第一節(jié)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源教材

1、一、金屬礦物的開發(fā)利用一、金屬礦物的開發(fā)利用黃銅礦黃銅礦赤鐵礦赤鐵礦鋁礦鋁礦錳礦錳礦鎢礦鎢礦鋅礦鋅礦一、金屬礦物的開發(fā)利用一、金屬礦物的開發(fā)利用1 1、金屬元素的存在：、金屬元素的存在： 除了除了金、鉑金、鉑等極少數(shù)金屬外，絕等極少數(shù)金屬外，絕大多數(shù)金屬以化合物的形式存在于大多數(shù)金屬以化合物的形式存在于自然界自然界。 是用是用還原的方法還原的方法使金屬化合使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金物中的金屬離子得到電子變成金屬原子。屬原子。n+M得電子得電子M （被還原）（被還原）2 2、金屬的冶煉、金屬的冶煉金屬活動性順序金屬活動性順序K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H)

2、Cu Hg Ag Pt Au金屬活動性逐漸減弱金屬活動性逐漸減弱金屬離子的得電子能力逐漸增強(qiáng)金屬離子的得電子能力逐漸增強(qiáng)（2）熱分解法熱分解法（適合一些（適合一些不活潑不活潑金屬）金屬）2HgO = 2Hg + O2 加熱加熱2Ag2O = 4Ag + O2 加熱加熱（1 1）物理提取法：）物理提取法： 適用于適用于極極不活潑不活潑的金屬的金屬Pt、Au3 3、金屬冶煉的方法、金屬冶煉的方法（3）熱還原法熱還原法（適用于（適用于大部分金屬大部分金屬）CuO+H2 = Cu + H2O Fe2O3+3CO = 2Fe + 3CO2高溫高溫常見的還原劑常見的還原劑;焦碳一氧化碳?xì)錃獾冉固家谎趸細(xì)?/p>

3、氣等 由于早期煉鋁十分困難，所以鋁的價格十分昂貴，一度超越金銀由于早期煉鋁十分困難，所以鋁的價格十分昂貴，一度超越金銀之上，直至之上，直至19世紀(jì)上半葉，鋁還是歐洲許多高級珠寶店的高檔貨。世紀(jì)上半葉，鋁還是歐洲許多高級珠寶店的高檔貨。 然而自從美國青年化學(xué)家霍爾發(fā)明電解制鋁法后，制鋁工然而自從美國青年化學(xué)家霍爾發(fā)明電解制鋁法后，制鋁工 藝不斷改進(jìn)，藝不斷改進(jìn)，現(xiàn)在人們已經(jīng)熟練掌握了從鋁土礦（現(xiàn)在人們已經(jīng)熟練掌握了從鋁土礦（主要成主要成 分是分是Al2O3，當(dāng)然還是有很多，當(dāng)然還是有很多其它雜質(zhì)的）中冶煉鋁的技術(shù)了，使得制鋁成本大大下降，鋁的價格也一其它雜質(zhì)的）中冶煉鋁的技術(shù)了，使得制鋁成本大大

4、下降，鋁的價格也一降千丈，走入千家萬戶。降千丈，走入千家萬戶。（4 4）電解法電解法（適合一些（適合一些非?；顫姺浅；顫娊饘伲┙饘伲?MgCl2 (熔融熔融) = Mg + Cl2 電解電解2Al2O3 (熔融熔融) = 4Al + 3O2 電解電解冰晶石冰晶石2NaCl (熔融熔融) = 2Na + Cl2 電解電解鋁熱反應(yīng)鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)41 注意觀察現(xiàn)象注意觀察現(xiàn)象反應(yīng)現(xiàn)象：鎂條劇烈燃燒，放出大量熱，鎂條劇烈燃燒，放出大量熱，發(fā)出耀眼白光，紙漏斗內(nèi)發(fā)出耀眼白光，紙漏斗內(nèi)劇烈反應(yīng)，紙劇烈反應(yīng)，紙漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中。漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al = 2Fe +

5、Al2O3高溫高溫鋁熱劑鋁熱劑 鋁鋁還原劑還原劑（活潑金屬（活潑金屬可作還原劑）可作還原劑）應(yīng)用：應(yīng)用：(1)(1)焊接鋼軌，焊接鋼軌，(2)(2)冶煉金屬。冶煉金屬。3MnO2+4Al = 3Mn+ 2Al2O3高溫高溫Cr2O3+2Al = 2Cr + Al2O3高溫高溫3Co3O4+8Al = 9Co + 4Al2O3高溫高溫其它的鋁熱反應(yīng)其它的鋁熱反應(yīng)：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag金屬活動性（還原性）：金屬活動性（還原性）：弱弱電解法電解法熱還原法熱還原法熱分解法熱分解法K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag

