高一化学开发利用金属矿物和海水资源

第四章化学与可持续(chíxù)开展第一节?开发利用金属矿物(kuàngwù)和海水资源?第一页，共50页。1学习(xuéxí)目标

1．以金属矿物的开发和利用为例，认识化学方法在实现物质间转化的作用。2．掌握(zhǎngwò)金属冶炼的一般原理根底及不同金属的冶炼方法。第二页，共50页。2第一(dìyī)课时4.1.1?金属(jīnshǔ)矿物的开发利用?第三页，共50页。3一、金属(jīnshǔ)矿物的开发利用黄铜矿赤铁矿铝矿锰矿钨矿锌矿第四页，共50页。4金银人类(rénlèi)最早发现和应用的金属分别是：铜第五页，共50页。5思考：分析一下这是什么(shénme)原因呢？Cu2〔OH〕2CO3=====2CuO+H2O+CO2↑蓝铜矿C+2CuO=====CO2+2Cu高温(gāowēn)铜是人类(rénlèi)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第六页，共50页。6这是英法联军洗劫焚毁世界(shìjiè)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(liúshī)海外第七页，共50页。7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(mùtàn)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(rénmín)用木炭炼铁第八页，共50页。8“金属的冶炼〞的实质(shízhì)是什么？冶炼金属(jīnshǔ)的实质是用复原的方法使金属(jīnshǔ)化合物中的金属(jīnshǔ)离子得到电子变成金属(jīnshǔ)原子。将金属从其化合物中复原出来用于生产和制造各种金属材料的过程在工业(gōngyè)上称为金属的冶炼。第九页，共50页。9金属(jīnshǔ)活动性顺序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属活动性逐渐(zhújiàn)减弱金属(jīnshǔ)离子的得电子能力逐渐增强第十页，共50页。101、热分解法〔适合一些不活泼(huópo)金属〕2HgO===2Hg+O2↑加热2Ag2O===4Ag+O2↑加热2、物理提取(tíqǔ)法：适用于极不活泼的金属——Pt、Au第十一页，共50页。113、热复原法〔适用(shìyòng)于大局部金属〕CuO+H2===Cu+H2O高温Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2↑高温第十二页，共50页。12铝热反响(fǎnxiǎng)实验4－1注意观察(guānchá)现象第十三页，共50页。13反响现象(xiànxiàng)：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗内剧烈反响，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(zuòyòng)是什么？2、氯酸钾的作用(zuòyòng)是什么？铝热剂结论：铝也是复原剂，在一定的条件下与某些金属(jīnshǔ)氧化物反响，把其中的金属(jīnshǔ)复原成单质。所以一些活泼的金属(jīnshǔ)也可作复原剂。问题第十四页，共50页。14反响现象：剧烈反响，发出强光，纸漏斗(lòudǒu)被烧穿，沙子上落有黑色铁珠。Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3高温(gāowēn)其它(qítā)铝热反响3MnO2+4Al===3Mn+2Al2O3高温Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高温3Co3O4+8Al===9Co+4Al2O3高温第十五页，共50页。15铝热反响(fǎnxiǎng)的应用

铝热反响的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨(gāngguǐ)等。在冶金工业上也常用这一反响原理，使铝与金属氧化物反响，冶炼钒、铬、锰等应用：(1)焊接(hànjiē)钢轨，(2)冶炼金属。第十六页，共50页。16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(gāojí)珠宝店的高档货。然而自从美国青年化学家霍尔创造电解制铝法后，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(shǐde)制铝本钱大大下降，铝的价格也一降千丈，走入千家万户。Al第十七页，共50页。174、电解法〔适合一些非常活泼(huópo)金属〕MgCl2(熔融)===Mg+Cl2↑电解2Al2O3(熔融)===4Al+3O2↑电解冰晶石2NaCl(熔融)===2Na+Cl2↑电解第十八页，共50页。18电解法在金属活动性顺序中，钾、钠、钙等几种金属的复原(fùyuán)性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和复原(fùyuán)剂使其从化合物中复原(fùyuán)出来，只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。阳极(yángjí)阳极(yángjí)阴极阴极第十九页，共50页。19KCaNaMgAl

