开发利用金属矿物和海水资源

1、第四章第四章 化学与自然资源的开发利用化学与自然资源的开发利用第一节第一节 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金金银银铂铂陨陨铁铁赤赤铁铁矿矿磁磁铁铁矿矿黄黄铁铁矿矿孔孔雀雀石石菱菱镁镁矿矿铝铝土土矿矿氯氯化化钠钠游游离离态态金金属属矿矿化化合合态态金金属属矿矿黄黄铜铜矿矿人类最早发现和应用的金属分别是：人类最早发现和应用的金属分别是：一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用自然资源与可持续发展 广义地讲，所谓自然资源，是指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。可持续发展的目标是在满足人类需要的同时，强调人类的行为

2、要受到自然界的制约、强调人类代际之间、人类和其它生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。它包括经济可持续发展，社会可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展和全球可持续发展等方面。思考：1、金属冶炼指什么？2、为什么不同金属的冶炼方法不同？ 3、金属活动顺序与金属冶炼有什么关系？阅读教材P88P89金属的冶炼是利用原理，在一定条件下，使金属离子电子被成金属原子，聚集成为金属单质。即： Mnne=M。一、金属矿物的开发和利用1.金属在自然界的存在形态游离态游离态化合态化合态2.金属冶炼的原理氧化还原反应得到 还原 冶炼步骤：矿石富集金属冶炼金属精炼富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量冶炼

3、：利用氧化还原原理，将金属离子还原为金属单质精炼：采用一定的方法，提炼纯金属大多数金属矿石里含有杂质，如石英、石灰石等，因此在冶炼金属时首先需要富集矿石。金属活动性顺序K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au金属活动性逐渐减弱金属离子的得电子能力逐渐增强要根据金属的活动性顺序不同，采取不同的冶炼方法(2)热分解法：适用于一些不活泼的金属（如：Hg 、Ag ）2HgO = 2Hg + O2 2Ag2O = 4Ag + O2 3、金属冶炼的方法(1)物理提取法：适用于极不活泼的金属（如：金 Au 、铂Pt ）(3)电解法：适用于K、Ca、Na、Mg、

4、Al等非常活泼的金属思考：工业上采用电解法冶炼铝和镁所选材料分别为Al2O3和MgCl2，为什么不选AlCl3和MgO？MgO的熔点：2852 MgCl2的熔点：714MgCl2 (熔融)= Mg + Cl2 电解2Al2O3 (熔融)= 4Al + 3O2 电解 冰晶石2NaCl (熔融)=2Na + Cl2电解(3)热还原法：适用于大多数中等活泼金属的冶炼常用的还原剂：焦炭、一氧化碳、氢气及一些活泼金属。Fe2O3+3CO = 2Fe+3CO2 高温高温CuO+H2 = Cu+H2O高温高温2CuO+C = 2Cu+CO2 高温高温铝热反应实验步骤实验现象实验原理铝热反应Fe2O3+2Al

5、 = 2Fe + Al2O3高温高温铝热剂镁条剧烈燃烧，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。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。待熔融物冷却后，除去外层熔渣，仔细观察，可以发现落下的是铁珠。思考1：镁条、氯酸钾的作用？思考2：铝热反应的原理？镁条为引燃物质，氯酸钾为助燃物质。铝热反应是利用铝的强还原性，在高温下将相对不活泼且熔点高的金属从其金属氧化物中还原出来，因此只有Al和比Al活动性弱的金属形成的氧化物组成的混合物才能称之为铝热剂，如Al和MgO组成的混合物不能称之为铝热剂。铝热反应的应用焊接钢轨，冶炼钒、铬、锰等高熔点金属。焊