6、離子的氧化性離子的氧化性弱弱強(qiáng)強(qiáng)K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg AgPt Au電解法電解法熱還原法熱還原法熱分解法熱分解法物理提取法物理提取法常見金屬的冶煉原理常見金屬的冶煉原理(方程式方程式):P89表表4-1必會必會1、下列各種冶煉方法中，可以制得下列各種冶煉方法中，可以制得 相應(yīng)金屬的是相應(yīng)金屬的是（ ）A、加熱氧化鋁加熱氧化鋁 B、加熱碳酸鈣加熱碳酸鈣C、電解熔融氯化鈉電解熔融氯化鈉 D、氯化鈉與鋁粉高溫共熱氯化鈉與鋁粉高溫共熱2、根據(jù)金屬在金屬活動順序表中的位置根據(jù)金屬在金屬活動順序表中的位置及性質(zhì)，推測制取下列金屬最適宜的方法及性質(zhì)，推測制取

7、下列金屬最適宜的方法：Na Zn Hg Au C電解法電解法加熱還原法加熱還原法加熱分解法加熱分解法物理提取法物理提取法人類最早發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的金屬分別是：人類最早發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的金屬分別是：Cu2（OH）2CO3 = 2CuO + H2O + CO2 C + 2CuO = CO2 + 2Cu高溫高溫銅是人類第一種大量使用的金屬，結(jié)束了銅是人類第一種大量使用的金屬，結(jié)束了漫長的漫長的“石器時代石器時代”. 在公元前在公元前6000年到年到7000年左右，年左右，人類開始邁進(jìn)了象征古代文明開人類開始邁進(jìn)了象征古代文明開端的端的“銅器時代銅器時代”。銅銅 鏡鏡漢武帝時銅幣漢武帝時銅幣先秦刀幣先秦刀幣 我國

8、古代煉鐵工業(yè)長期領(lǐng)先于世界，我們在西漢初時已經(jīng)我國古代煉鐵工業(yè)長期領(lǐng)先于世界，我們在西漢初時已經(jīng)懂得用木炭與鐵礦石混合高溫冶煉生鐵，領(lǐng)先歐洲一千余年，懂得用木炭與鐵礦石混合高溫冶煉生鐵，領(lǐng)先歐洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭煉鐵，而歐洲最早的英國直到南宋末年的工匠又掌握了用焦炭煉鐵，而歐洲最早的英國直到500年后（相當(dāng)于清朝乾隆末年），才掌握這一技術(shù)。年后（相當(dāng)于清朝乾隆末年），才掌握這一技術(shù)。古代中國勞動人民用木炭煉鐵古代中國勞動人民用木炭煉鐵 1996 1996年之后，我國再度成為鋼鐵產(chǎn)量最大年之后，我國再度成為鋼鐵產(chǎn)量最大的國家。的國家。4 4、合理開發(fā)和利用礦物資源的途徑：、合

9、理開發(fā)和利用礦物資源的途徑：金屬鋁的回收與利金屬鋁的回收與利用用合理開發(fā)和利用礦物資源，主要合理開發(fā)和利用礦物資源，主要途徑途徑有：有：1、提高金屬礦物的利用率、提高金屬礦物的利用率2、減少金屬的使用量、減少金屬的使用量3、加強(qiáng)金屬資源的回收和再利用、加強(qiáng)金屬資源的回收和再利用4、使用其他材料代替金屬材料、使用其他材料代替金屬材料 二、海水資源的開發(fā)和利用二、海水資源的開發(fā)和利用 為什么日韓在獨(dú)島問為什么日韓在獨(dú)島問題上互不相讓題上互不相讓? ?問題與討論：問題與討論： 韓國方面稱獨(dú)島，日韓國方面稱獨(dú)島，日本方面稱竹島。面積為本方面稱竹島。面積為18.618.6平方千米，四周海平方千米，四周海

