第四章第一节开发利用金属矿物和海水资源共课时

第四章化学与自然资源的开发利用第一节开发利用金属矿物和海水资源知识与技能目标：帮助学生体会和认识化学在矿物资源开发利用中的意义和作用；掌握金属的冶炼方法。过程与方法目标：自主学习，培养学生自学能力；通过了解金属资源的开发及冶炼培养学生的归纳能力、比较能力。情感、态度与价值观目标：帮助学生树立节约资源、爱护环境、变废为宝等意识。一、金属矿物的开发利用黄铜矿赤铁矿铝矿锰矿钨矿锌矿一、金属矿物的开发利用1、金属元素的存在：

除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界。人们日常应用的金属材料，多为合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼出来，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。金属冶炼的实质利用氧化还原反应，使金属化合物中的金属阳离子得到电子变成金属原子。即：（被还原）Mn++ne-M想一想:要使金属矿物转化为金属单质,金属元素的化合价如何变化,发生什么反应?2、金属的冶炼金属活动性顺序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属活动性由强逐渐减弱（1）物理提取法(2)热分解法(2)热还原法(3)电解法3、金属冶炼的方法快速阅读课本80页内容，找出金属冶炼有多少种方法，分别是什么？适用于金属活动顺序表中的哪些金属?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（1）物理提取法：适用于极不活泼的金属——Pt、Au3、金属冶炼的方法（2）热分解法练习:写出HgO，Ag2O受热分解的化学方程式2HgO==2Hg+O2↑2Ag2O==4Ag+O2↑(适用Hg及其以后的不活泼金属)KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgHgAg（3）热还原法

适用于金属活动性顺序表中的中间的多数金属。它是金属冶炼的常用方法。常用的还原剂有：活泼金属、CO、H2、C(焦炭)KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgZnFeSnPb(H)CuFe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高温高炉炼铁铝热反应实验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？铝热剂问题：与氧气反应放出大量的热，为铝热反应提供热量。受热分解产生氧气，使镁条继续燃烧提供热量。应用：(1)焊接钢轨，(2)冶炼高熔点的金属。3MnO2+4Al===3Mn+2Al2O3高温Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高温练习请写出MnO2、Cr2O3、分别与Al反应的化学方程式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。Al

今天铝的产量已经仅次于钢铁了，铝及铝合金成为现代文明不可缺少的金属，铝在工业上被称为“钢精”，是因为它的合金不但轻，而且强度足以替代钢铁，铝除了用于建材之外，还被用于航天工业，如我国第一颗人造卫星东方红一号，外壳全部用铝合金制成，美国的阿波罗—11号，宇宙飞船所用的金属材料中，铝及合金75%左右，可以说人类送上太空的金属中，铝是最多的了。注意：正常人的人体，每70公斤体重约含61毫克铝。但铝摄入过多却是对人体有害的，经研究表明，铝元素能渗入人脑，与神经元细胞释放出来的具有传递信息功能的有机碱反应，导致神经系统传递信息受阻，引起老年痴呆。2NaCl(熔融)===2Na+Cl2↑电解（4）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↑电解练习:写出电解MgCl2、Al2O3的化学方程式不能用AlCl3代替Al2O3冰晶石用来降低Al2O3熔点电解时必须熔融状态，只有这样才能导电。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。KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属单质的还原性减弱，金属离子的氧化性增强电解法热还原法热分解法物理方法金属活动性顺序与金属的冶炼方法小结(1)为什么不同的金属的冶炼方法不同?(2)为什么人类使用铁器比使用铜器晚?金属使用的先后与金属冶炼的难易有关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湿法炼铜:Fe+CuSO4==FeSO4+Cu火法炼铜:Cu2S+O2==2Cu+SO2高温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1996年之后，我国再度成为钢铁产量最大的国家。4、合理开发和利用矿物资源的途径：金属铝的回收与利用合理开发和利用矿物资源，主要途径有：1、提高金属矿物的利用率2、减少金属的使用量3、加强金属资源的回收和再利用4、使用其他材料代替金属材料金属回收的意义⑴节约矿物资源；⑵节约能源；⑶减少环境污染。练习1:冶炼金属常用以下几种方法：①以C、CO或H2作还原剂还原。②利用铝热反应原理用Al还原。③电解法。④热分解法。下列金属各采用哪种方法还原最佳。Fe、Zn、Cu等中等活泼的金属()Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属()Hg、Ag等不活泼金属()V、Cr、Mn、W等高熔点金属()①③④②练习2:下列氧化物不能跟铝粉组成铝热剂的是()A.WO3B.MnO2C.MgOD.V2O5C二、海水资源的开发和利用第二课时第一节开发利用金属矿物和海水资源为什么日韩在独岛问题上互不相让?问题与讨论：韩国方面称独岛，日本方面称竹岛。面积为18.6平方千米，四周海域是一片丰饶的渔场，海底还蕴藏着比较丰富的油气田。

