第四章第一節(jié)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源共課時

第四章化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用第一節(jié)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源知識與技能目標：幫助學(xué)生體會和認識化學(xué)在礦物資源開發(fā)利用中的意義和作用；掌握金屬的冶煉方法。過程與方法目標：自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力；通過了解金屬資源的開發(fā)及冶煉培養(yǎng)學(xué)生的歸納能力、比較能力。情感、態(tài)度與價值觀目標：幫助學(xué)生樹立節(jié)約資源、愛護環(huán)境、變廢為寶等意識。一、金屬礦物的開發(fā)利用黃銅礦赤鐵礦鋁礦錳礦鎢礦鋅礦一、金屬礦物的開發(fā)利用1、金屬元素的存在：

除了金、鉑等極少數(shù)金屬外，絕大多數(shù)金屬以化合物的形式存在于自然界。人們?nèi)粘?yīng)用的金屬材料，多為合金或純金屬，這就需要把金屬從礦石中提煉出來，將金屬從其化合物中還原出來用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料的過程在工業(yè)上稱為金屬的冶煉。金屬冶煉的實質(zhì)利用氧化還原反應(yīng)，使金屬化合物中的金屬陽離子得到電子變成金屬原子。即：（被還原）Mn++ne-M想一想:要使金屬礦物轉(zhuǎn)化為金屬單質(zhì),金屬元素的化合價如何變化,發(fā)生什么反應(yīng)?2、金屬的冶煉金屬活動性順序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金屬活動性由強逐漸減弱（1）物理提取法(2)熱分解法(2)熱還原法(3)電解法3、金屬冶煉的方法快速閱讀課本80頁內(nèi)容，找出金屬冶煉有多少種方法，分別是什么？適用于金屬活動順序表中的哪些金屬?金屬離子的得電子能力逐漸增強要根據(jù)金屬的活動性順序不同，采取不同的冶煉方法（1）物理提取法：適用于極不活潑的金屬——Pt、Au3、金屬冶煉的方法（2）熱分解法練習(xí):寫出HgO，Ag2O受熱分解的化學(xué)方程式2HgO==2Hg+O2↑2Ag2O==4Ag+O2↑(適用Hg及其以后的不活潑金屬)KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgHgAg（3）熱還原法

適用于金屬活動性順序表中的中間的多數(shù)金屬。它是金屬冶煉的常用方法。常用的還原劑有：活潑金屬、CO、H2、C(焦炭)KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgZnFeSnPb(H)CuFe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高溫高爐煉鐵鋁熱反應(yīng)實驗4－1注意觀察現(xiàn)象反應(yīng)現(xiàn)象：鎂條劇烈燃燒，放出大量的熱，發(fā)出耀眼的白光，紙漏斗內(nèi)劇烈反應(yīng)，紙漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3高溫1、鎂條的作用是什么？2、氯酸鉀的作用是什么？鋁熱劑問題：與氧氣反應(yīng)放出大量的熱，為鋁熱反應(yīng)提供熱量。受熱分解產(chǎn)生氧氣，使鎂條繼續(xù)燃燒提供熱量。應(yīng)用：(1)焊接鋼軌，(2)冶煉高熔點的金屬。3MnO2+4Al===3Mn+2Al2O3高溫Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高溫練習(xí)請寫出MnO2、Cr2O3、分別與Al反應(yīng)的化學(xué)方程式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19世紀上半葉，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，制鋁工藝不斷改進，現(xiàn)在人們已經(jīng)熟練掌握了從鋁土礦（主要成分是Al2O3，當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，鋁的價格也一降千丈，走入千家萬戶。Al