10、域是一片豐饒的漁場，域是一片豐饒的漁場，海底還蘊(yùn)藏著比較豐富海底還蘊(yùn)藏著比較豐富的油氣田。的油氣田。 問題與討論問題與討論 海水中蘊(yùn)含著豐富的水資源和化學(xué)資源，海水中蘊(yùn)含著豐富的水資源和化學(xué)資源，21世紀(jì)人類將重點(diǎn)開發(fā)海洋資源。世紀(jì)人類將重點(diǎn)開發(fā)海洋資源。含含80多種元素，以氫、氧、多種元素，以氫、氧、氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀等氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀等較多。被稱為較多。被稱為“元素的故鄉(xiāng)元素的故鄉(xiāng)”。海水中鈾多達(dá)海水中鈾多達(dá)45億噸億噸是已知陸地鈾礦儲量是已知陸地鈾礦儲量的的4500倍。氘有倍。氘有50億億噸足夠人類用上千萬噸足夠人類用上千萬年年海水中的化學(xué)資源海水中的化學(xué)資源海洋中的礦產(chǎn)資源海

11、洋中的礦產(chǎn)資源 從太空觀察地球，看到地球上有七片陸從太空觀察地球，看到地球上有七片陸地地“漂浮漂浮”在一大片藍(lán)色的海洋之中在一大片藍(lán)色的海洋之中海洋是“歷史留給人類人類的資源儲備”海洋是美麗的，海洋是美麗的， 也是富饒的也是富饒的 海水資源的廣泛性海水資源的廣泛性： 海洋約占地球表面積海洋約占地球表面積71% 海洋中的資源海洋中的資源 ： 動物動物: :（魚類、海獅、海馬、貝類（魚類、海獅、海馬、貝類 植物植物: :（海草、海帶（海草、海帶 礦物礦物: :（各種鹽、（各種鹽、NaCl、MgCl2 . 海底金屬結(jié)核礦、石油海底金屬結(jié)核礦、石油 水水 : : （水資源及各種溶解的鹽類（水資源及各種

12、溶解的鹽類海水中的水海水中的水1.3X101.3X109 9 億噸億噸 占地球總水量占地球總水量97%97% （3%3%在陸地、淡水），在陸地、淡水），海水中除了水以外，還含有海水中除了水以外，還含有8080多種元素，多種元素，有的含量很大（如有的含量很大（如NaCl NaCl ）有的含量很少）有的含量很少（如（如AuAu）海水資源的多樣性海水資源的多樣性： 海水中溶解和懸浮大量的無機(jī)物和有機(jī)物海水中溶解和懸浮大量的無機(jī)物和有機(jī)物按含量計(jì)按含量計(jì)：含含O、H及及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共共13種元素的質(zhì)量占總種元素的質(zhì)量占總水量的水量的99%，其余其余1%為為70多種多種含量微少

13、的元素含量微少的元素。海水資源的分散性海水資源的分散性： 海水因?yàn)榱刻?、面太廣，大多數(shù)元素盡海水因?yàn)榱刻?、面太廣，大多數(shù)元素盡管總量很大但由于太分散管總量很大但由于太分散 ，含量極微少，含量極微少如：海水中金元素總含量約為如：海水中金元素總含量約為50000000t50000000t（5 5千萬噸）但一噸海水中只含金元素千萬噸）但一噸海水中只含金元素0.000004g0.000004g（1010億分之四克）億分之四克） （百分之（百分之0.0000040.000004克）克）.海水水資源的利用海水水資源的利用海水水資源的利用海水化學(xué)資源的開發(fā)利用海水化學(xué)資源的開發(fā)利用1海水水資源的利用海水

14、水資源的利用(1)海水的淡化海水的淡化海水淡化的主要方法海水淡化的主要方法:_、_。海水的蒸餾海水的蒸餾蒸餾法、電滲析法蒸餾法、電滲析法離子交換法離子交換法從海水中提取淡水從海水中提取淡水海水淡化海水淡化 （海水淡化的方法主要有海水淡化的方法主要有蒸餾法蒸餾法、電滲析法電滲析法、離子交換法離子交換法等等。）。） 海水蒸餾原理示意圖海水蒸餾原理示意圖（海水水資源的利用海水水資源的利用）進(jìn)進(jìn)出出原理：原理：加熱到水的沸加熱到水的沸點(diǎn)，液態(tài)水變點(diǎn)，液態(tài)水變?yōu)樗魵馀c海為水蒸氣與海水中的鹽分離，水中的鹽分離，水蒸汽冷凝得水蒸汽冷凝得到淡水到淡水。太陽能蒸發(fā)海水示意圖太陽能蒸發(fā)海水示意圖： 海水的淡化海