ZnFeSnPb(H)Cu

HgAgPtAu电解法热复原(fùyuán)法热分解法物理(wùlǐ)提取法第二十页，共50页。20小结：〔1〕热分解法适用于金属活动顺序中以后的金属冶炼或精炼。〔2〕热复原法适用于金属活动顺序中部的金属冶炼〔3〕电解(diànjiě)熔盐或氧化物法选用于钾、钠、钙、铝等活泼金属的冶炼。KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu电解法热复原法热分解法物理(wùlǐ)提取法第二十一页，共50页。21镁在地壳中含量只有(zhǐyǒu)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(hǎiyáng)中含有大量的氯化镁，海水又咸又苦。咸是因为含有(hányǒu)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，假设每年从海水中提取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。第二十二页，共50页。221、不同(bùtónɡ)的金属，冶炼方法不同(bùtónɡ)+nM得电子(diànzǐ)M〔被复原(fùyuán)〕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、强————————————→弱弱————————————→强电解法热复原法热分解法第二十三页，共50页。23【思考】为什么人类使用(shǐyòng)铁器比使用(shǐyòng)铜器晚？

金属使用(shǐyòng)的先后与金属冶炼的难易有关。三、金属提炼步骤：〔1〕矿石(kuàngshí)的富集、除杂；〔2〕冶炼；〔3〕精炼。第二十四页，共50页。244、金属资源(zīyuán)的可持续开展回收和再利用提高金属矿物的利用率减少(jiǎnshǎo)金属的使用量使用其他材料代替金属材料……第二十五页，共50页。25金属的回收和资源保护第二十六页，共50页。26练习(liànxí)1、以下各种冶炼方法中，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(diànjiě)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，推测制取以下金属最适宜的方法：①Na②Zn③Hg④AuC电解法加热(jiārè)复原法加热分解法物理提取法第二十七页，共50页。27第二(dìèr)课时4.1.2?海水资源(zīyuán)的开发利用?第二十八页，共50页。28二、海水资源(zīyuán)的开发利用P82二、海水资源(zīyuán)的开发利用学习目标：及化学在其中(qízhōng)可以发挥的作用。2.掌握从海水中提取碘、溴、镁等化工产品原理及方法。第二十九页，共50页。29从太空(tàikōng)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(zīyuán)储藏〞海洋(hǎiyáng)是美丽的，也是富饶的第三十页，共50页。30海洋生物(hǎiyángshēngwù)资源第三十一页，共50页。31含80多种元素(yuánsù)，以氢、氧、氯、钠、镁、硫、钙、钾等较多。被称为“元素(yuánsù)的故土〞。海水中铀多达45亿吨是陆地(lùdì)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(huàxué)资源第三十二页，共50页。32海洋(hǎiyáng)中的矿产资源第三十三页，共50页。33海水综合利用(zōnghélìyòng)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开展。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(hénéng)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。第三十四页，共50页。341、海水资源(zīyuán)的广泛性：海洋约占地球外表积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(jiéhé)矿、石油水:〔水资源及各种溶解的盐类第三十五页，共50页。35109亿吨占地球总水量97%〔3%在陆地、淡水(dànshuǐ)〕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〕第三十六页，共50页。362、海水资源(zīyuán)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(hánliàng)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(hánliàng)微少的元素。第三十七页，共50页。373、海水资源(zīyuán)的分散性：海水因为(yīnwèi)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〕第三十八页，共50页。384、海水资源(zīyuán)的利用：主要(zhǔyào)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〕第三十九页，共50页。395、海水的淡化(dànhuà)：〔1〕海水淡化的途径:从海水中提取淡水从海水中别离出盐〔2〕海水淡化的方法:蒸馏法〔最先使用，技术成熟，但本钱高〕电渗析法〔本钱低，但未能大量生产〕离子交换(lízǐjiāohuàn)法〔目前正迅速开展，但需要不断更新离子交换(lízǐjiāohuàn)树脂〕第四十页，共50页。40蒸馏(zhēngliú)法所用的装置及原理原理(yuánlǐ)：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(yuánlǐ)示意图进冷却水出第四十一页，共50页。41图4-4太阳能蒸发(zhēngfā)原理示意图第四十二页，共50页。426、海水的综合利用(zōnghélìyòng)〔1〕海水制盐——生产(shēngchǎn)NaCl〔2〕NaCl的水溶液制NaOH〔3〕制金属Na〔4〕制Na2CO32NaOH+CO2=Na2CO3+H2O2NaCl+2H2O电解(diànjiě)H2+Cl2+2NaOH2NaCl〔熔融〕电解2Na+Cl2第四十三页，共50页。43〔5〕从海水中制金属镁海水蒸发(zhēngfā)

MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+H2O

MgCl2通电(tōngdiàn)Mg+Cl2粗盐水、重结晶精盐(jīngyán)母液Mg(OH)2

盐酸、浓缩MgCl2•H2O

脱水

MgCl2

电解Mg贝壳煅烧CaO水石灰乳第四十四页，共50页。44引入海水贝壳(bèiké)〔CaCO3)过滤网工业(gōngyè)制镁流程沉降(chénjiàng)池过滤槽Mg(O