第四章第一节开发利用金属矿物和海水资源

1、金金(Au)(Au)铂矿铂矿(Pt)(Pt)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 常见的金属矿物资源常见的金属矿物资源第四章第四章 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一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用（一）金属在自然界的分布与存在形式（一）金属在自然界的分布与存在形式 1、元素的存在形式有游离态和化合态：、元素的存在形式有游离态和化合态： 2、在自然界的分布特点：、在自然界的分布特点： (1)量大；量大；(2)面广；面广；(3)形态不一；形态不一；(4)数量不均。数量不均。 少数不活泼

2、金属以游离态存在（如金和铂）少数不活泼金属以游离态存在（如金和铂） 大多数金属以化合态存在大多数金属以化合态存在-10000-8000-6000-4000-2000020004000AuAuAgAgCuCuSnSnFeFeZnZnAlAlMgMgNaNaCaCaK K有什么规律有什么规律? ?并分析原因并分析原因 金属越活泼，其对应离子越难得到电子，越难金属越活泼，其对应离子越难得到电子，越难被还原成单质被还原成单质, ,出现得越晚。出现得越晚。炼铁炼铁 1、主要原料：铁矿石、主要原料：铁矿石 、焦炭、焦炭 、 石灰石石灰石 、空气、空气 2、高炉炼铁过程中的主要反应、高炉炼铁过程中的主要反应

3、 （1）气态还原剂的形成）气态还原剂的形成 （2）铁的还原）铁的还原 原理：原理：高温利用高温利用还原剂还原剂把铁从铁矿石把铁从铁矿石 中还原出来。中还原出来。 （3）炉渣的形成）炉渣的形成 3、高炉煤气、高炉煤气 C + O2 = CO2 高温高温CO2 + C = 2CO高温高温Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2高温高温CaCO3 = CaO + CO2高温高温CaO + SiO2 = CaSiO3高温高温（二）金属的冶炼（二）金属的冶炼 1、金属冶炼的一般过程（、金属冶炼的一般过程（ P 88） 矿石富集（选矿）冶炼精炼 金属冶炼的基本原理金属冶炼的基本原理 ： 高温下利用

4、氧化还原反应将自然界中的金属化合物还原成高温下利用氧化还原反应将自然界中的金属化合物还原成金属单质。金属单质。 2、金属冶炼的常用方法、金属冶炼的常用方法 （1）热分解法）热分解法 适用范围：适用范围：Cu以后的金属如以后的金属如Hg、Ag2HgO = 2Hg + O2 2Ag2O = 4Ag + O2 实质：实质：Ma+ M得电子得电子被还原被还原 适用范围：适用范围：Mn、ZnCu等较活泼金属冶炼等较活泼金属冶炼（2）热还原法）热还原法 常用还原剂：常用还原剂：C、CO、H2以及某些较活泼的金属（以及某些较活泼的金属（Al、Mg等）。等）。 Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

5、WO3 + 3H2 = W + 3H2OCr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2CrFe2O3 + 2Al = 2Fe + Al2O3（炼铁）（炼铁） 铝热反应铝热反应铝热反应：铝热反应：实验实验4-1Fe2O3+2Al = 2Fe + Al2O3高温高温引燃剂引燃剂助燃剂助燃剂 单质铝和某些金属氧化物发生反应单质铝和某些金属氧化物发生反应 得到金属单质的反应。得到金属单质的反应。铝热剂铝热剂反应现象反应现象：镁条剧烈燃烧；镁条剧烈燃烧；发出耀眼白光；发出耀眼白光；放出大量的热；放出大量的热；纸漏斗被烧穿；纸漏斗被烧穿；有熔融的铁落入沙中有熔融的铁落入沙中铝热反应的应用铝热反应的应用-焊

