸將濃縮的海水酸化。用硫酸將濃縮的海水酸化。（2 2）向酸化的海水中通入適）向酸化的海水中通入適量的氯氣，使溴離子轉(zhuǎn)化為量的氯氣，使溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)。溴單質(zhì)。（3 3）向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸）向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸氣，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收氣，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)。塔內(nèi)。（4 4）向吸收塔中溶液內(nèi)通入適量的氯氣。）向吸收塔中溶液內(nèi)通入適量的氯氣。（5 5）用）用CClCCl4 4萃取吸收塔中溶液里的溴

20、單質(zhì)。萃取吸收塔中溶液里的溴單質(zhì)。7 7、海水中提取溴的實(shí)驗(yàn)、海水中提取溴的實(shí)驗(yàn)化學(xué)方程式：化學(xué)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、海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)、海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)方法：（1 1）稱取稱取3g3g干海帶，用刷子把干海帶表面干海帶，用刷子把干海帶表面的附著物刷凈（不要用水洗的附著物刷凈（不要用水洗，有，有I I- -）。）。 將將

21、海帶剪碎，用酒精潤(rùn)濕（便于灼燒）后，海帶剪碎，用酒精潤(rùn)濕（便于灼燒）后，放在坩堝中。放在坩堝中。 （2 2）用酒精燈灼燒盛有海帶的坩堝，至海用酒精燈灼燒盛有海帶的坩堝，至海帶完帶完全全成灰，停止加熱，冷卻。成灰，停止加熱，冷卻。 （3 3）將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中，再向燒杯中加入）將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中，再向燒杯中加入10ml10ml蒸餾水，攪拌，煮沸蒸餾水，攪拌，煮沸2min2min3min3min，使可溶物溶解，過(guò)，使可溶物溶解，過(guò)濾。濾。 （4 4）向?yàn)V液中滴入幾滴硫酸，再加入約）向?yàn)V液中滴入幾滴硫酸，再加入約1ml H1ml H2 2OO2 2溶液，溶液，觀察現(xiàn)象。取少量上述濾液，滴加幾滴淀粉溶液，觀觀察現(xiàn)象。取少量上述濾液，滴加幾滴淀粉溶液，觀察現(xiàn)象。察現(xiàn)象。 8 8、海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)、海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： 加入加入H H2 2OO2 2溶液后，溶液由無(wú)色變?yōu)樯铧S溶液后，溶液由無(wú)色變?yōu)樯铧S色；加入淀粉溶液后，溶液又變?yōu)樯钏{(lán)色。色；加入淀粉溶液后，溶液又變?yōu)樯钏{(lán)色?；瘜W(xué)方程式：化學(xué)方程式：2KI + H2KI + H2 2OO2 2 + H+ H2 2SOSO4 4= I= I2 2+ K+ K2 2SOSO4 4 + 2H+ 2H2 2OO