四一节《开发利用金属矿物和海水资源》.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第四章 化学与可持续发展,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,金,银,人类最早发现和应用的金属分别是：,铜,思考：分析一下这是什么原因呢？,Cu,2,（,OH,）,2,CO,3,=2CuO +H,2,O +CO,2,C +2CuO =CO,2,+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,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,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,“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。,金属活动性顺序,K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au,金属活动性逐渐减弱,金属离子的得电子能力逐渐增强,1,、热分解法（适合一些不活泼金属）,2HgO =2Hg+O,2,加热,2Ag,2,O =4Ag+O,2,加热,归纳冶炼金属的几种方法,2,、物理提取法：适用于极不活泼的,金属,Pt,、,Au,3,、热还原法（适用于大部分金属）,CuO+H,2,=Cu+H,2,O,高温,Fe,2,O,3,+3CO=2Fe+3CO,2,高温,铝热反应,实验,4,1,注意观察现象,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。,Fe,2,O,3,+2Al=2Fe+Al,2,O,3,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,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。,Fe,2,O,3,+2Al=2Fe+Al,2,O,3,高温,其它铝热反应,3MnO,2,+4Al=3Mn+2Al,2,O,3,高温,Cr,2,O,3,+2Al=2Cr+Al,2,O,3,高温,3Co,3,O,4,+8Al=9Co+4Al,2,O,3,高温,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,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,Al,2,O,3,，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,4,、电解法（适合一些非常活泼金属）,MgCl,2,(,熔融,)=Mg+Cl,2,电解,2Al,2,O,3,(,熔融,)=4Al+3O,2,电解,冰晶石,2NaCl(,熔融,)=2Na+Cl,2,电解,K Ca Na Mg Al,Zn Fe Sn Pb (H)Cu,Hg Ag,Pt Au,电解法,热还原法,热分解法,物理提取法,金属的化学性质和冶炼方法,小结：,（,1,）热分解法和电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。,K Ca Na Mg Al,Zn Fe Sn Pb (H)Cu,Hg Ag,Pt Au,电解法 热还原法 热分解法 物理提取法,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。,1,、不同的金属，冶炼方法不同,+n,M,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,、,Al,Zn,、,Fe,、,Sn,、,Pb,（,H,）、,Cu,Hg,、,Ag,、,Pt,、,Au,强,弱,弱,强,电解法,热还原法,热分解法,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：,Na,Zn,Hg,Au,C,电解法,加热还原法,加热分解法,物理提取法,二、海水资源的开发和利用,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,海洋生物资源,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,海洋中的矿产资源,海水中的水,1.3X,10,9,亿,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,）,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,、,MgCl,2,.,海底金属结核矿、石油,水,:,（水资源及各种溶解的盐类,海水中的水,1.3X,10,9,亿,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,）,THANK YOU,SUCCESS,2025/1/14 周二,31,可编辑,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。,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）,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。,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）,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）,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,图,4-4,太阳能蒸发原理示意图,煮,海,为,盐,海水浓缩,过滤,HCl,溶液，适量,蒸发结晶,NaOH,溶液、,BaCl,2,溶液、,Na,2,CO,3,溶液,过量,食盐的提取,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,Na,2,CO,3,2NaCl+2H,2,O,电解,H,2,+Cl,2,+2NaOH,2NaCl,（熔融）,电解,2Na+Cl,2,2 NaOH+CO2=Na2CO3+H2O,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,MgCl,2,H,2,O,脱水,MgCl,2,电解,Mg,MgCl,2,+Ca(OH),2,=Mg(OH),2,+CaCl,2,Mg(OH)2 +2HCl =MgCl,2,+H2O,石灰乳,水,CaO,煅烧,贝壳,MgCl,2,通电,Mg+Cl,2,从海水中提取溴,(,写出有关的化学方程式,),课本,P,91,从海水中提取溴,2 NaBr,+Cl,2,=2 NaCl,+Br,2,Br,2,+SO,2,+2H,2,O=2HBr+H,2,SO,4,2HBr+Cl,2,=2HCl+Br,2,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,CCl,4,萃取吸收塔中溶液里的溴单质。,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,H,2,O,2,，,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,H,2,O,2,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+H,2,O,2,+H,2,SO,4,=I,2,+K,2,SO,4,+2H,2,O,图,4-5,海水综合利用联合工业体系一例,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)H,2,(5)N,2,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+N,2,Mg,3,N,2,C,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,NaCl B,KNO,3,C,Ca(OH),2,D,Fe,3.,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,B,D,4.铝加入下列物质中会产生气体的是（,）,A熔融NaOH,BKOH溶液,C,Na,2,O,2,固体,D,Na,2,O,2,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,B D,C,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,B C,B C,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,C,A B,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,Fe B,K,C,Mg D,Al,D,A,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,A,B,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,）,D,C,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,Fe B,Cu,C,Al D,Ag,A D,D,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（,Na,2,CO,3,）溶液吸收（生成,NaBr,、,NaBrO,3,、,CO,2,），这一过程的化学方程式为,Cl,2,2Br,2Cl,Br,2,3Br,2,3Na,2,CO,3,5NaBr,NaBrO,3,3CO,2,20.,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；（,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,）火烧孔雀石炼铜；（,II,）湿法炼铜；（,III,）铝热法炼铬；（,IV,）从光卤石中炼镁，对他们的冶炼方法分析不正确的是（）,A,I,用（,1,）,B,II,用（,2,）,C,III,用（,3,）,D,IV,用（,4,）,B C,选择金属的冶炼方法与金属在自然界中存在的状态、金属活泼性有关，光卤石中炼镁是指：先从光卤石中提取,MgCl,2,，再电解,MgCl,2,。,B,22.,将吸收溴单质的溶液加入过量的硫酸酸化，即可得溴单质，该反应的离子方程式为,23.,根据金属在金属活动性顺序中的位置及性质，推测制取下列金属最适宜的方法。,（,1,）,Na,：；,（,2,）,Zn,：；,（,3,）,Hg,：；,（,4,）,Fe,：。,5Br,BrO,3,6H,Br,2,3H,2,O,电解法,热还原法,热分解法,热还原法,24.,铁是在地壳中含量很丰富的元素，也是生物体内所必需的元素。自然界中的铁矿石主要有赤铁矿和磁铁矿。金属铁是在高炉中冶炼的，高炉炼铁除了加入铁矿石外，还须加入焦炭和石灰石，请填空：,（,1,）写出磁铁矿的主要成分的化学式,（,2,）写出赤铁矿被还原成铁的化学方程式,（,3,）写出焦炭在高炉中参与反应的两个化学方程式,（,4,）写出石灰石所参与的两个化学方程式,Fe,3,O,4,Fe,2,O,3,3CO 2Fe,3CO,2,C,O,2,CO,2,C O,2,C 2CO,CaCO,3,CaO,CO,2,CaO,SiO,2,CaSiO,3,THANK YOU,SUCCESS,2025/1/14 周二,60,可编辑,