6、接钢轨图焊接钢轨图 （3）电解法）电解法 适用范围：适用范围：Al及其以前的金属及其以前的金属 2NaCl = 2Na + Cl2 电解电解例：例：MgCl2= Mg + Cl2电解电解（注意：（注意：必须在熔融状态下）必须在熔融状态下）2Al2O3 = 4Al + 3O2电解电解冰晶石冰晶石助熔剂助熔剂小结：冶金的一般方法小结：冶金的一般方法K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）、）、CuHg、Ag强强弱弱弱弱强强电解法电解法热还原法热还原法热分热分解法解法Pt、 Au主要冶炼主要冶炼方法方法金属离子金属离子的得电子的得电子 金属失电金属失电子能力子能力金属活动金属活动顺序顺

7、序物理提物理提取法取法 我们每年数以亿吨计的向自然界索取金属资源，我们每年数以亿吨计的向自然界索取金属资源，资源就会越来越少，直至有一天枯竭。资源就会越来越少，直至有一天枯竭。怎样才能怎样才能使金属资源可持续发展？使金属资源可持续发展？讨论：讨论：小资料小资料 以铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨铝土以铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨铝土矿资源。当前全球原铝的矿资源。当前全球原铝的年产年产量约量约2500万万吨，年吨，年消耗消耗铝土矿超过铝土矿超过一亿一亿吨，照此发展下去，地球上吨，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。的铝土矿资源就会越来越少，直至有一天枯竭。阅读：

8、（三）废旧金属的回收和资源保护（三）废旧金属的回收和资源保护（ P 89）回收废旧金属的意义回收废旧金属的意义 ：（1）保护矿产资源）保护矿产资源 （2）保护环境）保护环境 （3）节约能源，降低成本）节约能源，降低成本 废旧金属的处理方法：废旧金属的处理方法： 大部分可以重新制成金属或它们的化合物再用。大部分可以重新制成金属或它们的化合物再用。回收金属的实例回收金属的实例（1）废旧钢铁用于炼钢；（）废旧钢铁用于炼钢；（2）废铁屑用于制铁盐；）废铁屑用于制铁盐；（3）定影液用于回收银）定影液用于回收银1、“铝热剂铝热剂”能冶炼金属、焊接铁轨等，而却无能冶炼金属、焊接铁轨等，而却无“镁热剂镁热剂”

9、，其，其 原因可能是原因可能是 ( ) A. Mg与金属氧化物难于反应与金属氧化物难于反应 B. Mg与金属氧化物反应所需温度太高与金属氧化物反应所需温度太高 C. Mg与金属氧化物反应放热少与金属氧化物反应放热少 D. Mg与金属氧化物反应过于剧烈与金属氧化物反应过于剧烈2、用铝热法还原下列化合物，制得金属各、用铝热法还原下列化合物，制得金属各1 mol时，时， 消耗铝的量最少的是消耗铝的量最少的是 （ ） AMnO2 BWO3 CCo3O4 DCr2O33、电子工业常用电子工业常用30%的的FeCl3溶液腐蚀溶液腐蚀敷有铜箔的绝缘板制成印刷电路。为了敷有铜箔的绝缘板制成印刷电路。为了从使用

10、过废腐蚀液中回收铜，并制取从使用过废腐蚀液中回收铜，并制取纯净纯净FeCl3溶液，拟采用以下实验步骤：溶液，拟采用以下实验步骤：3FeClCABYXA通入过滤加过量过滤加入过量洗涤铜滤液）、滤渣（含）滤液（含有废液 以上实验中，所涉及试剂的化学式分别为：以上实验中，所涉及试剂的化学式分别为：A ，B ，C ，X ，Y 。 Fe FeCl2 Cu HCl Cl2 中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿立亿立方米，占全球淡水资源的方米，占全球淡水资源的6，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有居

11、世界第四位，但人均只有2200立方米，仅为世界平均水平的立方米，仅为世界平均水平的14、美国的、美国的15，在世界上名列，在世界上名列121位，是全球位，是全球13个人均水资个人均水资源最贫乏的国家之一。源最贫乏的国家之一。 中国水资源现状：中国水资源现状：开发海水资源具有重要意义！开发海水资源具有重要意义！海洋生物资源海洋生物资源 广阔的海洋资源广阔的海洋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砂、贝壳等建筑材料和金属矿海盆中：深海锰结核海盆中：深海锰结核