15、水的淡化 （1 1）海水淡化的途徑）海水淡化的途徑: :從海水中提取淡水從海水中提取淡水從海水中分離出鹽從海水中分離出鹽 （2 2）海水淡化的方法）海水淡化的方法: :9090頁頁蒸蒸 餾餾 法法（最先使用，技術(shù)成熟，但成本高）（最先使用，技術(shù)成熟，但成本高）電滲析法電滲析法（成本低，但未能大量生產(chǎn)）（成本低，但未能大量生產(chǎn)）離子交換法離子交換法（目前正迅速發(fā)展，但需不斷更（目前正迅速發(fā)展，但需不斷更新離子交換樹脂）新離子交換樹脂）海水化學(xué)資源的開發(fā)利用海水化學(xué)資源的開發(fā)利用（海水曬鹽）海水曬鹽）海水提海水提鎂鎂的步驟為的步驟為：貝殼貝殼 生石灰生石灰 石灰乳石灰乳 氫氧化鎂氫氧化鎂 氯化鎂氯

16、化鎂 鎂鎂寫出有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式：寫出有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式： a a、 ； b b、 ； c c、 ； d d、 ； e e、 。煅燒煅燒 a a水水 b b海水海水 c cde(2)(2)從海水中制金屬鎂從海水中制金屬鎂 化學(xué)反應(yīng)：化學(xué)反應(yīng)： a. MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCl2 b.Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + H2O c. MgCl2 通電通電 Mg + Cl2 第二步：第二步：海水海水 Mg(OH)Mg(OH)2 2 鹽酸、濃縮、脫水鹽酸、濃縮、脫水 MgClMgCl2 2 電解電解 MgMg第一步：第一步：制石灰乳：貝殼制石灰

17、乳：貝殼 煅燒煅燒 CaO CaO 水水 石灰乳石灰乳石灰乳石灰乳A 科學(xué)探究：科學(xué)探究：如何證明海帶中有碘離子？如何證明海帶中有碘離子？ 閱讀閱讀P P9191實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4-2 4-2 化學(xué)方程式：化學(xué)方程式：2KI + H2O2 + H2SO4= I2+ K2SO4 + 2H2O海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)方法：（1）稱取稱取3g干海帶，用刷子把干海帶表面的附著干海帶，用刷子把干海帶表面的附著物刷凈（物刷凈（不要用水洗，有不要用水洗，有I I- -）。）。 將海帶剪碎，用將海帶剪碎，用酒精潤濕（酒精潤濕（便于灼燒便于灼燒）后，放在坩堝中。）后，放在坩堝中。 （2）用酒精

18、燈灼燒盛有海帶的坩堝，至海帶完全用酒精燈灼燒盛有海帶的坩堝，至海帶完全成灰，停止加熱，冷卻。成灰，停止加熱，冷卻。 （3）將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中，再向燒杯中加入將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中，再向燒杯中加入10ml蒸餾水，攪拌，煮沸蒸餾水，攪拌，煮沸2min3min，使可溶物使可溶物溶解，過濾。溶解，過濾。 （4）向?yàn)V液中滴入幾滴硫酸，再加入約向?yàn)V液中滴入幾滴硫酸，再加入約1ml H2O2溶液，觀察現(xiàn)象。取少量上述濾液，滴加幾滴淀溶液，觀察現(xiàn)象。取少量上述濾液，滴加幾滴淀粉溶液，觀察現(xiàn)象。粉溶液，觀察現(xiàn)象。 海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象： 加入加入H2O2溶液后，溶液由無色變

19、為溶液后，溶液由無色變?yōu)樯铧S深黃色色；加入；加入淀粉淀粉溶液后，溶液又變?yōu)槿芤汉?，溶液又變?yōu)樯钏{(lán)色深藍(lán)色?；瘜W(xué)方程式：化學(xué)方程式：2KI + H2O2 + H2SO4= I2+ K2SO4 + 2H2O科學(xué)視野科學(xué)視野自然資源的開源和節(jié)流海帶提碘海帶提碘：海帶海帶海帶灰海帶灰溶解過濾溶解過濾灼燒灼燒殘?jiān)鼩堅(jiān)琁- -的溶液的溶液稀稀H2SO4 H2O2含含I2的溶液的溶液含含I2的有機(jī)溶液的有機(jī)溶液萃取萃取證明海帶中含有碘，有以下步驟證明海帶中含有碘，有以下步驟灼燒海帶至完全生成灰，停止加熱，冷卻；灼燒海帶至完全生成灰，停止加熱，冷卻；在濾液中滴加稀在濾液中滴加稀H H2 2SOSO4 4及