今天鋁的產(chǎn)量已經(jīng)僅次于鋼鐵了，鋁及鋁合金成為現(xiàn)代文明不可缺少的金屬，鋁在工業(yè)上被稱為“鋼精”，是因為它的合金不但輕，而且強度足以替代鋼鐵，鋁除了用于建材之外，還被用于航天工業(yè)，如我國第一顆人造衛(wèi)星東方紅一號，外殼全部用鋁合金制成，美國的阿波羅—11號，宇宙飛船所用的金屬材料中，鋁及合金75%左右，可以說人類送上太空的金屬中，鋁是最多的了。注意：正常人的人體，每70公斤體重約含61毫克鋁。但鋁攝入過多卻是對人體有害的，經(jīng)研究表明，鋁元素能滲入人腦，與神經(jīng)元細胞釋放出來的具有傳遞信息功能的有機堿反應(yīng)，導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信息受阻，引起老年癡呆。2NaCl(熔融)===2Na+Cl2↑電解（4）電解法（適合一些非常活潑金屬）MgCl2(熔融)===Mg+Cl2↑電解2Al2O3(熔融)===4Al+3O2↑電解冰晶石2NaCl(熔融)===2Na+Cl2↑電解練習(xí):寫出電解MgCl2、Al2O3的化學(xué)方程式不能用AlCl3代替Al2O3冰晶石用來降低Al2O3熔點電解時必須熔融狀態(tài)，只有這樣才能導(dǎo)電。鎂在地殼中含量只有鋁的四分之一，而且鎂比鋁更加活潑，所以要想礦物質(zhì)中獲取鎂，代價比鋁更高。Mg海洋中含有大量的氯化鎂，海水又咸又苦。咸是因為含有氯化鈉，苦是因為含有氯化鎂，同樣道理，粗鹽易潮解是因為其中含有較多的氯化鎂，而氯化鎂易吸水。據(jù)估算，假如每年從海水中提取1億噸鎂再過一百萬年，海水中鎂的含量也只會從目前的0.13%降低到0.12%，即只減少了萬分之一?？芍^取之不盡，用之不竭。KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金屬單質(zhì)的還原性減弱，金屬離子的氧化性增強電解法熱還原法熱分解法物理方法金屬活動性順序與金屬的冶煉方法小結(jié)(1)為什么不同的金屬的冶煉方法不同?(2)為什么人類使用鐵器比使用銅器晚?金屬使用的先后與金屬冶煉的難易有關(guān)金銀人類最早發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的金屬分別是：銅思考：分析一下這是什么原因呢？Cu2（OH）2CO3=====2CuO+H2O+CO2↑

C+2CuO=====CO2+2Cu高溫銅是人類第一種大量使用的金屬，結(jié)束了漫長的“石器時代”.

在公元前6000年到7000年左右，人類開始邁進了象征古代文明開端的“銅器時代”。銅鏡漢武帝時銅幣先秦刀幣濕法煉銅:Fe+CuSO4==FeSO4+Cu火法煉銅:Cu2S+O2==2Cu+SO2高溫我國古代煉鐵工業(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，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1996年之后，我國再度成為鋼鐵產(chǎn)量最大的國家。4、合理開發(fā)和利用礦物資源的途徑：金屬鋁的回收與利用合理開發(fā)和利用礦物資源，主要途徑有：1、提高金屬礦物的利用率2、減少金屬的使用量3、加強金屬資源的回收和再利用4、使用其他材料代替金屬材料金屬回收的意義⑴節(jié)約礦物資源；⑵節(jié)約能源；⑶減少環(huán)境污染。練習(xí)1:冶煉金屬常用以下幾種方法：①以C、CO或H2作還原劑還原。②利用鋁熱反應(yīng)原理用Al還原。③電解法。④熱分解法。下列金屬各采用哪種方法還原最佳。Fe、Zn、Cu等中等活潑的金屬()Na、Mg、Al等活潑或較活潑金屬()Hg、Ag等不活潑金屬()V、Cr、Mn、W等高熔點金屬()①③④②練習(xí)2:下列氧化物不能跟鋁粉組成鋁熱劑的是()A.WO3B.MnO2C.MgOD.V2O5C二、海水資源的開發(fā)和利用第二課時第一節(jié)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源為什么日韓在獨島問題上互不相讓?問題與討論：韓國方面稱獨島，日本方面稱竹島。面積為18.6平方千米，四周海域是一片豐饒的漁場，海底還蘊藏著比較豐富的油氣田。

