【课件】金属矿物和海水资源的开发利用 课件高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第八章化学与可持续发展第一节自然资源的开发利用

第1课时金属矿物和海水资源的开发利用法国皇帝拿破仑三世是一个奢靡的人，同时也喜欢炫耀自己。他常常大摆宴席，宴请天下宾客。每次宴会，餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的那一个碗却是铝制品。为什么贵为法国皇帝，却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢?《拿破仑的铝碗》导入《拿破仑的铝碗》原来，在两百多年前的拿破仑时代，冶炼和使用金银的历史已经很久，宫廷中的银器比比皆是，而冶炼铝的技术还非常落后，炼铝十分困难。所以，当时铝是非常稀罕的东西，不要说平民百姓用不起，就是大臣贵族也用不起。拿破仑用铝碗，就是为了显示自己的高贵。一、金属矿物的开发利用1、金属元素的存在黄铜矿赤铁矿铝矿锰矿钨矿自然金自然银自然铜自然铁(1)极少数的不活泼金属(金、铂等)以游离态的形式存在。(2)绝大多数金属以化合物的形式存在。(3)在地壳中，含量最高的金属元素是铝，其次是铁。2、金属的冶炼实质

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单质。（化合态）Mn+得电子M（游离态）（被还原）KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属活动性逐渐减弱金属活动性不同，还原方法一样吗？金属活动顺序与金属冶炼有关系吗？一、金属矿物的开发利用（3）方法：③热分解法（适用于Hg及其以后的不活泼金属）①电解法（适用于铝及以前的非常活泼的金属）②热还原法（适用于金属活动性顺序表中中间

的多数金属）KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAgPtAu钒、铬、锰、钴电解法热还原法热分解法物理方法常用还原剂：CO、H2、C(焦炭)活泼金属(如Al等)(1)电解法：K、Ca、Na、Mg、Al还原性太强只能用电解法，通电分解其熔融氯化物或氧化物的方法来冶炼。(适用于一些非常活泼金属)2NaCl(熔融)===2Na＋Cl2↑电解一、金属矿物的开发利用练、根据下表回答,工业生产电解冶炼金属镁应该选择_______作原料，原因_________________________________________工业生产电解冶炼金属Al应该选择_________作原料，

原因是_________________________________________。物质MgCl2MgOAlCl3Al2O3熔点714℃2852℃190℃2050℃MgCl2熔点低，电解设备相对简单，成本低Al2O3AlCl3为共价化合物熔融状态下不导电MgCl2(熔融)===Mg＋Cl2↑电解2Al2O3(熔融)====4Al＋3O2↑电解冰晶石一、金属矿物的开发利用铝土矿(主要成分为Al2O3还有杂质Fe2O3、MgO、SiO2等)一、金属矿物的开发利用(3)热还原法：

对于较活泼金属(Zn、Fe、Sn、Pb、Cu)在加热的条件下，用还原剂将金属从化合物中还原出来常用的还原剂有：H2、C、CO、Al等CuO＋H2

==Cu＋H2O∆2CuO＋C==2Cu＋CO2↑∆Fe2O3＋3CO==2Fe＋3CO2∆一、金属矿物的开发利用2．热还原法（2）铝热法炼铁【实验原理】作为引发剂，提供高温条件；防止滴落的高温熔融物使蒸发皿炸裂镁条与氯酸钾的作用是什么？蒸发皿为什么要铺一层沙子？2Al+Fe2O3====2Fe+Al2O3

高温一、金属矿物的开发利用【思考与交流】1、铝热反应需要高温条件，是否还需要持续加热？

铝热反应为放热反应，放出的热可以维持反应继续进行，因此不需要持续加热。2、实验中，镁条、氯酸钾的作用是什么？引发反应的操作是什么？

镁条是引燃剂，氯酸钾为助燃剂，点燃镁条，促使氯酸钾分解，释放出氧气，使镁条更剧烈燃烧，单位时间内放出更多热量，从而引发Al和Fe2O3发生反应。3、蒸发皿中铺少量细沙的作用是什么？一是防止蒸发皿炸裂，二是防止生成的熔融物溅出。4、据反应原理，Fe2O3和Al的质量比为多少最好？3∶1或铝稍稍过量

