411化学与自然资源的开发利用

1、一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用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一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用1、金属元素的存在：、金属元素的存在： 除了金、铂等极少数金属外，绝除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于大多数金属以化合物的形式存在于自然界。自然界。 冶炼金属的实质是用还原的方冶炼金属的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。到电子变成金属原子。n+M得电子得电子M （被还原）（被还原）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

2、 Hg Ag Pt Au金属活动性逐渐减弱金属活动性逐渐减弱金属离子的得电子能力逐渐增强金属离子的得电子能力逐渐增强金属冶炼的方法金属冶炼的方法（2）热分解法）热分解法（适合一些不活泼金属）（适合一些不活泼金属）2HgO = 2Hg + O2 加热加热2Ag2O = 4Ag + O2 加热加热（1）物理提取法：）物理提取法： 适用于极不活泼的金属适用于极不活泼的金属Pt、AuFe2O33CO 2Fe3CO2高温高温（3）热还原法）热还原法CuO+H2 = Cu + H2O Fe2O3+3CO = 2Fe + 3CO2高温高温 适用于金属活动性顺序表中的适用于金属活动性顺序表中的中间的多中间的多

3、数金属数金属。它是金属冶炼的。它是金属冶炼的常用常用方法。方法。 常用的常用的还原剂还原剂有：有：活泼金属、活泼金属、CO、H2、C(焦炭焦炭)铝热反应铝热反应实验实验41 注意观察现象注意观察现象反应现象反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量热，镁条剧烈燃烧，放出大量热，发出耀眼白光，纸漏斗内发出耀眼白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。斗被烧穿，有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al = 2Fe + Al2O3高温高温铝热剂铝热剂 铝铝还原剂还原剂 （活泼金属（活泼金属可作还原剂）可作还原剂）1、镁条的作用是什么？、镁条的作用是什么？2、氯酸钾的作用是什么？、氯酸钾

4、的作用是什么？结论：结论：铝也是铝也是还原剂还原剂，在一定的条件下，在一定的条件下与某些金属氧化物反应，把其中的金属还与某些金属氧化物反应，把其中的金属还原成单质。所以一些活泼的金属也可作还原成单质。所以一些活泼的金属也可作还原剂。原剂。问题问题引起氯酸钾分解引起氯酸钾分解引发铝热反应引发铝热反应3MnO2+4Al = 3Mn+ 2Al2O3高温高温Cr2O3+2Al = 2Cr + Al2O3高温高温3Co3O4+8Al = 9Co + 4Al2O3高温高温其它的铝热反应：其它的铝热反应：应用：应用：(1)(1)焊接钢轨，焊接钢轨，(2)(2)冶炼金属。冶炼金属。 由于早期炼铝十分困难，所以

5、铝的价格十分昂贵，一度超越金银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。世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。 然而自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工然而自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工 艺不断改艺不断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成主要成 分是分是Al2O3，当然还是有，当然还是有很多其它杂质的）中冶炼铝的技术了，使得制铝成本大大下降，铝的价很多其它杂质的）中冶炼铝的技术了，使得制铝成本大大下降，铝的价格也一降千丈，走入千家万户

6、。格也一降千丈，走入千家万户。镁在地壳中含量只有铝镁在地壳中含量只有铝的四分之一，而且镁比的四分之一，而且镁比铝更加活泼，所以要想铝更加活泼，所以要想矿物质中获取镁，代价矿物质中获取镁，代价比铝更高。比铝更高。海洋中含有大量的氯化海洋中含有大量的氯化镁，海水又咸又苦镁，海水又咸又苦。咸是因为含有氯化钠，咸是因为含有氯化钠，苦是因为含有氯化镁苦是因为含有氯化镁，同样道理，粗盐易潮同样道理，粗盐易潮解是因为其中含有较解是因为其中含有较多的氯化镁，而氯化多的氯化镁，而氯化镁易吸水。镁易吸水。据估算，假如每年从海水中提取据估算，假如每年从海水中提取1亿吨镁，再亿吨镁，再过一百万年，海水中镁的含量也只会

7、从目前过一百万年，海水中镁的含量也只会从目前的的0.13%降低到降低到0.12%，即只减少了万分之一。，即只减少了万分之一。可谓取之不尽，用之不竭。可谓取之不尽，用之不竭。（4）电解法）电解法（适合一些非常活泼金属）（适合一些非常活泼金属） 在金属活动性顺序中，在金属活动性顺序中，K、Na 、Ca、Al 等几种金属的等几种金属的还原性很强还原性很强，这些金属，这些金属的阳离子的阳离子难得电子难得电子，因此不能用一般的，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，方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用而只能用通电通电分解其分解其熔融盐熔融盐或或氧化物氧化物的的方法来冶炼。方法来冶炼

