《开发利用金属矿物和海水资源》教案8(人教版必修2)

第四章化学与自然资源的开发利用开发利用金属矿物和海水资源〔第1课时〕【导入】人们通常将化学物质进行分类，在原子、分子乃至超分子等不同的结构层次上研究物质及其发生化学变化的规律，认识物质在变化过程中表现出的性质。所有这些都是人类利用自然资源、丰富物质世界的重要科学依据。本节课我们主要以金属矿物和海水资源的充分利用为例，认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。※超分子：通常是指由两种或两种以上的分子依靠分子间作用力结合在一起的具有一定结构和功能的聚集体。1.自然资源：指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。2.可持续开展：包括经济的可持续开展，社会的可持续开展、资源可持续开展、环境可持续开展和全球可持续开展。一.金属矿物的开发和利用1.金属元素在自然界存在的形态：〔1〕游离态：极少数的不活泼金属〔金、铂等〕以游离态存在〔单质的形式〕〔2〕化合态：绝大多数金属在自然界中是以化合态〔化合物的形式〕存在，如铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。2.金属的冶炼：金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中复原出来的生产过程。〔1〕金属冶炼的一般方法：金属的活动性不同，冶炼的方法不同。①热分解法：对于不活泼金属〔活动顺序中，Hg及Hg以后〕可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中复原出来，例如：2HgO2Hg+O2↑2Ag2O4Ag+O2↑②热复原法：在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属〔Zn-------Cu),通常是在高温下用复原剂〔C、CO、H2、活泼金属等〕将金属从其化合物中复原出来，例如：Fe2O3+3CO2Fe+CO2↑WO3+3H2W+3H2OZnO+CZn+CO↑Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3〔铝热反响〕Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3〔铝热反响〕【实验4—1】铝热反响I.操作：(1)把两张滤纸分别折叠成漏斗状套在一起〔内层滤纸底部剪一小孔，用水湿润〕架在铁架台上，下面放置一盛沙子的蒸发皿。(2)将5g枯燥的氧化铁粉末和2g铝粉均匀混合后放入纸漏斗中，混合物上面加少量氯酸钾固体，中间插一根用砂纸打磨过的镁条。(3)用燃着的小木条点燃镁条，观察现象。Ⅱ.现象：(1)镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的白光。(2)引起混合物剧烈燃烧，发光发热。(3)纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，除去外层熔渣〔Al2O3)，可以发现落下的是铁珠。Ⅲ.反响：Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3〔铝热反响〕Ⅳ.铝热剂及应用：(1)铝热剂：铝粉与某些金属〔比铝不活泼的金属〕氧化物的混合物。在高温下发生反响，放出大量的热，其混合物称为铝热剂；反响称为铝热反响。(2)铝热反响的特点：在高温下引燃后剧烈反响，放出大量的热，产生高温，使被复原出来的金属熔化，与熔渣别离。表达铝的复原性、氧化铝高熔点的性质。(3)铝热反响的应用：①焊接钢轨②冶炼高熔点金属：V、Cr、Mn等。③电解法：非常活泼的金属〔活动顺序中：K------Al〕用一般的复原剂很难将它们复原出来，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，例如：2NaCl〔熔融〕2Na+Cl2↑MgCl2〔熔融〕Mg+Cl2↑2Al2O3〔熔融〕4Al+3O2↑※有些金属可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来，例如：冶炼铜Cu2S+O22Cu+SO2【总结】金属活动顺序表中不同金属冶炼方法的选择电解法热复原法热分解法KCaNaMgAlZn电解法热复原法热分解法【表4—1】常见金属的冶炼原理金属冶炼原理FeFe2O3+3CO2Fe+CO2↑Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3〔铝热反响〕CuCu2S+O22Cu+SO2(火法炼铜)Fe＋CuSO4FeSO4＋Cu(湿法炼铜)MgMgO＋CMg(g)＋CO(g)MgCl2〔熔融〕Mg+Cl2↑Al2Al2O3〔熔融〕4Al+3O2↑Na2NaCl〔熔融〕2Na+Cl2↑〔2〕金属提炼一般步骤：①矿石的富集、除杂；②冶炼；③精炼。