高一化学必修第四章第一节开发利用金属矿物和海水资源

高一化学必修第四章第一节开发利用金属矿物和海水资源

一、金属矿物的开发利用黄铜矿赤铁矿铝矿锰矿钨矿锌矿第2页,共57页，2024年2月25日，星期天金银人类最早发现和应用的金属分别是：铜第3页,共57页，2024年2月25日，星期天思考：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第4页,共57页，2024年2月25日，星期天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第5页,共57页，2024年2月25日，星期天

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第6页,共57页，2024年2月25日，星期天“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。第7页,共57页，2024年2月25日，星期天金属活动性顺序KCaNaMgAl,ZnFeSnPb(H)Cu,HgAg,

PtAu金属活动性逐渐减弱金属离子的得电子能力逐渐增强+nM得电子M第8页,共57页，2024年2月25日，星期天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第9页,共57页，2024年2月25日，星期天2、热分解法（适合一些不活泼金属）2HgO===2Hg+O2↑加热2Ag2O===4Ag+O2↑加热归纳冶炼金属的几种方法1、物理提取法：适用于极不活泼的

金属——Pt、Au第10页,共57页，2024年2月25日，星期天3、热还原法（适用于大部分金属）CuO+H2===Cu+H2O高温高炉炼铁Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高温火法炼铜:Cu2S+O2===2Cu+SO2湿法炼铜:CuSO4

+Fe==

Cu+Fe

SO4第11页,共57页，2024年2月25日，星期天铝热反应实验4－1注意观察现象第12页,共57页，2024年2月25日，星期天反应现象：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。问题第13页,共57页，2024年2月25日，星期天反应现象：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高温第14页,共57页，2024年2月25日，星期天铝热反应的应用

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、锰等第15页,共57页，2024年2月25日，星期天

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第16页,共57页，2024年2月25日，星期天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↑电解第17页,共57页，2024年2月25日，星期天KCaNaMgAl

ZnFeSnPb(H)Cu

HgAgPtAu电解法热还原法热分解法物理提取法第18页,共57页，2024年2月25日，星期天金属的化学性质和冶炼方法第19页,共57页，2024年2月25日，星期天小结：（1）热分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

ZnFeSnPb(H)Cu

HgAg

PtAu

电解法热还原法热分解法物理提取法第20页,共57页，2024年2月25日，星期天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。第21页,共57页，2024年2月25日，星期天练习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第22页,共57页，2024年2月25日，星期天二、海水资源的开发和利用第23页,共57页，2024年2月25日，星期天

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，

也是富饶的第24页,共57页，2024年2月25日，星期天海洋生物资源第25页,共57页，2024年2月25日，星期天海水中的水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）第26页,共57页，2024年2月25日，星期天海水资源的广泛性：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第27页,共57页，2024年2月25日，星期天含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第28页,共57页，2024年2月25日，星期天海洋中的矿产资源第29页,共57页，2024年2月25日，星期天海水资源的多样性：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。第30页,共57页，2024年2月25日，星期天海水资源的分散性：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）第31页,共57页，2024年2月25日，星期天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。第32页,共57页，2024年2月25日，星期天海水资源的利用：

主要有：1.海水中水资源的利用海水的淡化（咸水淡水）2.直接利用海水进行循环冷却（作冷却用水）第33页,共57页，2024年2月25日，星期天海水的淡化：（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）第34页,共57页，2024年2月25日，星期天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第35页,共57页，2024年2月25日，星期天图4-4太阳能蒸发原理示意图第36页,共57页，2024年2月25日，星期天煮海为盐第37页,共57页，2024年2月25日，星期天海水浓缩过滤HCl溶液，适量蒸发结晶NaOH溶液、BaCl2溶液、Na2CO3溶液过量食盐的提取第38页,共57页，2024年2月25日，星期天2.如何证明海带中存在碘元素实验4-2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第39页,共57页，2024年2月25日，星期天海水的综合利用（1）海水制盐——生产NaCl（2）NaCl的水溶液制NaOH（3）制金属Na（4）制Na2CO3

2NaCl+2H2O电解

H2

+Cl2

+2NaOH

2NaCl（熔融）电解

2Na+Cl22NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

第40页,共57页，2024年2月25日，星期天从海水中制金属镁海水蒸发粗盐水、重结晶精盐母液

Mg(OH)2盐酸、浓缩

MgCl2•H2O

脱水

MgCl2

电解

MgMgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2

Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+H2O石灰乳水CaO煅烧贝壳

MgCl2

通电

Mg+Cl2

第41页,共57页，2024年2月25日，星期天从海水中提取溴

(写出有关的化学方程式)

