高一化學(xué)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源

高一化學(xué)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源第四章化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展

第一節(jié)《開發(fā)利用金屬礦物和海水資源》第2頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天學(xué)習(xí)目標(biāo)

1．以金屬礦物的開發(fā)和利用為例，認(rèn)識(shí)化學(xué)方法在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的作用。2．掌握金屬冶煉的一般原理基礎(chǔ)及不同金屬的冶煉方法。第3頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一課時(shí)4.1.1《金屬礦物的開發(fā)利用》第4頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天

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第5頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天金銀人類最早發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的金屬分別是：銅第6頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天思考：分析一下這是什么原因呢？Cu2（OH）2CO3=====2CuO+H2O+CO2↑

藍(lán)銅礦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(zhǎng)的“石器時(shí)代”.

在公元前6000年到7000年左右，人類開始邁進(jìn)了象征古代文明開端的“銅器時(shí)代”。銅鏡漢武帝時(shí)銅幣先秦刀幣第7頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天這是英法聯(lián)軍洗劫焚毀世界建筑史上最杰出的園林——圓明園后，被劫掠到國(guó)外的珍貴文物——銅虎頭，2000年在香港被拍賣。由中國(guó)派員出高價(jià)將其贖回。記住我們的國(guó)恥：中國(guó)還有上百萬件珍貴文物流失海外第8頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天

我國(guó)古代煉鐵工業(yè)長(zhǎng)期領(lǐng)先于世界，我們?cè)谖鳚h初時(shí)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(guó)直到500年后（相當(dāng)于清朝乾隆末年），才掌握這一技術(shù)。古代中國(guó)勞動(dòng)人民用木炭煉鐵第9頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天“金屬的冶煉”的實(shí)質(zhì)是什么？

冶煉金屬的實(shí)質(zhì)是用還原的方法使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬原子。

將金屬?gòu)钠浠衔镏羞€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。第10頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天金屬活動(dòng)性順序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金屬活動(dòng)性逐漸減弱金屬離子的得電子能力逐漸增強(qiáng)第11頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、熱分解法（適合一些不活潑金屬）2HgO===2Hg+O2↑加熱2Ag2O===4Ag+O2↑加熱歸納冶煉金屬的幾種方法2、物理提取法：適用于極不活潑的金屬——Pt、Au第12頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、熱還原法（適用于大部分金屬）CuO+H2===Cu+H2O高溫Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2↑高溫第13頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)4－1注意觀察現(xiàn)象第14頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天反應(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？鋁熱劑結(jié)論：鋁也是還原劑，在一定的條件下與某些金屬氧化物反應(yīng)，把其中的金屬還原成單質(zhì)。所以一些活潑的金屬也可作還原劑。問題第15頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天反應(yīng)現(xiàn)象：劇烈反應(yīng)，發(fā)出強(qiáng)光，紙漏斗被燒穿，沙子上落有黑色鐵珠。Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3高溫其它鋁熱反應(yīng)

3MnO2+4Al===3Mn+2Al2O3高溫Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高溫3Co3O4+8Al===9Co+4Al2O3高溫第16頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用

鋁熱反應(yīng)的原理可以應(yīng)用在生產(chǎn)上，如用于焊接鋼軌等。在冶金工業(yè)上也常用這一反應(yīng)原理，使鋁與金屬氧化物反應(yīng)，冶煉釩、鉻、錳等應(yīng)用：(1)焊接鋼軌，(2)冶煉金屬。第17頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天

由于早期煉鋁十分困難，所以鋁的價(jià)格十分昂貴，一度超越金銀之上，直至19世紀(jì)上半葉，鋁還是歐洲許多高級(jí)珠寶店的高檔貨。

然而自從美國(guó)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)，現(xiàn)在人們已經(jīng)熟練掌握了從鋁土礦（主要成分是Al2O3，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(jià)格也一降千丈，走入千家萬戶。Al第18頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天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↑電解第19頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天電解法

在金屬活動(dòng)性順序中，鉀、鈉、鈣等幾種金屬的還原性很強(qiáng)，這些金屬都很容易失去電子，因此不能用一般的方法和還原劑使其從化合物中還原出來，只能用通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來冶煉。陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極第20頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天KCaNaMgAl

ZnFeSnPb(H)Cu

HgAgPtAu電解法熱還原法熱分解法物理提取法第21頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天小結(jié)：（1）熱分解法適用于金屬活動(dòng)順序中以后的金屬冶煉或精煉。（2）熱還原法適用于金屬活動(dòng)順序中部的金屬冶煉（3）電解熔鹽或氧化物法選用于鉀、鈉、鈣、鋁等活潑金屬的冶煉。KCaNaMgAl

ZnFeSnPb(H)Cu

HgAg

PtAu

電解法熱還原法熱分解法物理提取法第22頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天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(jià)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?yàn)楹新然c，苦是因?yàn)楹新然V，同樣道理，粗鹽易潮解是因?yàn)槠渲泻休^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(huì)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。第23頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、不同的金屬，冶煉方法不同+nM得電子M（被還原）因?yàn)榻饘匐x子的得電子能力不同，所以冶煉方法不同。2、金屬活動(dòng)性順序金屬的冶煉金屬活動(dòng)順序金屬失電子能力

