人教版,必修2,金属矿物和海水资源的开发与利用

1、新课标人教版课件系列新课标人教版课件系列高中化学必修必修第四章 化学与可持续发展 第一节开发利用金属矿物和海水资源教学目标教学目标 知识与技能知识与技能 1、帮助学生认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，常识性介绍金属回收和资源保护的意义；2、揭示化学与可持续发展的重要关系；3、树立资源保护意识及合理开发意识；初步培养自主查阅资料的能力，使学生初步掌握化学实验基本操作、基本技能 。、帮助学生认识和体会海水资源开发和利用中的意义和作用。 教学重点：教学重点： 了解化学方法在金属矿物开发（主要是金属冶炼）及海水资源开发中的作用。了解化学方法在海水资源开发中的作用。 教学难点：教学难点：

2、 学生在掌握金属冶炼的一般原理基础上，了解适用于不同金属的冶炼方法。海水资源合理开发综合应用第一课时4.1.1金属矿物的开发利用 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：Cu2（OH）2CO3 = 2CuO + H2O + CO2 C + 2CuO = CO2 + 2Cu高温高温铜是人类第一种大量使用的金属，结束了铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的漫长的“石器时代石器时代”. 在公元前在公元前6000年到年到7000年左右，年左右，人类开始迈进了象征古代文明开人类

3、开始迈进了象征古代文明开端的端的“铜器时代铜器时代”。铜铜 镜镜汉武帝时铜币汉武帝时铜币先秦刀币先秦刀币这是英法联军这是英法联军洗劫焚毁世界洗劫焚毁世界建筑史上最杰建筑史上最杰出的园林出的园林圆明园后，被圆明园后，被劫掠到国外的劫掠到国外的珍贵文物珍贵文物铜虎头铜虎头，2000年在香港被拍年在香港被拍卖。由中国派卖。由中国派员出高价将其员出高价将其赎回。赎回。记住我们的国耻：中国还有上百万件珍贵文物流失海外记住我们的国耻：中国还有上百万件珍贵文物流失海外 我国古代炼铁工业长期领先于世界，我们在西汉初时已经我国古代炼铁工业长期领先于世界，我们在西汉初时已经懂得用木炭与铁矿石混合高温冶炼生铁，领先

4、欧洲一千余年，懂得用木炭与铁矿石混合高温冶炼生铁，领先欧洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭炼铁，而欧洲最早的英国直到南宋末年的工匠又掌握了用焦炭炼铁，而欧洲最早的英国直到500年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握这一技术。年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握这一技术。古代中国劳动人民用木炭炼铁古代中国劳动人民用木炭炼铁 冶炼金属的实质是用还原的方法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使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。电子变成金属原子。 将金属从其化合物中还原出来用于生产将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程在工业上称为和制造各种金属材料的过

5、程在工业上称为金属的冶炼。金属的冶炼。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1、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2、物理提取法：适用于极不活泼的、物理提取法：适用于极不活泼的金属金属Pt、Au3、热还原法（适用于大部分金属）、热还原法（适用于大部分金属）CuO+H2 = Cu + H2O高温高温Fe2O3+3CO =

6、 2Fe + 3CO2 高温高温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：镁条剧烈燃烧，放出大量的镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗内热，发出耀眼的白光，纸漏斗内剧烈反应，剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al = 2Fe + Al2O3高温高温1 1、镁条的作用是什么？、镁条的作用是什么？2 2、氯酸钾的作用是什么？、氯酸钾的作用是什么？铝热剂铝热剂结论：结论：铝也是还原剂，在一定的条件下与某些铝也是还原剂，在一定的条件下与某些金属氧化物反应，把其中的金属还原成单质。所以金属氧化物反应，把其中的金属还

7、原成单质。所以一些活泼的金属也可作还原剂。一些活泼的金属也可作还原剂。问题问题反应现象：剧烈反应，发出强光，纸漏斗被烧穿，沙子上落有黑色铁珠。Fe2O3+2Al = 2Fe + Al2O3高温高温其其它它铝铝热热反反应应 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，接钢轨等。在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝与金属氧化物反