8、。（4）电解法）电解法（适合一些非常活泼金属）（适合一些非常活泼金属） MgCl2 (熔融熔融) = Mg + Cl2 电解电解2Al2O3 (熔融熔融) = 4Al + 3O2 电解电解冰晶石冰晶石2NaCl (熔融熔融) = 2Na + Cl2 电解电解 今天铝的产量已经仅次于钢铁了，铝及铝合金成今天铝的产量已经仅次于钢铁了，铝及铝合金成为现代文明不可缺少的金属，铝在工业上被称为为现代文明不可缺少的金属，铝在工业上被称为“钢精钢精”，是因为它的合金不但轻，而且强度足以，是因为它的合金不但轻，而且强度足以替代钢铁，铝除了用于建材之外，还被用于航天工替代钢铁，铝除了用于建材之外，还被用于航天工

9、业，如我国第一颗人造卫星东方红一号，外壳全部业，如我国第一颗人造卫星东方红一号，外壳全部用铝合金制成，美国的阿波罗用铝合金制成，美国的阿波罗11号，宇宙飞船所号，宇宙飞船所用的金属材料中，铝及合金用的金属材料中，铝及合金75%左右，可以说人类左右，可以说人类送上太空的金属中，铝是最多的了。送上太空的金属中，铝是最多的了。注意：正常人的人体，每注意：正常人的人体，每70公斤体重约含公斤体重约含61毫克铝。毫克铝。 但铝摄入过多却是对人体有害的，经研究表明，铝但铝摄入过多却是对人体有害的，经研究表明，铝元素能渗入人脑，与神经元细胞释放出来的具有传元素能渗入人脑，与神经元细胞释放出来的具有传递信息功

10、能的有机碱反应递信息功能的有机碱反应，导致神经系统传递信息导致神经系统传递信息受阻，引起受阻，引起老年痴呆老年痴呆。K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag金属活动性（还原性）：金属活动性（还原性）：弱弱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离子的氧化性离子的氧化性弱弱强强K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg AgPt Au电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法物理提取法物理提取法湿法炼铜湿法炼铜:Fe+CuSO4=FeSO4+Cu火法炼铜火法炼

11、铜:Cu2S+O2= 2Cu+SO2高温高温合理开发和利用矿物资源，主要途径有：合理开发和利用矿物资源，主要途径有：1、提高金属矿物的利用率、提高金属矿物的利用率2、减少金属的使用量、减少金属的使用量3、加强金属资源的回收和再利用、加强金属资源的回收和再利用4、使用其他材料代替金属材料、使用其他材料代替金属材料 金属的回收和资源保护金属的回收和资源保护（1）节约矿物资源；（）节约矿物资源；（2）节约能源；）节约能源；（3）减少环境污染）减少环境污染1、下列各种冶炼方法中，可以制得相应金、下列各种冶炼方法中，可以制得相应金 属的是（属的是（ ） A、加热氧化铝、加热氧化铝 B、加热碳酸钙、加热碳

12、酸钙 C、电解熔融氯化钠、电解熔融氯化钠 D、氯化钠与铝粉高温共热、氯化钠与铝粉高温共热2、根据金属在金属活动顺序表中的位置、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：及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：Na Zn Hg Au C电解法电解法加热还原法加热还原法加热分解法加热分解法物理提取法物理提取法3、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.V2O5C4.下列金属氧化物，不能用碳还原制得金属单质的下列金属氧化物，不能用碳还原制得金属单质的是（是（ ） A氧化铁氧化铁 B氧化铝氧化

13、铝 C氧化镁氧化镁 D氧化铜氧化铜5.下列说法中不正确的是（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理，用还原剂在一定条件下将金属从矿石中 还原出来还原出来 B冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂冶炼金属时，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，其活动性一金属单质被发现和应用得越早，其活动性一 般越弱般越弱B CB 6.下列冶炼金属的反应，一定是置换反应的下列冶炼金属的反应，一定是置换反应的是（是

14、（ ） A热分解法热分解法 B电解法电解法 C铝热法炼铁铝热法炼铁 D高炉炼铁高炉炼铁7.下列冶炼金属的反应，一定是分解反应的下列冶炼金属的反应，一定是分解反应的是（是（ ） A热分解法热分解法 B电解法电解法 C铝热法炼铁铝热法炼铁 D高炉炼铁高炉炼铁 C A B8.冶炼下列金属时，常用还原剂把它从化合物冶炼下列金属时，常用还原剂把它从化合物中还原出来的是（中还原出来的是（ ） A钠钠 B镁镁 C铝铝 D铁铁9.下列金属冶炼方法与其他三种不同的是（下列金属冶炼方法与其他三种不同的是（ ） AFe BK CMg DAl D A 从太空观察地球，看到地球上有七片从太空观察地球，看到地球上有七片陆

