人教版,必修2,金属矿物和海水资源的开发与利用

新课标人教版课件系列《高中化学》必修２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。４、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：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：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黄铜矿赤铁矿铝矿锰矿钨矿锌矿金银人类最早发现和应用的金属分别是：铜思考：分析一下这是什么原因呢？Cu2（OH）2CO3=====2CuO+H2O+CO2↑

C+2CuO=====CO2+2Cu高温铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的“石器时代”.

在公元前6000年到7000年左右，人类开始迈进了象征古代文明开端的“铜器时代”。铜镜汉武帝时铜币先秦刀币这是英法联军洗劫焚毁世界建筑史上最杰出的园林——圆明园后，被劫掠到国外的珍贵文物——铜虎头，2000年在香港被拍卖。由中国派员出高价将其赎回。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500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“金属的冶炼”的实质是什么？

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。

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金属的冶炼。金属活动性顺序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属活动性逐渐减弱金属离子的得电子能力逐渐增强1、热分解法（适合一些不活泼金属）2HgO===2Hg+O2↑加热2Ag2O===4Ag+O2↑加热2、物理提取法：适用于极不活泼的金属——Pt、Au3、热还原法（适用于大部分金属）CuO+H2===Cu+H2O高温Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2↑高温铝热反应实验4－1注意观察现象反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3高温1、镁条的作用是什么？2、氯酸钾的作用是什么？铝热剂结论：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。所以一些活泼的金属也可作还原剂。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高温其它铝热反应

3MnO2+4Al===3Mn+2Al2O3高温Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高温3Co3O4+8Al===9Co+4Al2O3高温铝热反应的应用

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19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，制铝工艺不断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成分是Al2O3，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，铝的价格也一降千丈，走入千家万户。Al4、电解法（适合一些非常活泼金属）MgCl2(熔融)===Mg+Cl2↑电解2Al2O3(熔融)===4Al+3O2↑电解冰晶石2NaCl(熔融)===2Na+Cl2↑电解KCaNaMgAl

ZnFeSn

Pb(H)Cu

HgAgPtAu电解法热还原法热分解法物理提取法表4-1常见金属的冶炼原理金属冶炼原理FeFe2O3+3CO===2Fe+3CO2(高炉炼铁)Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3(铝热法炼铁)高温高温CuCu2S+O2===2Cu+SO2(火法炼铜)Fe+CuSO4===FeSO4+Cu(湿法炼铜)高温MgMgO+C===Mg+CO↑MgCl2(熔融)===Mg+Cl2↑高温Al2Al2O3(熔融)===4Al+3O2↑电解冰晶石Na2NaCl(熔融)===2Na+Cl2↑4NaOH(熔融)===4Na+O2↑+2H2O电解电解电解金属的化学性质和冶炼方法小结：（1）热分解法和电解法适用于金属活动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的金属冶炼（3）电解熔盐或氧化物法选用于钾、钠、钙、铝等活泼金属的冶炼。KCaNaMgAl

ZnFeSn

Pb(H)Cu

HgAg

PtAu

电解法热还原法热分解法物理提取法镁在地壳中含量只有铝的四分之一，而且镁比铝更加活泼，所以要想矿物质中获取镁，代价比铝更高。Mg海洋中含有大量的氯化镁，海水又咸又苦。咸是因为含有氯化钠，苦是因为含有氯化镁，同样道理，粗盐易潮解是因为其中含有较多的氯化镁，而氯化镁易吸水。据估算，假如每年从海水中提取1亿吨镁再过一百万年，海水中镁的含量也只会从目前的0.13%降低到0.12%，即只减少了万分之一。可谓取之不尽，用之不竭。1、不同的金属，冶炼方法不同+nM得电子M（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。2、金属活动性顺序金属的冶炼金属活动顺序金属失电子能力

金属离子的得电子主要冶炼方法K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）、CuHg、Ag、Pt、Au强————————————→弱弱————————————→强电解法热还原法热分解法练习1、下列各种冶炼方法中，可以制得相应金属的是（）A、加热氧化铝B、加热碳酸钙C、电解熔融氯化钠D、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及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：①Na