课本P91从海水中提取溴

2NaBr

+Cl2=2NaCl

+Br2

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

=2HCl+Br2第42页,共57页，2024年2月25日，星期天海水中提取溴的实验实验方法：（1）用蒸馏法将海水浓缩。用硫酸将浓缩的海水酸化。（2）向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质。（3）向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内。（4）向吸收塔中溶液内通入适量的氯气。（5）用CCl4萃取吸收塔中溶液里的溴单质。第43页,共57页，2024年2月25日，星期天图4-5海水综合利用联合工业体系一例第44页,共57页，2024年2月25日，星期天练习1.镁粉是焰火、闪光粉中不可缺少的原料，工业制造镁粉是将镁蒸气在气体中冷却，下列可作为冷却气的是（）（1）空气

（2）CO2

(3)Ar

(4)H2

(5)N2

A.(1)(2)

B.(2)(3)

C.(3)(4)

D.(4)(5)由于镁很活泼，是还原性很强的金属，所以加热时能与许多气体物质反应。如空气、二氧化碳、氮气等，但不与氢气和稀有气体反应。镁与氮气的反应化学方程式为：3Mg+N2Mg3N2C第45页,共57页，2024年2月25日，星期天2.稀硫酸中加入铜片，无现象，再加入下列某物质后，见铜片逐渐溶解，溶液呈蓝色。该物质为（）A．NaClB．KNO3

C．Ca(OH)2D．Fe3.下列叙述中所描述的物质一定是金属元素的是（

）

A．易失去电子的物质

B．原子最外层只有一个电子的元素

C．单质具有金属光泽的元素

D．第三周期中，原子的最外层上只有2个电子的元素BD第46页,共57页，2024年2月25日，星期天4.铝加入下列物质中会产生气体的（

）A．熔融NaOH

B．KOH溶液C．Na2O2

固体

D．Na2O2和水5.铝热剂中铝的作用是（

）A．催化剂

B．氧化剂

C．还原剂

D．填充剂BDC第47页,共57页，2024年2月25日，星期天6.下列金属氧化物，不能用碳还原制得金属单质的是（）A．氧化铁B．氧化铝C．氧化镁D．氧化铜7.列说法中不正确的是（）A．金属的冶炼原理，就是利用氧化还原反应原理，用还原剂在一定条件下将金属从矿石中还原出来B．冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂C．金属由化合态变为游离态，都是被还原D．金属单质被发现和应用得越早，其活动性一般较弱BCBC第48页,共57页，2024年2月25日，星期天8.下列冶炼金属的反应，一定是置换反应的是（）A．热分解法B．电解法

C．铝热法炼铁D．高炉炼铁9.下列冶炼金属的反应，一定是分解反应的是（）A．热分解法B．电解法C．铝热法炼铁D．高炉炼铁CAB第49页,共57页，2024年2月25日，星期天10.冶炼下列金属时，常用还原剂把它从化合物中还原出来的是（）

A．钠B．镁

C．铝D．铁11.列金属冶炼方法与其他三种不同的是（）

A．FeB．KC．MgD．AlDA第50页,共57页，2024年2月25日，星期天12.电解法炼铝时，冰晶石的作用是（）A．熔剂B．溶剂C．还原剂D．氧化剂13.下列海洋资源中属于可再生资源的是（）A．海底石油、天然气B．潮汐能C．滨海砂矿D．锰结核AB第51页,共57页，2024年2月25日，星期天14.下列哪种方法不能实现海水的淡化（）A．蒸馏法B．电渗析法C．离子交换法D．电解法15.用铝热剂冶炼金属，是利用了铝的（）（1）具有还原性（2）即能与酸反应又能与碱反应（3）具有导电性（4）被氧化过程放出大量热A．（1）B．（1）（3）（4）C．（1）（4）D．（1）（2）（3）（4）DC第52页,共57页，2024年2月25日，星期天16.下列说法正确的是（）A．有些活泼金属如铝可作还原法的还原剂B．用电解氯化钠溶液的方法可冶炼金属钠C．可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝D．回收废旧金属，可以重新制成金属或它们的化合物17.下列金属中，即可用热分解法又可用电解法制备的是（）A．FeB．CuC．AlD．AgADD第53页,共57页，2024年2月25日，星期天18.通入氯气，把海水中的溴化物氧化成单质溴，该反应的离子方程式为：19.把生成的溴从溶液中吹出，用纯碱（Na2CO3）溶液吸收（生成NaBr、NaBrO3、CO2），这一过程的化学方程式为

Cl2＋2Br－＝2Cl－＋Br23Br2＋3Na2CO3＝5NaBr＋NaBrO3＋3CO2

第54页,共57页，2024年2月25日，星期天20.下列属于海水化学资源利用的是（）A．海水淡化B．海水提盐C．海水提溴D．海水发电21.冶炼金属一般有下列四种方法（1）焦炭法；（2）水煤气（或氢气、一氧化碳）法；（