化学必修2第四章金属矿物的开发和利用 第1,2课时

1、高中新课程高中新课程 化学化学 必修必修2 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源 提问：提问： 金属在自然界一般以什么形式存在？金属在自然界一般以什么形式存在？ 自然界中自然界中绝大多数绝大多数金属以金属以化合态化合态存在；只有存在；只有少数少数 金属以金属以游离态游离态存在（存在（金、铂金、铂） 部分金属矿物部分金属矿物 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 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源 一一.金属矿物开发利用金属矿物开发利用 在金属化合物中，金属一般呈正价，要得到金在金属化合物中，金属一般呈正价，要得到金 属单质，就必须将它

2、们还原。这个过程在工业上称属单质，就必须将它们还原。这个过程在工业上称 为金属的冶炼为金属的冶炼 根据金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法根据金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法 电解法电解法 热还原法热还原法 热分解法热分解法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源 一一.金属矿物开发利用金属矿物开发利用 1.热分解法热分解法 2.热还原法热还原法 热分解法热分解法电解法电解法 热还原法热还原法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag CuO+ H2 = Cu+H

3、2O 加热加热 Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2 高温高温 2HgO = 2Hg + O2 加热加热 2Ag2O = 4Ag + O2 加热加热 要点二要点二 铝热反应铝热反应 1反应实验反应实验 实验实验 操作操作 实验实验 现象现象 镁条剧烈燃烧，放出一定的热，使氧化铁镁条剧烈燃烧，放出一定的热，使氧化铁 粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。 反应放出大量的热，并发出耀眼的白光。反应放出大量的热，并发出耀眼的白光。 纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中 实验实验 结论结论 在高温下，铝与在高温下，铝与Fe2

4、O3发生反应，放出大发生反应，放出大 量的热量的热 2.铝热反应铝热反应 概念概念 铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应 并放出大量热的化学反应并放出大量热的化学反应 原理原理 Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，作还原剂，另一种氧化物作氧化剂， 用铝将氧化物中的金属置换出来用铝将氧化物中的金属置换出来 铝热铝热 剂剂 铝粉和某些金属氧化物铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、 V2O5等等)组成的混合物组成的混合物 反应反应 特点特点 在高温下进行，反应迅速并放出大量的在高温下进行，反应迅速并放出大量的 热，新生成的金属单质呈熔融态且易与热，新生成的金

5、属单质呈熔融态且易与 Al2O3分离分离 应用应用 冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、 Cr、Mn等；焊接钢轨等等；焊接钢轨等 特别提醒特别提醒实验注意事项：实验注意事项： (1)镁条要打磨净表面的氧化膜镁条要打磨净表面的氧化膜,否则难以点燃；否则难以点燃； (2)氧化铁粉末要干燥，铝粉要没有被氧化，否氧化铁粉末要干燥，铝粉要没有被氧化，否 则难以反应；则难以反应； (3)要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层 纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周 溅出；溅出； (4)蒸发皿中的

6、细沙要适量，既要防止蒸发皿炸蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸 裂，又要防止熔融的液体溅出伤人；裂，又要防止熔融的液体溅出伤人； (5)实验装置要与人有一定距离实验装置要与人有一定距离,防止人被烧伤。防止人被烧伤。 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源 一一.金属矿物开发利用金属矿物开发利用 1.热分解法热分解法 2.热还原法热还原法 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，如用于铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨焊接钢轨等；等； 在冶金工业上也常用这一反应原理，冶炼在冶金工业上也常用这一反应原理，冶炼钒、铬、锰钒、铬、锰等等熔点熔点 高高

7、的金属。的金属。 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源 一一.金属矿物开发利用金属矿物开发利用 1.加热法加热法 2.热还原法热还原法 3.电解法电解法 热分解法热分解法电解法电解法 热还原法热还原法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag 2Al2O3=4Al+3O2 2NaCl=2Na+Cl2 电解电解 电解电解 在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种金属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

8、，而只用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只 能用能用通电分解其熔融盐或氧化物通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。的方法来冶炼。 C 1下列金属的工业制法正确的是下列金属的工业制法正确的是() A制钛：用金属钠置换出氯化钛制钛：用金属钠置换出氯化钛(TiCl4)溶液溶液 中的钛中的钛 B炼铁：用焦炭和空气反应产生的一氧化碳炼铁：用焦炭和空气反应产生的一氧化碳 在高温下还原铁矿石中的铁在高温下还原铁矿石中的铁 C制钠：用海水作原料制得精盐，再电解纯制钠：用海水作原料制得精盐，再电解纯 净氯化钠溶液得到金属钠净氯化钠溶液得到金属钠 D炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为炼铜：用黄铜矿经电

9、解精炼得到纯度为 99.9%的铜的铜 金属的回收和资源保护金属的回收和资源保护 资料资料 以金属铝为例，生产一吨金属铝至少要消耗四吨铝土矿资源。以金属铝为例，生产一吨金属铝至少要消耗四吨铝土矿资源。 当前全球金属铝的年产量约当前全球金属铝的年产量约2500万吨，年消耗铝土矿超过一亿万吨，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，吨，如果照此发展下去，地球上的铝土矿资源就会越来越少， 直至有一天枯竭。如果人类消费的金属铝能够回收利用，直至有一天枯竭。如果人类消费的金属铝能够回收利用， 只要回收利用量达到产量的二分之一，每年就将减少铝土矿消只要回收利用量达到产量的