15、地陆地“漂浮漂浮”在一大片蓝色的海洋之中。在一大片蓝色的海洋之中。海洋是海洋是“历史留给人类的资源储备历史留给人类的资源储备”二、海水资源的开发和利用二、海水资源的开发和利用海洋生物资源海洋生物资源含含8080多种元素，以氢、氧、多种元素，以氢、氧、氯、钠、镁、硫、钙、钾等氯、钠、镁、硫、钙、钾等较多。被称为较多。被称为“元素的故乡元素的故乡”。海水中铀多达海水中铀多达45亿吨是已亿吨是已知陆地铀矿储量的知陆地铀矿储量的4500倍。倍。氘有氘有50亿吨足够人类用上亿吨足够人类用上千万年。千万年。海水中的化学资源海水中的化学资源海洋中的矿产资源海洋中的矿产资源海水资源的利用：海水资源的利用： 主

16、要有：主要有：u1.海水中水资源的利用海水的淡化海水中水资源的利用海水的淡化 （咸水（咸水 淡水）淡水）u2.直接利用海水进行循环冷却（作冷却用水）直接利用海水进行循环冷却（作冷却用水）海水的淡化：海水的淡化：（1）海水淡化的途径）海水淡化的途径: 从海水中提取淡水从海水中提取淡水 从海水中分离出盐从海水中分离出盐（2）海水淡化的方法）海水淡化的方法: 蒸蒸 馏馏 法法（最先使用，技术成熟，但成本高）（最先使用，技术成熟，但成本高） 电渗析法电渗析法（成本低，但未能大量生产）（成本低，但未能大量生产） 离子交换法离子交换法（目前正迅速发展，但需要不断（目前正迅速发展，但需要不断 更新离子交换树

17、脂）更新离子交换树脂）海水资源的广泛性：海水资源的广泛性： 海洋约占地球表面积71% 海洋中的资源 ： 动物动物:（鱼类、海狮、海马、贝类（鱼类、海狮、海马、贝类 植物植物:（海草、海带（海草、海带 矿物矿物:（各种盐、（各种盐、NaCl、MgCl2 . 海底金属结核矿、石油海底金属结核矿、石油 水水 : （水资源及各种溶解的盐类）（水资源及各种溶解的盐类） 海水中的水海水中的水1.3X109 亿亿吨吨 占地球总水量占地球总水量97% （3%在陆地、淡水）在陆地、淡水） 海水中除了水以外，还含有海水中除了水以外，还含有80多种元素，多种元素，有的含量很大（如有的含量很大（如NaCl ），有的含

18、量很少），有的含量很少（如（如Au）海水资源的多样性：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海水中溶解和悬浮大量的无机物和有机物 按含量计：含按含量计：含O、H及及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共共13种元素的质量占总量的种元素的质量占总量的99%，其余，其余1%为为70多种含量微少的元素。多种含量微少的元素。海水资源的分散性：海水资源的分散性： 海水因为量太大、面太广，大多数元素尽海水因为量太大、面太广，大多数元素尽管总量很大但由于太分散管总量很大但由于太分散 ，含量极微少，含量极微少 如：海水中金元素总含量约为如：海水中金元素总含量约为50000000t（5千万吨

19、），但一吨海水中只含金元素千万吨），但一吨海水中只含金元素 0.000004g（10亿分之四克）亿分之四克） （ 百分之百分之0.000004克）克）图图4-5 海水海水综合利用综合利用联合工业体系一例联合工业体系一例1、从海水中提取淡水、从海水中提取淡水海水淡化海水淡化 海水淡化的方法主要有海水淡化的方法主要有蒸馏法蒸馏法、电渗析法电渗析法、 离子交换法离子交换法等。等。 海水蒸馏原理示意图海水蒸馏原理示意图进进出出原理：原理：加热到水的加热到水的沸点，液态沸点，液态水变为水蒸水变为水蒸气与海水中气与海水中的盐分离，的盐分离，水蒸汽冷凝水蒸汽冷凝得到淡水。得到淡水。太阳能蒸发海水示意图：太阳

20、能蒸发海水示意图： 2、海水晒盐（煮海为盐）、海水晒盐（煮海为盐）海水海水浓缩浓缩过滤过滤HCl溶液，适量溶液，适量蒸发结晶蒸发结晶NaOH溶液、溶液、 BaCl2溶液、溶液、 Na2CO3溶液溶液过量过量食盐的提取食盐的提取从海水中制金属镁从海水中制金属镁海水海水蒸发蒸发粗盐粗盐 水、重结晶水、重结晶 精盐精盐母液母液 Mg(OH)2石灰乳石灰乳 水水 CaO 煅烧煅烧 贝壳贝壳盐酸、浓缩盐酸、浓缩 MgCl2 H2O 脱水脱水 MgCl2 电解电解 Mg MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCl2 Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + H2O MgCl2

