第四章第一节矿物、海水利用

1、4-1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、金属矿物的开发和利用一、金属矿物的开发和利用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你能否给金属的冶炼下一个定义？你能否给金属的冶炼下一个定义？ 金属元素种类多，分布广，活动性差别大，在自金属元素种类多，分布广，活动性差别大，在自然界的存在形式各异，少数不活泼金属以游离态存在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），多数金属以化合态存在。人们在生（如金和铂等），多数金属以化合态存在。人们在生活和

2、生产中使用的金属材料多是合金或纯金属，这就活和生产中使用的金属材料多是合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼出来，提炼的过程就是金属需要把金属从矿石中提炼出来，提炼的过程就是金属元素还原过程。元素还原过程。金属的冶炼的步骤：金属的冶炼的步骤：矿石的富集、冶炼、精炼矿石的富集、冶炼、精炼 冶炼金属的实质是用还原的方法使金属化合物中的金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到电子变成金属原子。属离子得到电子变成金属原子。n+M得电子得电子M（被还原）（被还原）金属冶炼的方法金属冶炼的方法 冶炼金属的方法冶炼金属的方法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

3、）2HgO = 2Hg + O2 加热加热2Ag2O = 4Ag + O2 加热加热K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 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、AuK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au2、电解法（适合一、电解法（适合一些非常活泼金属些非常活泼金属） 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 电解电解降低

4、降低Al2O3的熔点的熔点K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au3、热还原法（适合大部分金属）、热还原法（适合大部分金属）CuO+H2 = Cu + H2O高温高温Fe2O3+3CO = 2Fe + 3CO2 高温高温金属冶炼的小结：金属冶炼的小结：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt 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K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au铝热铝热反应反应 现象现象 剧烈反应，发出强光，剧烈

5、反应，发出强光，纸漏斗被烧穿，沙子上纸漏斗被烧穿，沙子上落有黑色铁珠。落有黑色铁珠。Fe2O3+2Al = 2Fe + Al2O3高温高温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）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，如用于焊接钢轨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、锰等氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等其其它它铝铝热热反反应应 3MnO2+4Al = 3Mn+ 2A

6、l2O3高温高温Cr2O3+2Al = 2Cr + Al2O3高温高温3Co3O4+8Al = 9Co + 4Al2O3高温高温3Fe3O4+8Al = 9Fe + 4Al2O3高温高温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金属的回收和资源保护金属的回收和资源保护1、回收金属的意义：、回收金属的意义：（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 以铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨铝土矿以铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨铝土矿资源

7、。当前全球原铝的年产量约资源。当前全球原铝的年产量约2500万吨，年消耗万吨，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，直至有一天枯竭。如果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，只要回收利用量达到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，每年就将减少铝土矿消耗量约产量的二分之一，每年就将减少铝土矿消耗量约5000万吨，这对保护全球铝土矿资源具有极为重要万吨，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合金铝锭与的意义。其次，利用废杂原料生产一吨合

8、金铝锭与用铝土矿原料生产一吨原铝锭相比，可以节省用铝土矿原料生产一吨原铝锭相比，可以节省95以上的能源消耗。以上的能源消耗。 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2132TJ(电能约电能约占占82)，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55TJ(燃料约占燃料约占80)，仅为原铝锭生产能源消耗的，仅为原铝锭生产能源消耗的26，优势比较明显。由于铝可以反复循环使用，优势比较明显。由于铝可以反复循环使用，从再生铝废料中再生产铝，其节能效果更加显著。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

9、二氧化碳的产生量和排放量与另外，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，再生铝生原铝生产相比，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产可比用水电生产原铝减少二氧化碳排放量91%，比用燃油发电减少二氧化碳排放量比用燃油发电减少二氧化碳排放量97以上，比用以上，比用煤发电减少的二氧化碳排放量更多，环保效益十分煤发电减少的二氧化碳排放量更多，环保效益十分显著。显著。 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

10、银1、下列各种冶炼方法中，可以制得、下列各种冶炼方法中，可以制得 相应金属的是（相应金属的是（ ）A、加热氧化铝、加热氧化铝 B、加热碳酸钙、加热碳酸钙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实验室制取乙酸乙酯的实验装置如下图所示。请回答下列问题。实验室制取乙酸乙酯的实验装置如下图所示。请回答下列问题。（1）加热

11、前在A试管中加 ，其作用是防止加热过程中液体爆沸。试管B内盛放的液体是 碳酸钠溶液的作用是 （2）A中反应的化学方程式为 。（3）反应结束后，试管B内的液体分成两层， 乙酸乙酯在 层（填写“上”或“下”）。 海洋水资源：海洋水资源：海水中水的储量约为海水中水的储量约为1.31.310109 9亿吨，亿吨，约占全球总水量的约占全球总水量的9797。 化学资源：化学资源：含元素含元素8080多种，海洋资源中，利用潜力最多种，海洋资源中，利用潜力最大的是海水中的化学资源。目前，在陆地上发现的大的是海水中的化学资源。目前，在陆地上发现的多种化学元素，在海水中已找到多种，其中多种化学元素，在海水中已找到

