【课件】金属矿物和海水资源的开发利用高一下学期化学人教版（2019）必修第二册.pptx

第八章 化学与可持续发展第一节第一节 自然资源的开发利用自然资源的开发利用第 一 课 时第 一 课 时 金 属 矿 物、海 水 资 源 的金 属 矿 物、海 水 资 源 的开 发 利 用开 发 利 用自然资源与可持续发展自然资源与可持续发展(一）金属在自然界中的存在形态一）金属在自然界中的存在形态铝铝 铁铁 陨铁金铂矿 (3)在地壳中，含量最高的金属元素是_，其次是_。1.1.极少数的不活泼金属极少数的不活泼金属(金、铂等金、铂等)以游离态的形式存在。以游离态的形式存在。一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用铝铝 铁铁 2.绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界。(3)在地壳中，含量最高的金属元素是_，其次是_。黄铜矿(CuFeS2)赤铁矿(Fe2O3)铝土矿(Al2O3)软锰矿(MnO2)钨锰铁矿孔雀石Cu2(OH)2CO3使用年代使用年代使用年代使用年代-10000-8000-6000-4000-2000020004000AuAuAgAgCuCuSnSnFeFeZnZnAlAlMgMgNaNaCaCaK K古人发现古人发现古人发现古人发现有什么规律有什么规律?并分析原因并分析原因金属越活泼，其对应离子越难得到电子，越难金属越活泼，其对应离子越难得到电子，越难被还原成单质被还原成单质,出现得越晚。出现得越晚。（二）（二）金属的金属的冶炼实质冶炼实质 冶炼冶炼金属的实质是用金属的实质是用还原的方法还原的方法使金属化合物中的使金属化合物中的金属离子金属离子得到电得到电子变成子变成金属单质金属单质。（化合态）（化合态）M n+得电子得电子M（游离态）（游离态）（被还原）（被还原）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活动性逐渐减弱一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用(三三)金属金属冶炼的其他方法冶炼的其他方法1 1、物理提取法：（、物理提取法：（富集富集）适用于极少数不活泼、以游离态存在适用于极少数不活泼、以游离态存在于地壳中的金属于地壳中的金属（Au、Pt），如金常），如金常用水洗法获得。用水洗法获得。一、一、金属矿金属矿物的开发利用物的开发利用马达加斯加街头淘金者2、热分解、热分解法：法：不不活泼的金属活泼的金属(如如Hg、Ag)用用高温加热分解高温加热分解其氧化物的其氧化物的方法方法。2Ag2O=4AgO22HgO=2HgO2（三）金属冶炼的方法（三）金属冶炼的方法古代炼丹术士葛洪的抱朴子中古代炼丹术士葛洪的抱朴子中“丹砂丹砂(HgS)烧之成水银烧之成水银”3、热、热还原法还原法：对于对于较活泼金属较活泼金属(Zn、Fe、Sn、Pb、Cu)在加热的条件下，用在加热的条件下，用还原还原剂剂将金属从化合物中还原将金属从化合物中还原出来出来常用的还原剂有：常用的还原剂有：H2、C、CO、活泼金属（、活泼金属（Al）等等CuOH2=CuH2O2CuOC=2CuCO2Fe2O33CO=2Fe3CO2（三）金属冶炼的方法（三）金属冶炼的方法3 3、热还原法热还原法铝热反应铝热反应【实验原理】2Al+Fe2O3=2Fe+Al2O3 高温高温引燃剂助燃剂铝热剂：蒸发皿中铺少量细沙的作用：1 1、防止蒸发皿炸裂；、防止蒸发皿炸裂；2 2、防止生成的熔融物溅出。、防止生成的熔融物溅出。3MnO2+4Al 2Al2O3+3Mn。高温高温=Cr2O3+2Al =2Cr+Al2O3高温高温铝铝和和比铝活泼性比铝活泼性弱的金属的氧化弱的金属的氧化物物组成的混合物组成的混合物。