8、应，冶炼钒、铬、锰等使铝与金属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等 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 艺不断改进，艺不断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（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，当然还是有很多，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

9、价格也一其它杂质的）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。降千丈，走入千家万户。4、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表表4-1 常见金属的冶炼原理常见金属的冶炼原理金属金属冶炼原理冶炼原理FeFe2

10、O3+3CO=2Fe+3CO2(高炉炼铁高炉炼铁)Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3(铝热法炼铁铝热法炼铁)高温高温高温高温CuCu2S+O2=2Cu+SO2(火法炼铜火法炼铜)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu(湿法炼铜湿法炼铜)高温高温MgMgO+C=Mg+COMgCl2(熔融熔融)=Mg+Cl2高温高温Al2Al2O3(熔融熔融)=4Al+3O2电解电解冰晶石冰晶石Na2NaCl(熔融熔融)=2Na+Cl24NaOH(熔融熔融)=4Na+O2+2H2O电解电解电解电解电解电解金属的化学性质和冶炼方法小结：小结：（1）热分解法和电解法适用于金属活动）热分解法和电解法适用于金属活动顺序中

11、氢以后的金属冶炼或精炼。顺序中氢以后的金属冶炼或精炼。（2）热还原法适用于金属活动顺序中部）热还原法适用于金属活动顺序中部的金属冶炼的金属冶炼（3）电解熔盐或氧化物法选用于钾、钠、）电解熔盐或氧化物法选用于钾、钠、钙、铝等活泼金属的冶炼。钙、铝等活泼金属的冶炼。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

12、。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1亿吨镁再过亿吨镁再过一百万年，海水中镁的含量也只会从目前的一百万年，海水中镁的含量也只会从目前的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。1 1、不同的金属，冶炼方法不同、不同的

13、金属，冶炼方法不同+nM得电子得电子M（被还原）（被还原）因为金属离子的得电子能力不同，所以冶炼方法不同。因为金属离子的得电子能力不同，所以冶炼方法不同。2、金属活动、金属活动 性顺序金属的冶炼性顺序金属的冶炼金属活动金属活动顺序顺序金属失电金属失电子能力子能力 金属离子金属离子的得电子的得电子主要冶炼主要冶炼方法方法K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）、）、CuHg、Ag、Pt、Au强强弱弱弱弱强强电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法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

14、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课堂练习课堂练习:1.下列关于金属冶炼的说法不正确下列关于金属冶炼的说法不正确的是的是( )A 金属冶炼是由人类生产生活需要金属冶炼是由人类生产生活需要发展起来的发展起来的B 天然矿藏很少只含一种金属元素天然矿藏很少只含一种金属元素往往含有较多杂质往往含有较

15、多杂质C 金属的冶炼主要有矿石的富集、金属的冶炼主要有矿石的富集、冶炼还原和精炼三个步骤冶炼还原和精炼三个步骤D 金属冶炼一定要用到还原剂金属冶炼一定要用到还原剂2、用铝热剂冶炼难熔金属，是因为、用铝热剂冶炼难熔金属，是因为铝是（铝是（ ）A 具有导电性具有导电性B 具有延展性具有延展性C 既能与酸反应又能与碱反应既能与酸反应又能与碱反应D 被氧化过程中放出大量的热被氧化过程中放出大量的热3、可用热分解法就可能制得的金属、可用热分解法就可能制得的金属有（有（ ）A . Cu CrB . Ti WC . Ag HgD . Na Al4、冶炼金属常用以下几种方法：、冶炼金属常用以下几种方法：以以C