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、锰等等高熔点金属。二、铝热反应的原理3MnO2+4Al2Al2O3+3Mn。高温====Cr2O3+2Al==2Cr+Al2O3高温(1)热分解法：

不活泼的金属(如Hg、Ag)用高温加热分解其氧化物的方法。

古代炼丹术家葛洪，曾经在他的著作《抱朴子》中记载有“丹砂烧之成水银”。2Ag2O==4Ag＋O2↑∆2HgO==2Hg＋O2↑∆3、金属冶炼的方法一、金属矿物的开发利用Fe＋CuSO4＝FeSO4＋CuCu2S＋O2==2Cu＋SO2高温(4)金属冶炼的其他方法①物理提取法：适用于极少数不活泼、以游离态存在于地壳中的金属，如金常用水洗法获得。②湿法冶金：利用溶液中发生的化学反应，对原料中的金属进行提取和分离的方法。③火法炼铜：一、金属矿物的开发利用KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu活泼电解法(氧化物、氯化物)中等活泼热还原法(C、CO、H2、Al等)不活泼热分解法(氧化物)物理方法金属冶炼方法与金属活动性的关系4、金属矿物的合理开发和利用合理开发利用金属矿物资源原因措施资源有限且分布不均金属的冶炼消耗很多能量金属冶炼造成环境污染金属腐蚀造成大量损失资源有限且分布不均金属的冶炼消耗很多能量金属冶炼造成环境污染金属腐蚀造成大量损失一、金属矿物的开发利用

钓鱼岛又称钓鱼台，位于中国东海大陆架的东部边缘，在地质结构上是附属于台湾的大陆性岛屿。钓鱼岛及其附近海域，不仅蕴藏有大量石油资源，其他方面也有巨大的经济价值。为什么中日在钓鱼岛问题上互不相让?二、海水资源的开发利用1、海水资源的特点广阔性多样性分散性海洋约占地球表面积的71%，海水中水的储量约为1.3×108t，约占地球上总水量的97%海水中溶解和悬浮着大量的无机物和有机物，含量最多的是氧、氢两种元素和氯、钠、镁、硫、钙、钾、溴、碳、锶、硼、氟等11种元素，其总量超过99%，其他元素为微量许多元素的富集程度很低，如海水中金元素的总储量约为5×106t，而1t海水中含量仅为4×10−6g二、海水资源的开发利用二、海水资源的开发利用1.海水资源的利用2）直接利用：用于循环冷却1）海水淡化：蒸馏法、电渗析法、离子交换法等太阳能蒸发蒸馏法-实验室蒸馏主要仪器：蒸馏烧瓶、直形冷凝管、牛角管、锥形瓶操作步骤：连接装置→检查装置气密性→向烧瓶中加入海水和碎瓷片→接通冷却水→给烧瓶加热→收集蒸馏水→停止对烧瓶加热→待冷却至室温后停止通入冷却水→整理仪器。先停止加热，后停止通入冷却水应用①分离沸点相差较大的液体混合物②除去液体中难挥发或不挥发的物质蒸馏法-实验室蒸馏加热装置冷凝装置接收装置冷凝水：下进上出温度计水银球处于支管口处液体体积不应该超过容积的2/3,不应少于1/3加入沸石/碎瓷片，防暴沸利用各成分的沸点不同，分离(互溶)液态混合物的物理分离方法。石棉网（2）电渗析法+-（电渗析法是利用电场的作用，强行将离子向电极处吸引，致使电极中间部位的离子浓度大为下降，从而制得淡水的。）成本低，但未能大量生产（3）离子交换法离子交换树脂可以把阴阳离子分别交换出来，使水得到纯化。HR+Na+=NaR+H+ROH+Cl—=RCl+OH—H++OH-=H2O目前正迅速发展，需要不断更新离子交换树脂2.海水资源与化工生产（1）海水制盐盐田海水饱和食盐水引入日晒风吹析出粗盐食用盐氯碱工业精制2.海水资源与化工生产母液“母液”也叫“苦卤”,含有高浓度的K+、Mg2+、Br-和SO42-等，可从中提取多种化工原料。-NaCl用途海水制盐2NaCl(熔融)══电解2Na+Cl2↑2NaCl+2H2O══电解2NaOH+H2↑