应用：应用：1 1、冶炼、冶炼钒、铬、锰钒、铬、锰等等高熔点金属高熔点金属3 3、热还原法热还原法铝热反应铝热反应【思考】1 1、铝热反应需要高温条件，是否还需要持续加热？铝热反应需要高温条件，是否还需要持续加热？铝铝热热反反应应为为放放热热反反应应，放放出出的的热热可可以以维维持持反应继续进行，因此不需要持续加热。反应继续进行，因此不需要持续加热。3 3、热还原法热还原法铝热反应铝热反应应用：应用：2 2、焊接钢轨焊接钢轨应用体验应用体验应用体验应用体验1.如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：(1)写出该反应的化学方程式：_。(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应_(填“能”或“不能”)发生，理由是_。不能镁比铝活泼，铝不能置换出镁步步高P122(3)若将所得产品置于足量的NaOH溶液中，可能看到的现象是_，写 出 铝 热 反 应 的 一 种 主 要 用 途：_。部分固体溶解，有气泡产生焊接钢轨(或冶炼某些熔点高的金属，合理即可)(4)假设铝足量且反应充分，设计一种实验方案，证明本实验中有单质铁生成：_。取适量反应后的固体混合物，先用NaOH溶液除去铝，再加入稀硫酸，有气泡冒出，说明有铁生成(或用磁铁靠近固体，有固体可被磁铁吸引，说明有铁生成)信州铅山县有苦泉，流以为涧。其水熬之，则成胆矾，烹胆矾则成信州铅山县有苦泉，流以为涧。其水熬之，则成胆矾，烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜，久之异化为铜。铜。熬胆矾铁釜，久之异化为铜。沈括梦溪笔谈沈括梦溪笔谈用矿用矿(硫化矿，主要成分为硫化矿，主要成分为Cu2S)二百五十箩二百五十箩入大旋风炉，连烹入大旋风炉，连烹(灼烧灼烧)三日三夜，方见成铜。三日三夜，方见成铜。明明陆容菽园杂记陆容菽园杂记铜的冶炼铜的冶炼湿法炼铜湿法炼铜火法炼铜火法炼铜4、电解、电解法法：K、Ca、Na、Mg、Al 还原性太强只能用还原性太强只能用电解法电解法，通电分解其通电分解其熔融熔融氯化物氯化物或或氧化物氧化物的方法来冶炼。的方法来冶炼。(适用于适用于一些一些非常活泼金属非常活泼金属)2NaCl(熔融熔融)=2NaCl2电解电解（三）金属冶炼的方法（三）金属冶炼的方法K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H)Cu Hg Ag Pt Au活泼活泼电解法电解法(氧化物、氯化物氧化物、氯化物)中等活泼中等活泼热还原法热还原法(C、CO、H2、Al等等)不活泼不活泼热分解法热分解法(氧化物氧化物)物理物理方法方法金属冶炼方法与金属活动性的关系金属冶炼方法与金属活动性的关系1.从本质上讲，工业上冶炼金属的反应一定都属于 A.氧化还原反应 B.置换反应 C.分解反应 D.复分解反应随堂演练 步步高P1242.(2022河北邢台高一阶段检测)下列金属的冶炼方法正确的是A.Hg：热还原法 B.Al：电解法C.Cu：热分解法 D.Fe：电解法随堂演练 步步高P124【思考】怎样从【思考】怎样从铝土矿铝土矿(主要成分为主要成分为Al2O3还有杂质还有杂质Fe2O3、MgO、SiO2等等)中获得铝单质中获得铝单质 Al2O3 Fe2O3 SiO2NaOH溶液溶液Fe2O3NaAlO2 Na2SiO3NaOH盐酸盐酸H2SiO3NaCl AlCl3氨水氨水Al(OH)3过滤过滤过滤过滤过滤过滤NH4ClNaClAl2O3Al电解电解【思考】怎样从【思考】怎样从铝土矿铝土矿(主要成分为主要成分为Al2O3还有杂质还有杂质Fe2O3、MgO、SiO2等等)中获得铝单质中获得铝单质 Al2O3 Fe2O3 SiO2过滤过滤盐酸盐酸SiO2AlCl3FeCl3HClFe(OH)3NaAlO2NaClNaOHCO2过滤过滤NaOH溶液溶液过滤过滤Al(OH)3NaHCO3NaCl加热加热Al2O3Al电解电解【思考】怎样从【思考】怎样从铝土矿铝土矿(主要成分为主要成分为Al2O3还有杂质还有杂质Fe2O3、MgO、SiO2等等)中获得铝单质中获得铝单质14.