16、或或H2、CO作为还原剂还原作为还原剂还原法；法；热分解法；热分解法；电解法；电解法；铝热法。现冶炼下列金属：铝热法。现冶炼下列金属：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，试标明适宜，试标明适宜的冶炼方法。的冶炼方法。Al： ；Mg： ；Cu： ；Hg： ；Mn： 。随堂训练5、古代的、古代的“药金药金”外观与金相似，常被误以为是外观与金相似，常被误以为是金子，冶炼方法如下，将碳酸锌、赤铜（金子，冶炼方法如下，将碳酸锌、赤铜（Cu2O）、）、木炭按一定比例混合，加热到木炭按一定比例混合，加热到800充分反应后充分反应后得到金光闪闪的得到金光闪闪的“药金药金”。（1）药金的主要成分是）药金的主要成分是_

17、。（2）有关冶炼的化学方程式是）有关冶炼的化学方程式是_。铜、锌铜、锌ZnCO3 = ZnO + CO2 高温高温2Cu2O+C = 4Cu+CO2高温高温2ZnO+C = 2Zn+CO2高温高温第二课时4.1.2海水资源的开发利用 二、海水资源的开发和利用 从太空观察地球，看到地球上有七片陆从太空观察地球，看到地球上有七片陆地地“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是“历史留给人类人类的资源储备”海洋是美丽的，海洋是美丽的， 也是富饶的也是富饶的 海洋生物资源海洋生物资源含含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

18、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海洋中的矿产资源海洋中的矿产资源u海水中的水海水中的水1.3X109 亿亿吨吨 u占地球总水量占地球总水量97% （3%在陆地、淡水）在陆地、淡水）u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 ）有的含量很少）有的含量很少（如（如Au）海水资源的广泛性海水资源的广泛性：u海洋约占地球表面积海洋约占地球表面积

19、71%u海洋中的资源海洋中的资源 ：u动物动物:（鱼类、海狮、海马、贝类（鱼类、海狮、海马、贝类u植物植物:（海草、海带（海草、海带u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u水水 : （水资源及各种溶解的盐类（水资源及各种溶解的盐类u海水中的水海水中的水1.3X109 亿亿吨吨 u占地球总水量占地球总水量97% （3%在陆地、淡水）在陆地、淡水）u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：u

20、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u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种元素的质量占总水量的种元素的质量占总水量的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：u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u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）但一顿海水中只含金元素千万吨）但一顿海水中只含金元素0.000004

21、g（10亿分之四克）亿分之四克） （百分之（百分之0.000004克）克）海水综合利用的重要方向海水综合利用的重要方向 海水综合利用的重要方向是：海水综合利用的重要方向是：海水淡化同海水淡化同化工生产结合、同能源技术结合化工生产结合、同能源技术结合。如从海水中。如从海水中制得的制得的氯化钠氯化钠除食用外，还用作工业原料，如除食用外，还用作工业原料，如生产烧碱、纯碱、金属钠以及氯气、盐酸、漂生产烧碱、纯碱、金属钠以及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工产品。从海水中制取白粉等含氯化工产品。从海水中制取镁、钾、镁、钾、溴溴及其化工产品，是在传统制盐工业上的发展。及其化工产品，是在传统制盐工业上的发展。从海

22、水中获得其他物质和能量具有广阔的前景。从海水中获得其他物质和能量具有广阔的前景。例如，例如，铀和重水铀和重水目前是核能开发中的重要原料，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。化学在开发略意义。化学在开发海洋药物海洋药物方面也将发挥越方面也将发挥越来越大的作用。来越大的作用。潮汐能、波浪能潮汐能、波浪能等也是越来越等也是越来越受到重视和开发的新型能源。受到重视和开发的新型能源。二、海水资源的开发利用 P82二、海水资源的开发利用二、海水资源的开发利用 P82教学目标：教学目标：了解海水资源开发和利用的前景了解海水资源开

23、发和利用的前景及化学在其中可以发挥的作用。及化学在其中可以发挥的作用。1、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