3.金属的利用、回收和资源的保护〔1〕矿产资源是有限的：矿产资源是大自然赋予人类的珍贵财富，但并非取之不尽用之不竭，是不可再生的。随着人们的开发利用，将会日渐减少。我国幅员辽阔，是世界上矿产资源比较丰富、矿产品种比较齐全的国家。我国矿产资源总值居世界第3位，但人均拥有量约为世界人均水平的。因此，我们要合理开发和利用这些矿物资源。〔2〕合理开发、有效利用、金属的回收和资源保护：合理开发和利用这些矿物资源。有效地使用金属产品、材料。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，使用代用材料节约矿产资源、保护矿产资源。【随堂练习】冶炼金属一般有以下四种方法：①焦炭法，②水煤气〔或H2或CO〕法，③活泼金属置换法，④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有〔Ⅰ〕火烧孔雀石法炼铜，〔Ⅱ〕湿法炼铜，现代有〔Ⅲ〕铝热法炼铬，〔Ⅳ〕从光卤石〔KCl•MgCl2•6H2O〕中炼镁，对它们的冶炼方法分析不正确的选项是------------------------------------------------------------------------〔B〕A．〔Ⅰ〕用①B．〔Ⅱ〕用②C．〔Ⅲ〕用③D．〔Ⅳ〕用④2工业上用铝土矿〔主要成分是Al2O3〕生产铝的过程，可用简单示意图表示如下〔图中字母代表有关物质的分子式〕请写出①～④反响的方程式。①Al2O3+2NaOH====2NaAlO2+H2O；②2NaAlO2+CO2+3H2O====2Al(OH)3↓+Na2CO3；③Na2CO3+Ca(OH)2====CaCO3↓+2NaOH；④2Al(OH)3Al2O3+3H2O。3.关于金属元素在自然界存在的情况的表达中，正确的选项是--------------------------------------〔CD〕A、金属元素仅存在于矿物中。B、金属元素存在于矿物和动物体內，但植物体內不含。C、少数金属元素以游离态存在，大多数金属元素以化合态存在。D、金属元素不仅存在矿物中，动物和植物体內也存在少量金属元素。4.以下化学方程式，能用于工业上冶炼金属镁的是------------------------------------------------(BD)A、2Na+MgCl2====2NaCl+MgB、MgCl2(熔化)MgO+Cl2C、2MgO2Mg+O2D、MgO+CMgO+C5.．以下金属①铁、②镁、③锰、④矾、⑤铬。可用铝热法制备的有------------------------(C)A.①②④B.①②③⑤C.①③④⑤D.①②③④⑤6．在冶金工业上，通常均不能用化学复原剂制得的金属组是----------------------------------(A)A．Na、Ba、Mg、A1B．Zn、Fe、Cu、AgC．Na、K、Zn、FeD．Mg、Al、Zn、Fe开发利用金属矿物和海水资源〔第2课时〕二、海水资源的开发利用1.海水水资源的利用：海水中水的储量约占全球总水量的97％。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进行循环冷却。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太阳能蒸发原理示意图2.海水中的化学资源的开发利用：〔1〕海洋是一个远未开发的巨大化学资源宝库：海洋资源中，利用潜力最大的是海水中的化学资源。由于与岩石、大气、生物的相互作用，海水中溶解和悬浮有大量的无机物和有机物，目前，在陆地上发现的１００多种化学元素，在海水中已找到８０多种〔包括超过总量99%的H、O、CL、Br、Na、K、Mg、Ca、S、C等11种元素和其他微量微量元素〕其中７０多种可供提取。如，氯化钠〔即食盐〕有４亿亿吨，镁约有１８００万亿吨，钾有５００万亿吨，溴约有９０万亿吨，核燃料约４０亿吨－５０亿吨。〔2〕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。〔3〕从海水中提取物质的方法I.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。其中盐田法〔又叫滩晒法〕历史最悠久，而且也是最简便和经济有效的方法。