10、二分之一，每年就将减少铝土矿消 耗量约耗量约5000万吨，这对保护全球铝土矿资源具有极为重要的意万吨，这对保护全球铝土矿资源具有极为重要的意 义。其次，利用废杂原料生产一吨金属铝与用铝土矿原料生产义。其次，利用废杂原料生产一吨金属铝与用铝土矿原料生产 一吨金属铝相比，可以节省一吨金属铝相比，可以节省95以上的能源消耗。同时由于金以上的能源消耗。同时由于金 属铝可以反复循环使用，从再生铝废料中再生产铝，其节能效属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。另外，再生铝生产中二氧化碳的产生量和排放量果更加显著。另外，再生铝生产中二氧化碳的产生量和排放量 与原铝生产相比，大为减

11、少。有资料统计，再生铝生产可比生与原铝生产相比，大为减少。有资料统计，再生铝生产可比生 产原铝减少二氧化碳排放量产原铝减少二氧化碳排放量90%以上，环保效益十分显著。以上，环保效益十分显著。 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）减少环境污染）减少环境污染 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源 一一.金属矿物开发利用金属矿物开发利用 1.加热法加热法 2.热还原法热还原法 3.电解法电解法 二二.海水资源的开发利用海水资源的开发利用 1.海水水资源的利用海水水资源的利用 海水淡化的主要方法海水淡化的主

12、要方法：蒸馏法蒸馏法 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源 一一.金属矿物开发利用金属矿物开发利用 1.加热法加热法 2.热还原法热还原法 3.电解法电解法 二二.海水资源的开发利用海水资源的开发利用 1.海水水资源的利用海水水资源的利用 另外还可将海水淡化与化工结合、与能另外还可将海水淡化与化工结合、与能 源技术结合（如蒸馏过程源技术结合（如蒸馏过程 中的热源可利用中的热源可利用 太阳能），这成为海水综合利用的重要方太阳能），这成为海水综合利用的重要方 向向 实验实验4-2： 海带中提取碘的实验步骤海带中提取碘的实验步骤 （1）称取称取3g干海带，用刷子把干海带表面的附着干海

13、带，用刷子把干海带表面的附着 物刷净（物刷净（不要用水洗，有不要用水洗，有I I- -）。）。 将海带剪碎，将海带剪碎， 用酒精润湿（用酒精润湿（便于灼烧便于灼烧）后，放在坩埚中。）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。成灰，停止加热，冷却。 （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 10ml蒸馏水，搅拌，煮沸蒸馏水，搅拌，煮沸2min3min，使使 可溶物溶解，过滤。可溶物溶解，过滤。 （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 H2O

14、2 溶液，观察现象。取少量上述滤液，滴加几滴溶液，观察现象。取少量上述滤液，滴加几滴 淀粉溶液，观察现象。淀粉溶液，观察现象。 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源 一一.金属矿物开发利用金属矿物开发利用 1.加热法加热法 2.热还原法热还原法 3.电解法电解法 二二.海水资源的开发利用海水资源的开发利用 1.海水水资源的利用海水水资源的利用 2.海水化学资源的开海水化学资源的开 发利用发利用 检验海带中碘元素（检验海带中碘元素（I I- -) 还可用哪些氧化剂还可用哪些氧化剂 在什么仪器灼在什么仪器灼 烧烧 规律方法规律方法常见生成常见生成I2的化学反应的化学反应 I 具有较

15、强的还原性，氧化性较强的物质能 具有较强的还原性，氧化性较强的物质能 氧化氧化I 生成 生成I2，常见的化学反应主要有：，常见的化学反应主要有： Cl22I =2Cl I2 Br22I =2Br I2 2Fe3 2I =2Fe2 I2 IO5I 6H =3I2 3H2O H2O22H 2I =I2 2H2O 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源 一一.金属矿物开发利用金属矿物开发利用 1.加热法加热法 2.热还原法热还原法 3.电解法电解法 二二.海水资源的开发利用海水资源的开发利用 1.海水水资源的利用海水水资源的利用 2.海水化学资源的开海水化学资源的开 发利用发利用 （1

16、）空气吹出纯碱吸收法。）空气吹出纯碱吸收法。 方法是将氯气通入到富含溴离子的海水中，方法是将氯气通入到富含溴离子的海水中， 使溴置换出来，再用空气将溴吹出，用纯碱使溴置换出来，再用空气将溴吹出，用纯碱 溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到溴单溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到溴单 质。该方法涉及到的反应有：质。该方法涉及到的反应有： （写出离子方程式）；（写出离子方程式）； Br2+3CO32 BrO3+ 5Br +3CO2; BrO3 + 5Br+6H 3Br2+3H2O。 海水提溴海水提溴（常用方法有三种常用方法有三种） 2Br2Br- -+Cl+Cl2 2=2Cl=2Cl- -+Br+Br