+Cl2↑②工业制取金属钠③工业制取氯气——氯碱工业④工业制纯碱——侯氏制碱法2NaHCO3═Na2CO3+H2O↑+CO2↑△①食用NaCl+H2O+NH3+CO2═NaHCO3+NH4Cl（3）海水提镁制石灰乳：沉淀：酸化，制备MgCl2：电解法制备镁：Mg2＋＋2OH－==Mg(OH)2↓蒸发浓缩、冷却结晶Mg(OH)2＋2HCl==MgCl2＋2H2O（4）海水提镁【思考】MgCl2为什么要在HCl氛围中脱水？防止MgCl2水解生成MgO或Mg(OH)2【思考】为什么沉淀剂选择石灰乳？从成本的角度考虑谁发现了溴？化学趣史1824年，22岁法国学生巴拉尔将海中黑角菜燃烧成灰浸泡得浸取液，往浸取液中加入氯水和淀粉，溶液分为两层：淀粉与溶液中的碘反应

上层显黄色下层显蓝色这是一种以前没有见过的现象巴拉尔通过各种实验,从这种黄色溶液中分离出一种红棕色气体，该气体冷凝后成为液体。1826年8月14日，法国科学院审定了巴拉尔的报告后，充分肯定了他的实验结果，并建议将新元素称为溴。溴：沉睡海底千年的美人酸和Cl2海水Br-

Br2氧化室1234空气SO2和H2OCl2吹出塔吸收塔蒸馏塔工业生产流程图【思考与讨论5】根据教材中海水提溴的工艺流程图，思考和讨论每一环节的作用，写出氧化和吸收环节主要反应的离子方程式。12四月2023新人教版2019“吹出法”海水提溴环节作用化学方程式（或离子方程式）氧化吹出吸收蒸馏用氯气氧化海水中的溴离子用空气将生成的溴吹出用SO2作还原剂使溴转化为氢溴酸，以使其与空气分离再用氯气将氢溴酸氧化为溴后蒸馏分离冷凝将气态溴转化为液态溴2Br-+Cl2=2Cl-+Br2Br2+SO2+2H2O=H2SO4+2HBrBr2+SO2+2H2O=4H++SO42-+2Br-2Br-+Cl2=2Cl-+Br22HBr+Cl2=2HCl+Br21243海水Br2氧化吹出吸收海水Br-空气Br2吸收液Br2吸收液Br-氧化高浓度Br-低浓度Br-富集溴元素含有溴0.0672g/L蒸馏Br24工业原料到具体产品的一般思路工业原料富集中间产物1转化酸碱性氧化性中间产物2分离提纯产品除去杂质提纯产物资料在线液溴物理性质1.深红棕色液体2.易挥发（刺激性气味，有毒）3.易溶于酒精、四氯化碳、苯；4.微溶于水，密度大于水（水封保存）5.腐蚀性强，会严重灼烧皮肤，腐蚀橡胶1、海带中碘元素的检验实验4-2实验过程：二、海水化学资源的开发利用确认海带中存在碘元素二、海水资源的开发利用观看实验视频，回答下列问题实验现象：加入H2O2溶液后，溶液由无色变为黄色；（I2的水溶液为深黄色）加入淀粉溶液后，溶液又变为蓝色。实验原理：(离子方程式表示)2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O实验结论：海带中有碘元素颜色变化明显，绿色无污染，环保。①海带灼烧前，为什么不能用水洗而是用刷子刷？海带中的I-会溶解于水，造成损失。②海带剪碎后，为什么用酒精润湿海带？使海带易于灼烧完全，并缩短灼烧时间。③为什么氧化剂用H2O2？思考交流拓展链接——萃取、分液(1)萃取原理①液—液萃取：利用溶质在

溶剂中的

不同，将有机物从

转移到

的过程。②固—液萃取：用溶剂从

的过程。两种互不相溶的溶解度固体物质中溶解出待分离组分一种溶剂另一种溶剂(2)