金屬離子的得電子主要冶煉方法K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）、CuHg、Ag、強(qiáng)————————————→弱弱————————————→強(qiáng)電解法熱還原法熱分解法第24頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天【思考】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)。三、金屬提煉步驟：（1）礦石的富集、除雜；（2）冶煉；（3）精煉。第25頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天4、金屬資源的可持續(xù)發(fā)展回收和再利用提高金屬礦物的利用率減少金屬的使用量使用其他材料代替金屬材料……第26頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天金屬的回收和資源保護(hù)第27頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天練習(xí)1、下列各種冶煉方法中，可以制得相應(yīng)金屬的是（）A、加熱氧化鋁B、加熱碳酸鈣C、電解熔融氯化鈉D、氯化鈉與鋁粉高溫共熱2、根據(jù)金屬在金屬活動(dòng)順序表中的位置及性質(zhì)，推測(cè)制取下列金屬最適宜的方法：①Na

②Zn

③Hg

④Au

C電解法加熱還原法加熱分解法物理提取法第28頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二課時(shí)4.1.2《海水資源的開發(fā)利用》第29頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、海水資源的開發(fā)利用P82二、海水資源的開發(fā)利用

學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解海水資源開發(fā)和利用的前景及化學(xué)在其中可以發(fā)揮的作用。2.掌握從海水中提取碘、溴、鎂等化工產(chǎn)品原理及方法。第30頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天

從太空觀察地球，看到地球上有七片陸地“漂浮”在一大片藍(lán)色的海洋之中是“歷史留給人類的資源儲(chǔ)備”海洋是美麗的，也是富饒的第31頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天海洋生物資源第32頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天含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(dá)45億噸是已知陸地鈾礦儲(chǔ)量的4500倍。氘有50億噸足夠人類用上千萬年海水中的化學(xué)資源第33頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天海洋中的礦產(chǎn)資源第34頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天海水綜合利用的重要方向

海水綜合利用的重要方向是：海水淡化同化工生產(chǎn)結(jié)合、同能源技術(shù)結(jié)合。如從海水中制得的氯化鈉除食用外，還用作工業(yè)原料，如生產(chǎn)燒堿、純堿、金屬鈉以及氯氣、鹽酸、漂白粉等含氯化工產(chǎn)品。從海水中制取鎂、鉀、溴及其化工產(chǎn)品，是在傳統(tǒng)制鹽工業(yè)上的發(fā)展。從海水中獲得其他物質(zhì)和能量具有廣闊的前景。例如，鈾和重水目前是核能開發(fā)中的重要原料，從海水中提取鈾和重水對(duì)一個(gè)國(guó)家來說具有戰(zhàn)略意義?；瘜W(xué)在開發(fā)海洋藥物方面也將發(fā)揮越來越大的作用。潮汐能、波浪能等也是越來越受到重視和開發(fā)的新型能源。第35頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天1、海水資源的廣泛性：海洋約占地球表面積71%海洋中的資源：動(dòng)物:（魚類、海獅、海馬、貝類………植物:（海草、海帶…………礦物:（各種鹽、NaCl、MgCl2……….

海底金屬結(jié)核礦、石油水:（水資源及各種溶解的鹽類第36頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天海水中的水1.3X109

億噸占地球總水量97%（3%在陸地、淡水）海水中除了水以外，還含有80多種元素，有的含量很大（如NaCl）有的含量很少（如Au）第37頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、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)物按含量計(jì)：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。第38頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天3、海水資源的分散性：海水因?yàn)榱刻蟆⒚嫣珡V，大多數(shù)元素盡管總量很大但由于太分散，含量極微少如：海水中金元素總含量約為50000000t（5千萬噸）但一頓海水中只含金元素0.000004g（10億分之四克）（百分之0.000004克）第39頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天4、海水資源的利用：主要有：1.海水的淡化（咸水淡水）2.直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻（作冷卻用水）第40頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天5、海水的淡化：（1）海水淡化的途徑:

從海水中提取淡水從海水中分離出鹽（2）海水淡化的方法:

蒸餾法（最先使用，技術(shù)成熟，但成本高）

電滲析法（成本低，但未能大量生產(chǎn)）

離子交換法（目前正迅速發(fā)展，但需要不斷更新離子交換樹脂）第41頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天蒸餾法所用的裝置及原理原理：加熱到水的沸點(diǎn)，使水汽化變成水蒸氣，再冷凝得淡水。注意：圖4-3海水蒸餾原理示意圖進(jìn)冷卻水出第42頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天圖4-4太陽(yáng)能蒸發(fā)原理示意圖第43頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天6、海水的綜合利用（1）海水制鹽——生產(chǎn)NaCl（2）NaCl的水溶液制NaOH（3）制金屬Na（4）制Na2CO32NaOH+CO2=Na2CO3+H2O2NaCl+2H2O電解

H2

+Cl2

+2NaOH2NaCl（熔融）電解

2Na+Cl2第44頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天（5）從海水中制金屬鎂海水蒸發(fā)

MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓

+CaCl2Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+H2O

MgCl2

通電

Mg+Cl2

粗鹽水、重結(jié)晶精鹽母液

Mg(OH)2

鹽酸、濃縮

MgCl2?H2O

脫水

MgCl2

電解

Mg貝殼煅燒

CaO

水石灰乳第45頁(yè),共50頁(yè)，2024年2月25日，星期天引入海水貝殼（CaCO3)過濾網(wǎng)

工業(yè)制鎂流程沉降池過濾槽Mg(OH)2鹽酸蒸發(fā)干燥鍛燒產(chǎn)物電解MgCl2金屬鎂MgCl2溶液鍛燒與水反應(yīng)氯氣第46頁(yè),共50頁(yè)，2024