20、及H H2 2O O2 2，然后加入幾滴淀粉溶液；，然后加入幾滴淀粉溶液；用剪刀剪碎海帶，用酒精潤濕，放入坩堝中；用剪刀剪碎海帶，用酒精潤濕，放入坩堝中； 海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯，加蒸餾水，攪拌、煮沸、過濾海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯，加蒸餾水，攪拌、煮沸、過濾. .(1)(1)合理的步驟是合理的步驟是_(2)(2)證明含碘的步驟是證明含碘的步驟是_,_, 現(xiàn)象是現(xiàn)象是_, _, 反應(yīng)的離子方程式是反應(yīng)的離子方程式是 _滴入淀粉溶液，溶液滴入淀粉溶液，溶液變藍(lán)變藍(lán)2I2I- - + 2H+ 2H+ + +H+H2 2O O2 2 I I2 2+2H+2H2 2O O 思考與交流：思考與交流： 如何將海水中的

21、溴離子轉(zhuǎn)變成溴單質(zhì)？如何將海水中的溴離子轉(zhuǎn)變成溴單質(zhì)？（閱讀教閱讀教材材P P9191頁資料卡片頁資料卡片海水提溴。）海水提溴。）1 1、推測海水提溴的步驟和實(shí)驗(yàn)裝置推測海水提溴的步驟和實(shí)驗(yàn)裝置； 2 2、寫出相關(guān)的化學(xué)方程式寫出相關(guān)的化學(xué)方程式。濃縮海水濃縮海水溴單質(zhì)溴單質(zhì)氫溴酸氫溴酸單質(zhì)溴單質(zhì)溴通入通入Cl2通入空氣，通入空氣，SO2吸收吸收通入通入Cl22NaBr + Cl2NaBr + Cl2 2= Br= Br2 2+2NaCl+2NaCl2H2H2 2O + BrO + Br2 2+SO+SO2 2=H=H2 2SOSO4 4+2HBr+2HBr2HBr + Cl2HBr + Cl

22、2 2= Br= Br2 2+2HCl+2HCl海水提溴的實(shí)驗(yàn)室模擬裝置海水提溴的實(shí)驗(yàn)室模擬裝置海水中提取溴的實(shí)驗(yàn)海水中提取溴的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)方法：（1）用蒸餾法將海水濃縮。用硫酸將濃縮的）用蒸餾法將海水濃縮。用硫酸將濃縮的海水酸化。海水酸化。（2）向酸化的海水中通入適量的氯氣，使溴）向酸化的海水中通入適量的氯氣，使溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)。離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)。（3）向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸）向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸氣，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收氣，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)。塔內(nèi)。（4）向吸收塔中溶液內(nèi)通入適量的氯氣。）向吸收塔中溶液內(nèi)通入適量的氯氣。（5

23、）用）用CCl4萃取吸收塔中溶液里的溴單質(zhì)。萃取吸收塔中溶液里的溴單質(zhì)。 海水提溴海水提溴*在酸化的濃縮海水中通入在酸化的濃縮海水中通入ClCl2 2，反應(yīng)的離，反應(yīng)的離子方程式為：子方程式為： , , *最后再用最后再用ClCl2 2將將HBrHBr氧化成溴。反應(yīng)的氧化成溴。反應(yīng)的化學(xué)方程式為：化學(xué)方程式為： , , Cl2 + 2Br - = 2Cl - + Br 2SO2 + Br 2+2H2O = H2SO4 + 2HBr Cl2 + 2HBr = 2HCl + Br 2 *生成的溴量很少，需用熱空氣吹出，再生成的溴量很少，需用熱空氣吹出，再用用SOSO2 2吸收使溴富集，反應(yīng)的化學(xué)方程式吸收使溴富集，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：為： , ,海水中提取溴的實(shí)驗(yàn)海水中提取溴的實(shí)驗(yàn)化學(xué)方程式：化學(xué)方程式：2NaBr Cl2 = Br2 2NaClBr2 SO2 2H2O = 2HBr H2SO42HBr Cl2 = Br2 2HCl海水的綜合利用海水的綜合利用u（1 1）海水制鹽）海水制鹽生產(chǎn)生產(chǎn) NaCl NaCl u（2 2） NaClNaCl的水溶液制的水溶液制 NaOH NaOH u（3 3）制金屬）制金屬 NaNau（4 4）制）制 NaNa2 2C