從太空觀察地球，看到地球上有七片陸地“漂浮”在一大片藍色的海洋之中海洋是“歷史留給人類的資源儲備”海洋是美麗的，也是富饒的a、海洋生物資源一、海洋資源海洋生物品種繁多，我國就有20278種，其中入藥的有700種。含80多種元素，以氫、氧、氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀等較多，被稱為“元素的故鄉(xiāng)”。海水中鈾多達45億噸是已知陸地鈾礦儲量的4500倍。氘有50億噸足夠人類用上千萬年c、海水中的化學(xué)資源含O、H及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共13種元素的質(zhì)量占總水量的99%，其余1%為70多種含量微少的元素。鎂在地殼中含量只有鋁的四分之一，而且鎂比鋁更加活潑，所以要想從礦物質(zhì)中獲取鎂，代價比鋁更高。Mg海洋中含有大量的氯化鎂，海水又咸又苦。咸是因為含有氯化鈉，苦是因為含有氯化鎂，同樣道理，粗鹽易潮解是因為其中含有較多的氯化鎂，而氯化鎂易吸水。據(jù)估算，假如每年從海水中提取1億噸鎂再過一百萬年，海水中鎂的含量也只會從目前的0.13%降低到0.12%，即只減少了萬分之一?？芍^取之不盡，用之不竭。海洋能源的利用具有開發(fā)價值的：潮汐發(fā)電和波浪發(fā)電此外，鈾和重水目前是核能開發(fā)的重要原料，從海水中提鈾和重水對一個國家來說具有戰(zhàn)略意義。海水運動中蘊藏著巨大的能量，包括潮汐能資源、波浪能資源、海流能資源、溫差和鹽差能資源、海上水能資源，它們都屬于可再生能源，而且沒有污染。

二、海水資源的開發(fā)利用海水水資源的利用

海水中水資源的利用，主要包括海水的淡化和直接利用海水的循環(huán)冷卻等。海水化學(xué)資源的利用海水資源具有的廣泛性、多樣性、分散性（一）、海水水資源的利用——海水淡化

海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。

海水蒸餾原理示意圖進出原理：加熱到水的沸點，液態(tài)水變?yōu)樗魵?，與海水中的鹽分離，水蒸汽冷凝得到淡水。冷凝管太陽能蒸發(fā)海水示意圖：

大陸架的淺海海底有：石油、天然氣、煤、硫、磷等；近岸帶的濱海有：砂礦、貝殼等建筑材料和金屬礦產(chǎn)；多數(shù)海盆中有：深海錳結(jié)核礦。知識拓展：海底礦產(chǎn)資源1．海水中含有的各種元素的特點：種類多，總儲量大，富集程度低。因此，從海水中提取物質(zhì)需要解決物質(zhì)的富集的問題。2．從海水中提取物質(zhì)的方法⑴．從海水中提取食鹽的主要工藝流程

從海水中制取鹽的方法主要有：鹽田法、電滲析法和冷凍法。

（二）、海水中的化學(xué)資源海水曬鹽（煮海為鹽）思考：（１）鹽田法制得的粗鹽中含較多的氯化鎂和氯化鈣及泥沙，請設(shè)計實驗室除去NaCl中混有的泥沙、Ca2+、Mg2+離子的方法（需要儀器及實驗步驟）先將樣品溶解，加稍過量的氫氧化鈉，再加入稍過量的碳酸鈉溶液，過濾；在濾液中加入稍過量的鹽酸，蒸發(fā)結(jié)晶即可。（2）、從海水中制金屬鎂海水蒸發(fā)粗鹽水、重結(jié)晶精鹽濾液

Mg(OH)2鹽酸、濃縮

MgCl2?H2O

脫水

MgCl2

MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2

Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+H2O石灰乳水CaO煅燒貝殼

Mg電解MgCl2(熔融)===Mg+Cl2↑電解科學(xué)探究：如何證明海帶中有碘離子？閱讀P91實驗4-2（1）稱取3g干海帶，用刷子把干海帶表面的附著物刷凈（不要用水洗，有I-）。將海帶剪碎，用酒精潤濕（便于灼燒）后，放在坩堝中。

（2）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。

（3）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2min－3min，使可溶物溶解，過濾。

（4）向濾液中滴入幾滴稀硫酸，再加入約1mlH2O2溶液，觀察現(xiàn)象。（5）取少量上述濾液，加幾滴淀粉溶液，觀察現(xiàn)象。

④實驗注意事項③實驗方法海帶不要用水洗，以免洗去海帶中的碘；用干海帶從而易于燃燒；灼燒海帶的地方要注意通風(fēng)。海帶海帶灰溶解過濾灼燒殘渣含I-的溶液稀H2SO4H2O2含I2的溶液含I2的有機溶液萃取（3）、從海帶中提取碘的實驗2KI+H2O2+H2SO4===I2+K2SO4+2H2O證明海帶中含有碘，有以下步驟①灼燒海帶至完全生成灰，停止加熱，冷卻；②在濾液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后