现在还在广泛采用。※盐田法：盐田建在海滩边，借用海滩逐渐升高的坡度，开出一片片象扶梯一样的池子。利用涨潮或用风车和泵抽取海水到池内。海水流过几个池子，随着风吹日晒，水份不断蒸发，海水中的盐浓度愈来愈高，最后让浓盐水进入结晶池，继续蒸发，直到析出食盐晶体。我国是世界上最大的产盐国，年产盐量近2000万吨，占世界食盐产量的80%。长声盐场Ⅱ.从海水中提取镁的主要工艺流程：镁是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁从海水中提取。主要步骤如下：海水〔主要含NaCl海水〔主要含NaCl和MgSO4〕溶液试剂①熔融Mg无水MgCl2MgCl2熔融Mg无水MgCl2MgCl2溶液Mg(OH)2沉淀电解试剂②电解〔1〕为了使MgSO4转化为Mg〔OH〕2，试剂①可以选用NaOH，要使MgSO4完全转化为沉淀，参加试剂①的量应过量；验证MgSO4已完全转化为Mg〔OH〕2的方法是取上层清液，参加NaOH溶液，不生成沉淀。〔2〕参加试剂①后，能够别离得到Mg〔OH〕2沉淀的方法是过滤。〔3〕试剂②可以选用HCl。〔4〕无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl2，写出该反响的化学方程式：MgCl2〔熔融〕Mg+Cl2↑Ⅲ.从海水中提取溴的主要工艺流程〔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。反响的化学方程式为：2NaBr+Cl2==Br2+2NaCl；〔3〕向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以到达富集的目的，反响的化学方程式为：Br2+SO2+2H2O==2HBr+H2SO4〔4〕向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气，反响的化学方程式为：2HBr+Cl2==2HCl+Br2〔5〕用四氯化碳〔或苯〕萃取吸收塔内的溶液中的溴单质，得到产品溴。【实验4—2】从海带中提取碘〔1〕反响原理：海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂〔H2O2)将其氧化成I2，再用有机溶剂将I2萃取出来。用H2O2做氧化剂，反响的离子方程式是：2I-+H2O2+2H+==I2+2H2O。〔2〕操作步骤：①取约3g干海带，把外表的浮着物用刷子刷净〔不要用水冲洗，以免洗去外表的碘化物〕，用剪刀剪碎后，用酒精湿润，放入坩埚中。点燃酒精灯，灼烧海带至完全变为灰烬〔注意通风〕停止加热，冷却。②将海带灰转移到小烧杯中，向其中参加10ml蒸馏水，搅拌、煮沸2～3min,过滤。③在滤液中滴入几滴稀硫酸〔3mol/l〕,再参加1mLH2O2〔3%〕，现象：溶液变棕黄色。再参加几滴淀粉溶液，现象是：溶液变蓝色。〔3〕提取I2流程：含碘单质的有机溶液含碘单质的溶液试剂残渣含碘单质的有机溶液含碘单质的溶液试剂残渣含碘元素的溶液灼烧海带溶解，过滤海带灰①从海水中提取淡水——海水淡化②海水制盐海水资源的开发利用③从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品④从海水中获取铀和重水作为核能开发的重要原料⑤从海水中获取其他物质和能量※海水综合利用联合工业体系一例〔如以下列图〕【随堂练习】1.从海水中提取金属镁的生产步骤有：①浓缩结晶，②加熟石灰，③加盐酸，④过滤，⑤熔融电解，正确的生产步骤顺序是_②④③①⑤。2.按下述实验过程填空：〔1〕写出上述反响的化学方程式：①2FeBr2＋3Cl22FeCl3＋2Br2；②

2FeCl3＋2KI2FeCl2＋2KCl＋I2；③

2KI＋Br22KBr＋I2。〔2〕溶液的颜色：a：棕黄色；b：橙红色；c：蓝色；d：蓝色。3.海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如以下列图所示：△假设在空气中加热MgCl2·6H2O，生成的是Mg(OH)Cl或MgO，写出相应反响的化学方程式△MgCl2·6H2O===Mg(OH)Cl+HCl↑+5H2O↑。〔2〕用电解法制取金属镁时，需要无水氯化镁。在枯燥的HCl气流中加热MgCl2·6H2O时，能得到无水MgCl2，其原因是：在枯燥的HCl气流中，抑制了MgCl2水解，且带走MgCl2·6H2O受热产生的水气，故能得到无水MgCl2〔3〕Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去写出实验步骤。步骤：参加MgC