开发利用金属矿物和海水资源(第一课时).ppt

化学研究和应用的化学研究和应用的目标：目标：用已有的用已有的化学知识化学知识开发利用开发利用自然界的自然界的物质资源和能量资源物质资源和能量资源，同时，同时创造新物质创造新物质（主（主要是高分子）使人类的生活更方便、舒适。在开发利要是高分子）使人类的生活更方便、舒适。在开发利用资源的同时要用资源的同时要注意保护环境、维护生态平衡注意保护环境、维护生态平衡，走，走可可持续发展持续发展的道路；建立的道路；建立“绿色化学绿色化学”理念：创建源头理念：创建源头治理环境污染的生产工艺。（又称治理环境污染的生产工艺。（又称“环境无害化学环境无害化学”）满足当代人的需要又不满足当代人的需要又不损害后代发展的需求！损害后代发展的需求！化学与自然资源的开发利用化学与自然资源的开发利用游离态游离态 化合态化合态 正价正价 金属的冶炼自然界中的金属大都以化合态存在自然界中的金属大都以化合态存在用化学的方法把化合态的金属变成游离态用化学的方法把化合态的金属变成游离态要考虑的问题要考虑的问题矿矿石石的的富富集集合合适适的的冶冶炼炼方方法法如如何何精精炼炼金属的冶炼磁磁铁铁矿矿蓝蓝铜铜矿矿钛钛合合金金铁矿石的开采铁矿石的开采金属的冶炼金属的冶炼一、一、金属的一般性质金属的一般性质金属活动顺序表金属活动顺序表K Ca NaMg Al锌铁锌铁Sn Pb(H)Cu汞汞AgPt Au金属原子失去电金属原子失去电子的能力子的能力(还原性还原性)强强 弱弱金属阳离子得电金属阳离子得电子的能力子的能力(氧化性氧化性)弱弱 强强 与氧气化合与氧气化合常温下易常温下缓慢氧化加热反应不能置换水中的置换水中的H+常温置换加热置换不能置换置换酸中的置换酸中的H+能置换不能置换与盐溶液反应与盐溶液反应先与水前面的金属可置换出后面的金属自然界中存在自然界中存在化合态化合态和游离态游离态冶炼方法冶炼方法电解熔融物还原剂置换加热法富集2、金属的冶炼步骤：、金属的冶炼步骤：一般需要三个步骤：第一步是矿石的富集，除去杂质，一般需要三个步骤：第一步是矿石的富集，除去杂质，提高矿石中有用成分的含量；第二步是冶炼，利用氧提高矿石中有用成分的含量；第二步是冶炼，利用氧化还原反应原理，在一定条件下，用还原剂把金属矿化还原反应原理，在一定条件下，用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成金属单质；第三步是精炼，采石中的金属离子还原成金属单质；第三步是精炼，采用一定的方法，提炼纯金属。用一定的方法，提炼纯金属。冶炼方法的选择冶炼方法的选择冶炼方法的选择冶炼方法的选择简单，实用，节省的原则简单，实用，节省的原则1 1、热分解法、热分解法有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。在金属活动性顺序表中，位于氢后面的某在金属活动性顺序表中，位于氢后面的某些金属的氧化物受热就能分解。些金属的氧化物受热就能分解。2HgO=2Hg+O22Ag2O=4Ag+O2焦炭焦炭 一氧化碳一氧化碳 氢气氢气 铝热反应铝热反应实验实验41注意观察现象注意观察现象反应现象：剧剧烈烈燃燃烧烧，火火星星四四射射，沙沙里里有火热熔融物有火热熔融物Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3高温高温铝热剂铝热剂 铝铝还原剂还原剂（活泼金属（活泼金属可作还原剂）可作还原剂）Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3高温高温其其它它铝铝热热反反应应3MnO2+4Al=3Mn+2Al2O3高温高温Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3高温高温3Co3O4+8Al=9Co+4Al2O3高温高温铝热反应的应用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、锰等属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等2Al2O3=4Al+3O22NaCl=2Na+Cl23 3电解法电解法在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐通电分解其熔融盐或氧化物或氧化物的方法来冶炼。