6、接钢轨10Al+3V2O5 = 6V + 5Al2O3高温高温4Al + 3MnO2 = 3Mn+ 2Al2O3高温高温2Al + Cr2O3 = 2Cr + Al2O3高温高温8Al + 3Co3O4 = 9Co + 4Al2O3高温高温小结：铝热反应的注意事项(1)铝热反应是指铝热剂在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应，其中镁条为引燃物质，氯酸钾为助燃物质。(2)铝热反应的实质是用较活泼的铝，把活动性相对较弱的金属从其氧化物中还原出来。(3)反应特点是在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈液态且易与Al2O3分离。(4)铝热剂是指铝粉和某些金属氧化物（ Fe3O4、

7、Cr2O3、V2O5等）组成的混合物。(5)在冶金工业中常用这一原理制取熔点较高的金属，如V、Cr、Mn等；另外该反应原理也可以应用在生产上，如焊接钢轨等。小结小结K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb 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法物理法根据金属的活动性不同，采取不同的冶炼方法思考：人类使用金属的顺序与金属的活泼性有什么关系？金属越不活泼，冶炼的方法越简单，人们使用的时间越早，所以有青铜、铁器等时代的发展历程。 (4)其他方法Fe+CuSO4 = Cu+FeSO4Cu2S+O2 = 2Cu+SO2高温高温火法炼铜湿法炼铜4、金属资源

8、的回收和利用(1)金属回收的意义节约矿物资源；节约能源；减少环境污染。(2)回收废金属的利用大多可以重新制成金属及其化合物再利用 金属回收的实例废旧钢铁用于炼钢；废铁屑用于制铁盐；定影液用于回收银1、下列各种冶炼方法中，可以制得相应金属的是（ ）A 加热氧化铜 B 加热碳酸钙；C 电解熔融的氯化钠 D 氧化钠与铝粉混合共热。随堂练习2、铝能用来冶炼难熔金属，这是因为铝有（ ）A两性 B良好导电性 C熔点低 D还原性，在反应中放出大量热3、冶炼和提取金属常用以下几种方法：以C或CO、H2作还原剂还原 电解法 热分解法 铝热反应 物理提取法现冶炼和提取下列金属，试标明适宜的冶炼或提取方法。Fe_

9、Mg_ Cu_Hg_ Na_ Au_CD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 海洋是人类可持续发展的重要基础。浩瀚的海洋中，蕴藏着极其丰富的矿物资源、生物资源和药物资源，其经济价值可观，开发前景十分诱人。 海底石油储藏量约1350亿吨，天然气约140万亿立方米，约占世界油气总量的45%；海水中溶解有80多种化学元素，被誉为“液体矿山”。海水中可提取镁、钾、铀、锶等各类矿物达5亿亿吨；在生物资源方面，海洋中存活着20万种生物；除石油、天然气外，海洋蕴藏着巨大的动力能源。另外，海水中含有200万亿吨重水，其中所含的

10、氘是受控核聚变的宝贵原料，核聚变能是被广泛看好的21世纪全球电力的一个重要来源。海洋生物资源海底矿产资源海底矿产资源 大陆架的浅海海底：大陆架的浅海海底： 石油、天然气、煤、硫、磷等石油、天然气、煤、硫、磷等 近岸带的滨海砂矿：近岸带的滨海砂矿： 砂、贝壳等建筑材料和金属矿产砂、贝壳等建筑材料和金属矿产 多数海盆中：多数海盆中： 深海锰结核深海锰结核海洋油、气开发海洋能源的利用海洋能源的利用具有开发价值的：潮汐发电和波浪发电具有开发价值的：潮汐发电和波浪发电海水资源海水资源其他资源其他资源物质物质海海洋洋资资源源能量能量获得获得海水提海水提Mg海水淡化海水淡化海水提取海水提取NaClBr2的提

11、取的提取海水综合利用联合工业体系一例海水综合利用联合工业体系一例二、海水资源的开发利用海水的淡化海水淡化的途径通过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。 海水淡化的方法及其特点蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。1.海水水资源的利用海水的直接利用 冷却循环含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2.海水化学资源的开发利用海水制盐原理：蒸发海水，使食盐浓缩结晶。方法：把海水引到盐滩上，利用日光和风力使水分蒸发。食盐用途知识