21、 通电通电 Mg + Cl2 A 科学探究：科学探究：如何证明海带中有碘离子？如何证明海带中有碘离子？ 阅读阅读P91实验实验4-2 如何证明海带中存在碘元素如何证明海带中存在碘元素u实验方法：实验方法：1、取约取约3克的干海带，用刷子去净表面上的附着物，克的干海带，用刷子去净表面上的附着物，把海带剪碎后，用适量酒精浸湿，放入坩埚中；把海带剪碎后，用适量酒精浸湿，放入坩埚中；2、把泥三角放在铁三脚架上，将坩埚放在泥三角上，把泥三角放在铁三脚架上，将坩埚放在泥三角上，点燃酒精灯将海带点燃酒精灯将海带灼烧灼烧至完全成灰，停止加热，使至完全成灰，停止加热，使海带冷却至室温；海带冷却至室温；3、将海带

22、灰转移到小烧杯中，加入约将海带灰转移到小烧杯中，加入约10mg蒸馏水，搅蒸馏水，搅拌，煮沸拌，煮沸2-3min，过滤；，过滤；4、在滤液中滴入几滴在滤液中滴入几滴3mol/ L的稀硫酸再加入约的稀硫酸再加入约1ml 3%H2O2 ；5、再向溶液中加入几滴淀粉溶液，再观察现象。再向溶液中加入几滴淀粉溶液，再观察现象。如何证明海带中存在碘元素如何证明海带中存在碘元素u实验现象实验现象：加入加入H2O2后，溶液由无色变为后，溶液由无色变为深黄色，再加入淀粉溶液后，溶液又变为深深黄色，再加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色。蓝色。u化学方程式化学方程式： 2KI+ H2O2+H2SO4 = I2 +K2S

23、O4+2H2O海海带带提提碘：碘：海带海带海带灰海带灰溶解过滤溶解过滤灼烧灼烧残渣残渣含含I-的溶液的溶液稀稀H2SO4 H2O2含含I2的溶液的溶液含含I2的有机溶液的有机溶液萃取萃取证明海带中含有碘，有以下步骤证明海带中含有碘，有以下步骤灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；在滤液中滴加稀在滤液中滴加稀H2SO4及及H2O2，然后加入，然后加入几滴淀粉溶液；几滴淀粉溶液；用剪刀剪碎海带，用酒精用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中；润湿，放入坩埚中； 海带灰转移到小烧杯，海带灰转移到小烧杯，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤.(1)合

24、理的步骤是合理的步骤是_(2)证明含碘的步骤是证明含碘的步骤是_, 现象是现象是_ _, 反应的离子方程式是反应的离子方程式是 _滴入淀粉溶液，溶液变蓝滴入淀粉溶液，溶液变蓝2I- + 2H+ +H2O2 I2+2H2O 思考与交流：思考与交流： 如何将海水中的溴离子转变成溴单质？阅读教如何将海水中的溴离子转变成溴单质？阅读教材材P91页资料卡片页资料卡片海水提溴。海水提溴。1、推测海水提溴的步骤和实验装置；、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。、写出相关的化学方程式。浓缩海水浓缩海水溴单质溴单质氢溴酸氢溴酸单质溴单质溴通入通入Cl2通入空气，通入空气，SO2吸收吸收通入

25、通入Cl22NaBr + Cl2NaBr + Cl2 2= Br= Br2 2+2NaCl+2NaCl2H2H2 2O + BrO + Br2 2+SO+SO2 2= H= H2 2SOSO4 4+2HBr+2HBr2HBr + Cl2HBr + Cl2 2= Br= Br2 2+2HCl+2HCl海水提溴的实验室模拟装置海水提溴的实验室模拟装置10.下列有关热分解冶炼金属的说法不正确的是下列有关热分解冶炼金属的说法不正确的是 （ ）A.Ag2O受热就能分解，受热就能分解，Ag用热分解法制得用热分解法制得B.Ag2O受热分解的反应中，受热分解的反应中，Ag2O既是氧化剂既是氧化剂 又是还原剂又是还原剂C.ZnCO3高温下可分解，高温下可分解，Zn可用热分解法制得可用热分解法制得D.工业上制汞既可用热分解法也可用热还原法工业上制汞既可用热分解法也可用热还原法 热分解法用于冶炼不活泼的金属，不活泼金热分解法用于冶炼不活泼的金属，不活泼金属的阳离子氧化性较强，可被还原剂还原。属的阳离子氧化性较强，可被还原剂还原。 C 11.下列海洋资源中属于可再生资源的是（下列海洋资源中属于可再生资源的是（ ） A 海底石油、天然气海底石油、天然气 B 潮汐能潮汐能 C 滨海砂矿滨海砂