的方法来冶炼。电解电解电解电解KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法不同金属冶炼方法的选择不同金属冶炼方法的选择KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用 金属元素多以化合态的形式存在于自然界中金属元素多以化合态的形式存在于自然界中怎样将它们转变为金属单质呢？怎样将它们转变为金属单质呢？赤铁矿石金矿石 原理：应用氧化还原反应，将金属从矿石原理：应用氧化还原反应，将金属从矿石中还原为金属单质。中还原为金属单质。1、常见金属的冶炼：、常见金属的冶炼：热分解法：如：热分解法：如：2HgO 2Hg+O2 热还原法：如热还原法：如:CuO+H2 Cu+H2O 又如如:Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 孔雀石P.89反应式 电解法：如电解法：如:2NaCl 2Na+Cl2 电解电解孔雀石 又如又如:2Al2O3 2Al+3O2 电解电解P.89是什么原因导致是什么原因导致了不同的金属要了不同的金属要采用不同的冶炼采用不同的冶炼方法呢方法呢？不同的金属离子得到电子的能力不同2、金属活动顺序与金属冶炼的关系：、金属活动顺序与金属冶炼的关系：金属活动性序表中，金属活动性序表中，位置越靠后，越容易位置越靠后，越容易被还原被还原，用一般的还原方法就能使金属还原；，用一般的还原方法就能使金属还原；金属的金属的位置越靠前位置越靠前，越难被还原，最活泼金越难被还原，最活泼金属属只能用只能用最强的还原手段最强的还原手段来还原。来还原。（离子）（离子）金属的活动顺序：K Ca Na Mg AlZn Fe Sn Pb（H）CuHg Ag Pt Au金属原子失电子能力金属离子得电子能力主要冶炼方法强强 弱弱 弱弱 强强 电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法热分解法热分解法氧化汞氧化汞氧化汞分解成氧氧化汞分解成氧原子和汞原子原子和汞原子原子结合成原子结合成汞和氧分子汞和氧分子炼钢炼铁炼钢炼铁大多数金属矿石里大多数金属矿石里含有杂质，如石英、石含有杂质，如石英、石灰等，因此在冶炼金属灰等，因此在冶炼金属时首先需要富集矿石。时首先需要富集矿石。在富集好的矿石中利在富集好的矿石中利用不同方法将金属还原出用不同方法将金属还原出来，最后进行提纯。来，最后进行提纯。Fe2O33CO2Fe3CO2高温高温热还原法热还原法电解法在金属活动性顺序中，钾、钠、钙等几在金属活动性顺序中，钾、钠、钙等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用通电分解其其从化合物中还原出来，只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。熔融盐或氧化物的方法来冶炼。阳极阳极阴极阴极【讨论】为什么人类使用铁器比使用铜器晚？为什么人类使用铁器比使用铜器晚？P.90金属使用的先后与金属的冶炼的难易有关金属使用的先后与金属的冶炼的难易有关【思考与交流思考与交流】P901、目前海底金属资源开发可能遇到的问题、目前海底金属资源开发可能遇到的问题除开发成本比陆地高外，还存在破坏生态除开发成本比陆地高外，还存在破坏生态环境等问题环境等问题3、金属的回收和资源保护、金属的回收和资源保护（1）回收金属的意义：）回收金属的意义：节约矿物资源；节约矿物资源；节约能源；节约能源；减少环境污染减少环境污染(2)金属开发的主要途径金属开发的主要途径提高金属矿物利用率提高金属矿物利用率减少金属的使用量减少金属的使用量加强金属资源回收和再利用加强金属资源回收和再利用使用其他材料代替金属材料使用其他材料代替金属材料小结小结金属矿物和海水资源的开发利用金属矿物和海水资源的开发利用金金属属的的冶冶炼炼原理原理方法选择方法选择利用金属活利用金属活动顺序表动顺序表电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法铝热铝热反应反应