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海洋是“历史留给人类的资源储备”海洋是美丽的，也是富饶的a、海洋生物资源一、海洋资源海洋生物品种繁多，我国就有20278种，其中入药的有700种。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c、海水中的化学资源含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。镁在地壳中含量只有铝的四分之一，而且镁比铝更加活泼，所以要想从矿物质中获取镁，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。海洋能源的利用具有开发价值的：潮汐发电和波浪发电此外，铀和重水目前是核能开发的重要原料，从海水中提铀和重水对一个国家来说具有战略意义。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、海上水能资源，它们都属于可再生能源，而且没有污染。

二、海水资源的开发利用海水水资源的利用

海水中水资源的利用，主要包括海水的淡化和直接利用海水的循环冷却等。海水化学资源的利用海水资源具有的广泛性、多样性、分散性（一）、海水水资源的利用——海水淡化

海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。

海水蒸馏原理示意图进出原理：加热到水的沸点，液态水变为水蒸气，与海水中的盐分离，水蒸汽冷凝得到淡水。冷凝管太阳能蒸发海水示意图：

大陆架的浅海海底有：石油、天然气、煤、硫、磷等；近岸带的滨海有：砂矿、贝壳等建筑材料和金属矿产；多数海盆中有：深海锰结核矿。知识拓展：海底矿产资源1．海水中含有的各种元素的特点：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。2．从海水中提取物质的方法⑴．从海水中提取食盐的主要工艺流程

从海水中制取盐的方法主要有：盐田法、电渗析法和冷冻法。

（二）、海水中的化学资源海水晒盐（煮海为盐）思考：（１）盐田法制得的粗盐中含较多的氯化镁和氯化钙及泥沙，请设计实验室除去NaCl中混有的泥沙、Ca2+、Mg2+离子的方法（需要仪器及实验步骤）先将样品溶解，加稍过量的氢氧化钠，再加入稍过量的碳酸钠溶液，过滤；在滤液中加入稍过量的盐酸，蒸发结晶即可。（2）、从海水中制金属镁海水蒸发粗盐水、重结晶精盐滤液

Mg(OH)2盐酸、浓缩

MgCl2•H2O

脱水

MgCl2

MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2

Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+H2O石灰乳水CaO煅烧贝壳

Mg电解MgCl2(熔融)===Mg+Cl2↑电解科学探究：如何证明海带中有碘离子？阅读P91实验4-2（1）称取3g干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净（不要用水洗，有I-）。将海带剪碎，用酒精润湿（便于灼烧）后，放在坩埚中。

（2）用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完全成灰，停止加热，冷却。

（3）将海带灰转移到小烧杯中，再向烧杯中加入10ml蒸馏水，搅拌，煮沸2min－3min，使可溶物溶解，过滤。

（4）向滤液中滴入几滴稀硫酸，再加入约1mlH2O2溶液，观察现象。（5）取少量上述滤液，加几滴淀粉溶液，观察现象。

④实验注意事项③实验方法海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；用干海带从而易于燃烧；灼烧海带的地方要注意通风。海带海带灰溶解过滤灼烧残渣含I-的溶液稀H2SO4H2O2含I2的溶液含I2的有机溶液萃取（3）、从海带中提取碘的实验2KI+H2O2+H2SO4===I2+K2SO4+2H2O证明海带中含有碘，有以下步骤①灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；②在滤液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后