②Zn

③Hg

④Au

C电解法加热还原法加热分解法物理提取法课堂练习:1.下列关于金属冶炼的说法不正确的是()A金属冶炼是由人类生产生活需要发展起来的B天然矿藏很少只含一种金属元素往往含有较多杂质C金属的冶炼主要有矿石的富集、冶炼还原和精炼三个步骤D金属冶炼一定要用到还原剂D2、用铝热剂冶炼难熔金属，是因为铝是（）A具有导电性B具有延展性C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D3、可用热分解法就可能制得的金属有（）A.CuCrB.TiWC.AgHgD.NaAlC4、冶炼金属常用以下几种方法：①以C或H2、CO作为还原剂还原法；②热分解法；③电解法；④铝热法。现冶炼下列金属：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，试标明适宜的冶炼方法。Al：；Mg：；Cu：；Hg：；Mn：。③③②①④随堂训练5、古代的“药金”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（Cu2O）、木炭按一定比例混合，加热到800℃充分反应后得到金光闪闪的“药金”。（1）药金的主要成分是_____________。（2）有关冶炼的化学方程式是_______________________________________________________________________________________________________________。铜、锌ZnCO3===ZnO+CO2↑高温2Cu2O+C===4Cu+CO2↑高温2ZnO+C===2Zn+CO2↑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，也是富饶的海洋生物资源含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海水中的水1.3X109

亿吨占地球总水量97%（3%在陆地、淡水）海水中除了水以外，还含有80多种元素，有的含量很大（如NaCl

）有的含量很少（如Au）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:（鱼类、海狮、海马、贝类………植物:（海草、海带…………矿物:（各种盐、NaCl、MgCl2……….

海底金属结核矿、石油水:（水资源及各种溶解的盐类海水中的水1.3X109

亿吨占地球总水量97%（3%在陆地、淡水）海水中除了水以外，还含有80多种元素，有的含量很大（如NaCl

）有的含量很少（如Au）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。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）海水综合利用的重要方向海水综合利用的重要方向是：海水淡化同化工生产结合、同能源技术结合。如从海水中制得的氯化钠除食用外，还用作工业原料，如生产烧碱、纯碱、金属钠以及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工产品。从海水中制取镁、钾、溴及其化工产品，是在传统制盐工业上的发展。从海水中获得其他物质和能量具有广阔的前景。例如，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。二、海水资源的开发利用P82二、海水资源的开发利用

P82教学目标：了解海水资源开发和利用的前景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:（鱼类、海狮、海马、贝类………植物:（海草、海带…………矿物:（各种盐、NaCl、MgCl2……….

海底金属结核矿、石油水:（水资源及各种溶解的盐类海水中的水1.3X109

亿吨占地球总水量97%（3%在陆地、淡水）海水中除了水以外，还含有80多种元素，有的含量很大（如NaCl

）有的含量很少（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）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冷却水出图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Na2CO32NaOH+CO2=Na2CO3+H2O2NaCl+2H2O电解

H2+Cl2+2NaOH

2NaCl（熔融）电解

2Na+Cl2（5）从海水中制金属镁海水蒸发

MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓

+CaCl2Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+H2O

MgCl2

通电

Mg+Cl2

粗盐水、重结晶精盐母液

Mg(OH)2

盐酸、浓缩

MgCl2•H2O

脱水

MgCl2

电解

Mg贝壳煅烧

CaO

水石灰乳课本P83科学探究1.（6）科学探究1.从海水中提取溴(写出有关的化学方程式)2NaBr

+Cl2=2NaCl

+Br2

Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO42HBr+Cl2

=2HCl+Br2实验探究：2.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：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：2KI+H2O2+H2SO4=I2+K2SO4+2H2O图4-5海水综合利用联合工业体系一例

1、氧化工业上从海水中提取溴时，首先通氯气于pH为3.5左右晒盐后留下苦卤(富含Br-离子)中置换出Br2。

二、海水提溴Cl2+2Br-=Br2+2Cl-

2、吹出然后用空气把Br2吹出，再用Na2C03溶液吸收，即得较浓的NaBr和NaBrO3溶液：

3CO32-+3Br2=5Br-+BrO33-+3CO2↑

最后，用硫酸将溶液酸化，Br2即从溶液中游离出来：

5Br-+BrO33-+6H+=3Br2+3H2O

3、吸收用还原剂二氧化硫使溴单质变为HBr，再用氯气将其氧化成溴产品。Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4Cl2+2Br-=Br2+2Cl-

思考：１、如何实现Mg2+

的富集和分离？可以加入一种试剂使Mg2+

沉淀２、是不是直接往海水中加沉淀剂？不是，因为海水中的Mg2+的浓度很小，直接加沉淀剂不利于Mg2+的沉淀，而且会增大沉淀剂的用量，我们可以先将海水浓缩，再加沉淀剂３、从综合角度考虑选用哪种试剂作沉淀剂好？Ca(OH)2三、海水提镁思考：如何由贝壳制得氢氧化钙