12、海底石油海底石油: :13501350亿吨亿吨天然气：天然气：140140万亿立方米万亿立方米镁、钾、铀、锶等矿物：镁、钾、铀、锶等矿物：5 5亿亿吨亿亿吨锰结核：锰结核：3 3万亿吨万亿吨; ;鱼虾贝藻：鱼虾贝藻：6 6亿吨亿吨/ /年年波浪能：波浪能：700700亿千瓦亿千瓦潮汐能：潮汐能：2727亿千瓦亿千瓦重水：重水：200200万吨万吨水：水：1313亿亿吨亿亿吨海水名副其实的液体资源宝库!二、海水资源的开发利用二、海水资源的开发利用1 1、海水水资源的利用、海水水资源的利用海水的淡化海水的淡化海水循环冷却海水循环冷却蒸馏法蒸馏法电渗析法电渗析法离子交换法离子交换法（最先使用，技术成

13、熟，但成本高）（最先使用，技术成熟，但成本高）（成本低，但未能大量生产）（成本低，但未能大量生产）（目前正迅速发展，但需要不断更新（目前正迅速发展，但需要不断更新 离子交换树脂）离子交换树脂）太阳能蒸发海水示意图太阳能蒸发海水示意图风能淡化海水装置风能淡化海水装置海水提取海水提取Mg海水淡化海水淡化海水提取海水提取NaClBr2的提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2、海水化学资源的利用、海水化学资源的利用（1 1）海水中提取氯化钠）海水中提取氯化钠海水浓缩海水浓缩过滤过滤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、Na2C

14、O3溶液溶液过量过量（2）海水中提溴）海水中提溴讨论：讨论：设计海水提取溴的实验流程，并写出相关方程式。设计海水提取溴的实验流程，并写出相关方程式。Br2通入通入通入通入 ， 吸收吸收 通入通入2Br- + Cl2= Br2+2Cl- 2H2O+Br2+SO2=H2SO4+2HBr2HBr + Cl2= Br2+2HCl浓缩海水浓缩海水HBr溶液溶液Cl2Br2 空气空气 SO2Cl2 P 91 资料卡片资料卡片 海水提海水提BrBr2 2的实验室模拟装置的实验室模拟装置-空气吹出法空气吹出法 思考：思考：SO2吸收吸收r2蒸汽的目的蒸汽的目的？思考：思考：用什么方法分离出反应后溶液中的溴单质

15、？用什么方法分离出反应后溶液中的溴单质？ 海带提碘：海带提碘：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2I- + H2O2 + 2H+= I2+ 2H2O 实验现象：实验现象： 加入加入H2O2溶液后，溶液颜色变为深黄色；溶液后，溶液颜色变为深黄色； 加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色。加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色。（3）海水中提取）海水中提取Mg思考：思考：上述流程中，写出上述流程中，写出步中的化学反应？步中的化学反应？ 小结小结海海水水蒸发蒸发结晶结晶 H2O 粗盐粗盐 精盐精

16、盐 Na 卤水卤水 Br2 HBr Br2 Mg(OH)2 MgCl2 Mg蒸馏蒸馏一化学兴趣小组的同学通过如下实验提取海带中的碘：一化学兴趣小组的同学通过如下实验提取海带中的碘：粉碎海带，加一定量的氢氧化钠溶液后高温灰化；粉碎海带，加一定量的氢氧化钠溶液后高温灰化；用水浸泡海带灰，过滤；用水浸泡海带灰，过滤；用盐酸溶液酸化滤液，加入碘酸钾（用盐酸溶液酸化滤液，加入碘酸钾（KIO3）溶液氧化溶液）溶液氧化溶液中的碘离子（中的碘离子（I-），生成碘单质；），生成碘单质；用四氯化碳溶液萃取水溶液中的碘。用四氯化碳溶液萃取水溶液中的碘。请回答下列问题：请回答下列问题：（1）实验步骤中相关反应的化学方程式为：