12、多种，其中多种可供提取。如，氯化钠（即食盐）有亿亿多种可供提取。如，氯化钠（即食盐）有亿亿吨，镁约有万亿吨，钾有万亿吨，溴吨，镁约有万亿吨，钾有万亿吨，溴约有万亿吨，核燃料约亿吨亿吨。约有万亿吨，核燃料约亿吨亿吨。矿产资源：矿产资源：海洋中所贮存的各种矿物约海洋中所贮存的各种矿物约500500亿吨。通常只亿吨。通常只要每平方米有要每平方米有5 5的矿物。锰结核、可燃冰、砂和砾石，的矿物。锰结核、可燃冰、砂和砾石，用于冶金、燃料、建筑、石英砂用制玻璃等。用于冶金、燃料、建筑、石英砂用制玻璃等。 问题与讨论问题与讨论 海水中蕴含着丰富的水资源和化学资源，海水中蕴含着丰富的水资源和化学资源，21世纪

13、人类将重点开发海洋资源。世纪人类将重点开发海洋资源。含含80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45亿吨亿吨是已知陆地铀矿储量是已知陆地铀矿储量的的4500倍。氘有倍。氘有50亿亿吨足够人类用上千万吨足够人类用上千万年年海水中的化学资源海水中的化学资源空间资源：空间资源：海洋可利用空间包括海上、海中、海底海洋可利用空间包括海上、海中、海底三个部分。海洋空间利用已从传统的交通运输扩大三个部分。海洋空间利用已从传统的交通运输扩大到生产、通信、电力输送、储藏、文化娱乐等诸多到

14、生产、通信、电力输送、储藏、文化娱乐等诸多领域。我国拥有领域。我国拥有1800018000公里的大陆海岸线，管辖的公里的大陆海岸线，管辖的海域面积近海域面积近300300万平方公里。万平方公里。能源：能源：海水运动中蕴藏着巨大的能量，包括潮汐能资源、海水运动中蕴藏着巨大的能量，包括潮汐能资源、波浪能资源、海流能资源、温差和盐差能资源、海上水波浪能资源、海流能资源、温差和盐差能资源、海上水能资源，它们都属于可再生能源，而且没有污染。能资源，它们都属于可再生能源，而且没有污染。 生物资源：生物资源：由鱼、虾、贝、藻等组成的海洋生物资源，由鱼、虾、贝、藻等组成的海洋生物资源，除了直接捕捞供食用和药用

15、外，通过养殖、增殖等途除了直接捕捞供食用和药用外，通过养殖、增殖等途径还可实现可持续利用。海洋生物品种繁多，我国就径还可实现可持续利用。海洋生物品种繁多，我国就有有2027820278种，其中入药的有种，其中入药的有700700种。种。1、海水淡化、海水淡化海水中水资源的利用：海水中水资源的利用：主要包括海水的淡化和直接利主要包括海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却。通过从海水中提取淡水或从海用海水进行循环冷却。通过从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。水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的海水淡化的主要主要方法方法蒸馏法、蒸馏法、电渗析法、电渗析法

16、、离子交换法离子交换法等。等。二、海水资源的开发利用二、海水资源的开发利用太阳能蒸发海水示意图：太阳能蒸发海水示意图： 2、海水中的化学资源、海水中的化学资源 由于与岩石、大气、生物的相互作用，海水中溶由于与岩石、大气、生物的相互作用，海水中溶解和悬浮有大量的无机物和有机物，按含量计，水解和悬浮有大量的无机物和有机物，按含量计，水中的中的H、O两种元素，加上两种元素，加上Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr等等11种超过总量的种超过总量的99%，其，其他为微量元素，总计含有他为微量元素，总计含有80多种元素。多种元素。 海洋有取之海洋有取之不尽的化学资源。不尽的化学资源。 种

17、类多，总储量大，富集程度低。因此，从种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。从海水中提取食盐从海水中提取食盐从海水中制取盐的方法从海水中制取盐的方法主要有：主要有：盐田法盐田法等。等。 粗盐粗盐 （SO42-、 Ca2 、 Mg2+）过量的过量的BaCl2过量的过量的Na2CO3过量的过量的NaOH过滤过滤适量的适量的盐酸盐酸蒸发蒸发 结晶结晶精盐精盐除去除去SO42-除去除去Ba2 、 Ca2+除去除去沉淀沉淀除去除去Mg2+除去除去OH- 、 CO32-除去水除去水(2)(2)从海水中提取从海水中提取Br2 2N

18、aBr+Cl2=Br2+2NaClBr2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO42HBr+Cl2=2HCl+Br2海海水水Br-浓缩，浓缩，硫酸酸化硫酸酸化适量适量氯气氯气含含Br-含含Br2用用SO2溶液吸收溶液吸收含含Br-通入通入氯气：氯气：含含Br2富集富集Br-加入加入CCl4萃取、分液萃取、分液溴的溴的CCl4 溶液溶液 2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O (3)从海带中提取从海带中提取I2含含I2溶液溶液残残渣渣含含I-滤液滤液海海带带(I-)海海带带灰灰酒精润酒精润湿灼烧湿灼烧稀硫酸稀硫酸酸化酸化H2O2加入加入CCl4萃取、分液萃取、分液溶解溶解过滤过滤I2的的CCl4 溶液溶液酒精润湿的目的：酒精润湿的目的：使海带易于燃烧。使海带易于燃烧。(4)从海水中提取从海水中提取Mg:海海水水Mg2+Mg(OH)2MgCl2溶液溶液MgCl2晶体晶体Mg生石灰生石灰过滤过滤过量的过量的盐酸盐酸在在HCl气氛气氛蒸发蒸发电解电解富集富集MgCl2Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O电解电解