17、2 2 （2）空气吹出）空气吹出SO2吸收法。吸收法。 该方法基本同（该方法基本同（1），只是将溴吹出），只是将溴吹出 后是用后是用SO2来吸收的，使溴转化为氢溴来吸收的，使溴转化为氢溴 酸，然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质酸，然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质 溴。溴。 溴与二氧化硫反应：溴与二氧化硫反应： _ 。 SOSO2 2+Br+Br2 2+2H+2H2 2O=HO=H2 2SOSO4 4+2HBr+2HBr （3）溶剂萃取法。）溶剂萃取法。 该法是利用单质溴在水中和有机溶该法是利用单质溴在水中和有机溶 剂中溶解度的不同的原理来进行的。剂中溶解度的不同的原理来进行的。 开发利用金属矿物和海

18、水资源开发利用金属矿物和海水资源 小结小结 热分解法热分解法 电解法电解法 热还原法热还原法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H） Cu Hg Ag 一一.金属矿物开发利用金属矿物开发利用 二二.海水资源的开发利用海水资源的开发利用 1.海水水资源的利用：海水水资源的利用： 海水淡化海水淡化 2.海水化学资源的开发利用：海水化学资源的开发利用： 海带中碘元素的检验、海带中碘元素的检验、 海水提溴海水提溴 B 2下图为铝热反应的实验装置，请回答下列问下图为铝热反应的实验装置，请回答下列问 题：题： (1)引发该铝热反应的操作为引发该铝热反应的操作为 _。 (2)若将氧化铁换成

19、氧化镁，该反应能否发生？若将氧化铁换成氧化镁，该反应能否发生？ _(填填“能能”或或“不能不能”)，理由是，理由是 _。 (3)铝热反应的用途有哪些铝热反应的用途有哪些 _。 在混合物中间插一根镁带，并用燃着的小木在混合物中间插一根镁带，并用燃着的小木 条条(或火柴或火柴)点燃镁带点燃镁带 不能不能 镁比铝活泼，铝不能置换镁镁比铝活泼，铝不能置换镁 用于焊接钢轨；冶炼某些金属用于焊接钢轨；冶炼某些金属 解析：解析：(1)利用镁条燃烧放热促使利用镁条燃烧放热促使KClO3分解分解 产生产生O2从而引发铝热反应。从而引发铝热反应。 (2)Mg比比Al活泼，活泼，Al不能从不能从MgO中置换出中置换

20、出Mg。 答案：答案：(1)在混合物中间插一根镁带，并用燃在混合物中间插一根镁带，并用燃 着的小木条着的小木条(或火柴或火柴)点燃镁带点燃镁带 (2)不能镁比铝活泼，铝不能置换镁不能镁比铝活泼，铝不能置换镁 (3)用于焊接钢轨；冶炼某些金属用于焊接钢轨；冶炼某些金属 3(2009广东高考广东高考)广东正在建设海洋强省。下列说广东正在建设海洋强省。下列说 法不正确的是法不正确的是() A从海带中提取碘单质的过程涉及氧化还原反应从海带中提取碘单质的过程涉及氧化还原反应 B往淡水中加入往淡水中加入NaCl等配成人造海水，可用于海等配成人造海水，可用于海 产品的长途运输产品的长途运输 C赤潮主要是由工

21、农业生产和生活废水引起沿海赤潮主要是由工农业生产和生活废水引起沿海 水域的富营养化而造成的水域的富营养化而造成的 D海洋经济专属区的资源开发可获得海洋经济专属区的资源开发可获得Fe、Co、K 、Au、Mg、B等金属等金属 D 4(1)在一次化学晚会上，一位同学表演了一在一次化学晚会上，一位同学表演了一 个有趣的魔术：用蘸有饱和硫酸铜溶液的玻璃个有趣的魔术：用蘸有饱和硫酸铜溶液的玻璃 棒在一洁净的铁片上点上数处，所点之处，点棒在一洁净的铁片上点上数处，所点之处，点 铁成铁成“金金”。你知道其中的奥妙吗？请用化学。你知道其中的奥妙吗？请用化学 方程式表示其反应原理：方程式表示其反应原理： _ _。 FeCuSO4=FeSO4Cu (2)铜在自然界多以铜在自然界多以1价矿石存在，因为在固态或价矿石存在，因为在固态或 是高温下是高温下1价铜比价铜比2价稳定。辉铜矿价稳定。辉铜矿(Cu2S)炼铜炼铜 的方法之一是将矿石高温通空气焙烧，生成两种的方法之一是将矿石高温通空气焙烧，生成两种 氧化物。将焙烧过的矿石加上比它质量约少一半氧化物。将焙烧过的矿石加上比它质量约少一半 的未经焙烧的矿石，混合后隔绝空气再进行高温的未经焙烧的矿石，混合后隔绝空气再进行高温 焙烧，结果得到金属铜和一种具有刺激性气味的焙烧，结果得到金属铜和一种具有刺激性气味的 气体。这两个反应的化学方程式为气体。这两个反应的化