24、量很大（如NaCl ）有的含量很少）有的含量很少（如（如Au）2、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 按含量计：含O、H及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共13种元素的质量占总水量的99%，其余1%为70多种含量微少的元素。3、海水资源的分散性： 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 ，含量极微少 如：海水中金元素总含量约为50000000t（5千万吨）但一顿海水中只含金元素0.000004g（10亿分之四克） （百分之0.000004克）4、海水资源的利用： 主要有： 1. 海水的淡化（咸水 淡水） 2.直接利用海水进行循环冷却（作冷却用水）

25、5、海水的淡化： （1）海水淡化的途径: 从海水中提取淡水 从海水中分离出盐 （2）海水淡化的方法: 蒸 馏 法（最先使用，技术成熟，但成本高） 电渗析法（成本低，但未能大量生产） 离子交换法（目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂）蒸馏法所用的装置及原理 原理：加热到水的沸点， 使水汽化变成水蒸气，再冷凝得淡水。 注意：图4-3海水蒸馏原理示意图进进冷却水冷却水 出出图4-4太阳能蒸发原理示意图6、海水的综合利用 （1）海水制盐生产NaCl （2） NaCl的水溶液制NaOH （3）制金属Na （4）制Na2CO3 2 NaOH + CO2= Na2CO3 + H2O 2NaCl + 2

26、H2O 电解电解 H2 + Cl2 + 2NaOH 2NaCl（熔融）（熔融）电解电解 2Na + Cl2 （5）从海水中制金属镁海水海水蒸发蒸发 MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCl2k Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + H2O MgCl2 通电通电 Mg + Cl2 粗盐粗盐 水、重结晶水、重结晶 精盐精盐母液母液 Mg(OH)2 盐酸、浓缩盐酸、浓缩 MgCl2 H2O 脱水脱水 MgCl2 电解 Mg贝壳贝壳 煅烧煅烧 CaO 水水 石灰乳石灰乳课本P83科学探究科学探究1. （6）科学探究 1.从海水中提取溴从海水中提取溴 (写出有关的化学

27、方程式写出有关的化学方程式)2 NaBr + Cl2 =2 NaCl + Br2 k Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4 2HBr + Cl2 = 2HCl + Br2实验探究：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 实验方法： 1、取约3克的干海带，用刷子去净其表面上的附着物，把海带剪碎后，用适量酒精浸湿，放入坩埚中 2、把泥三角放在铁三脚架上，将坩埚放在泥三角上，点燃酒精灯将海带灼烧至完全成灰，停止加热，使海带冷却至室温。 3、将海带灰转移到小烧杯中，加入约10mg蒸馏水，搅拌，煮沸2-3min，过滤 4、在滤液中滴入几滴3mol/ L的稀硫酸再加

28、入约1ml3%的H2O2 ，观察现象 5、再向溶液中加入几滴淀粉溶液，再观察现象 实验现象实验现象：加入H2O2后，溶液由无色变为深黄色，再加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色 化学方程式化学方程式：2KI+ H2O2+H2SO4=I2 +K2SO4+2H2O图4-5 海水综合利用联合工业体系一例1、氧化、氧化 工业上从海水中提取溴时，首先通氯气于工业上从海水中提取溴时，首先通氯气于pH为为3.5左右晒盐后留下苦卤左右晒盐后留下苦卤(富含富含Br-离子离子)中置换出中置换出Br2。二、海水提溴二、海水提溴Cl2 +2Br - =Br2+ 2Cl - 2、吹出、吹出 然后用空气把然后用空气把Br2吹出，再用吹出，再用Na2C03溶液吸收，即得较浓的溶液吸收，即得较浓的NaBr和和NaBrO3溶液：溶液： 3CO32- + 3Br2 = 5Br- + BrO33- + 3CO2最后，用最后，用硫酸硫酸将溶液酸化，将溶液酸化，Br2即从溶液中游离出来：即从溶液中游离出来： 5Br- + BrO33- + 6H+ = 3Br2 + 3H2O 3 3、吸收、吸收 用还原剂二氧化硫使溴单质变为用还原剂二氧化硫使溴单质变为HBrHBr，再用氯气将其氧化成溴产品。，再用氯气将其氧化