12、回顾知识回顾 海水中提取海水中提取NaCl设计海水提取设计海水提取NaClNaCl的可行性方案的可行性方案 粗盐粗盐（含（含Ca2+ 、 Mg2+ 、 SO42- 、泥沙等杂质）、泥沙等杂质）泥沙泥沙（ ）（ ）加（加（ ）除（除（ ）精盐精盐粗盐中的杂质粗盐中的杂质：泥沙、泥沙、Ca2+、Mg2+、SO42-除杂试剂：除杂试剂：Na2CO3溶液溶液NaOH溶液溶液BaCl2溶液溶液试剂加入顺序：试剂加入顺序： 基本原则：基本原则： 先加先加BaCl2,后加后加Na2CO3粗盐的提纯粗盐的提纯物质物质提纯提纯的方案设计一般思路：的方案设计一般思路：分分析析混混合合物物的的组组成成根据杂根据杂质

13、的特质的特点选择点选择除杂试除杂试剂剂和和分分离方法离方法所加试所加试剂的剂的顺顺序序、用用量量及及过过量量后如后如何处理何处理海水提溴主要方法：空气吹出法主要流程：海水浓缩酸化浓缩海水Br通入氯气海水 Cl 、Br2通入空气水蒸气(吹入)吸收塔SO2反应后富集溴HBr、H2SO4通入Cl2ClBr2分离萃取溴单质2NaBrCl2 = Br22NaCl2Br+Cl2=Br2+2ClBr2SO22H2O = 2HBrH2SO4SO2Br22H2O=4H2BrSO42 2HBrCl2 = Br22HCl2Br+Cl2=Br2+2Cl2NaBr + Cl2NaBr + Cl2 2= Br= Br2

14、2+2NaCl+2NaCl 2H2H2 2O +BrO +Br2 2+SO+SO2 2=H=H2 2SOSO4 4+2HBr+2HBr2HBr + Cl2HBr + Cl2 2= Br= Br2 2+2HCl+2HCl海水提海水提BrBr2 2的实验室模拟装置的实验室模拟装置-是是空气吹出法空气吹出法 思考：思考：1 1、用什么方法提取反应后溶液中的溴单质？实验室、用什么方法提取反应后溶液中的溴单质？实验室提取溴单质所用主要仪器是什么？提取溴单质所用主要仪器是什么？思考思考2 2：萃取：萃取BrBr2 2、I I2 2常用的萃取剂是什么？它们在萃取剂中一般常用的萃取剂是什么？它们在萃取剂中一般

15、呈现什么颜色？呈现什么颜色？碘碘的的有有机机溶溶液液紫红紫红溴溴的的有有机机溶溶液液海带中碘的提取海水中碘的总储量很大，但由于其浓度很低，因此，目前工业海水中碘的总储量很大，但由于其浓度很低，因此，目前工业生产中并不是直接由海水提取碘，海洋中的某些植物具有富集生产中并不是直接由海水提取碘，海洋中的某些植物具有富集碘碘的能力，如海带等的能力，如海带等。从海产品海带中提取碘是目前工业上获。从海产品海带中提取碘是目前工业上获取碘的一种途径。取碘的一种途径。海带中碘元素的检验关键反应： 2H+2I+H2O2=I22H2O海带中提取碘的流程：氧化剂：采用氯气或者双氧水主要反应：2ICl2=I22Cl海水提镁有关反应的化学方程式：流程3.其他物质和能量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。未来海洋空间利用海水蒸馏原理示意图 思考：海水的蒸馏装置与普通的蒸馏装置有何区别，为什么？因为海水蒸馏得到的是淡水，水的沸点为100(常压下)，无需用温度计，因此可以不用蒸馏烧瓶，而用圆底烧