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，还有少量的Fe2O3等杂质)提取氧化铝作冶炼铝的原料，提取的操作过程如下：(1)和步骤中分离溶液和沉淀的操作为_，所用到的玻璃仪器是_。过滤烧杯、漏斗、玻璃棒(2)沉淀M中除含有泥沙外，一定还含有_，固体N是_。Fe2O3 Al2O3(3)滤 液 X中，含铝元素的溶质的化学式 为_，它属于 _(填“酸”“碱”或“盐”)类物质。NaAlO2 盐(4)实验室里常往AlCl3溶液中加入_(填“氨水”或“NaOH溶液”)来制取Al(OH)3。氨水【思思考考】生生产产1 mol 铝铝消消耗耗的的电电能能至至少少为为1.8 106 J，回回收收铝铝质质饮饮料料罐罐得得到到铝铝与与从从铝铝土土矿矿制制铝铝相相比比，前前者者的的能能耗耗仅仅为为后后者者的的3%5%。通通过过对对上上述数据的分析和对比，你想到了什么？请将你的想法和同学交流。述数据的分析和对比，你想到了什么？请将你的想法和同学交流。从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝制饮料罐（1）资源有限且分布不均）资源有限且分布不均 （2）金属的冶炼消耗许多能量）金属的冶炼消耗许多能量（3）金属冶炼造成环境污染）金属冶炼造成环境污染 （4）金属腐蚀造成大量损失）金属腐蚀造成大量损失原原 因因（1 1）提高金属矿物的利用率）提高金属矿物的利用率 （2 2）开发环保高效的金属冶炼方法）开发环保高效的金属冶炼方法（3 3）防止金属的腐蚀）防止金属的腐蚀 （4 4）加强废旧金属的回收和再利用）加强废旧金属的回收和再利用（5 5）使用其他材料代替金属材料）使用其他材料代替金属材料措措 施施（四）金属矿物的合理开发和利用（四）金属矿物的合理开发和利用（一）海水资源的特点（一）海水资源的特点广阔性广阔性多样性多样性分散性分散性海海洋洋约约占占地地球球表表面面积积的的71%，海海水水中中水水的的储储量约为量约为1.3108 t，约约占地球上总水量的占地球上总水量的97%海海水水中中溶溶解解和和悬悬浮浮着着大大量量的的无无机机物物和和有有机机物物，含含量量最最多多的的是是氧氧、氢氢两两种种元元素素和和氯氯、钠钠、镁镁、硫硫、钙钙、钾钾、溴溴、碳碳、锶锶、硼硼、氟氟等等1111种种元元素素，其其总总量量超超过过99%99%，其其他他元元素为微量素为微量许许多多元元素素的的富富集集程程度度很很低低，如如海海水水中中金金元元素素的的总总储储量量约约为为5 510106 6t t，而，而1t1t海水中含量仅为海水中含量仅为4 41010 6 6g g二、海水资源的开发利用二、海水资源的开发利用海水资源化学资源水资源新型能源二、海水资源的开发利用二、海水资源的开发利用海水淡化的方法主要有：蒸馏法、电渗析法、离子交换法主要包括主要包括海水淡化海水淡化和直接利用海水进行和直接利用海水进行循环冷却循环冷却。电渗析法离子交换法蒸馏法（二）海水的利用（二）海水的利用（最先使用，技术成熟，但成本高）（最先使用，技术成熟，但成本高）(1)主要仪器主要仪器：A_B_C_(2)B中加入碎瓷片的目的中加入碎瓷片的目的是是 。冷凝管蒸馏烧瓶锥形瓶防止液体暴沸1 1、蒸馏法、蒸馏法-实验室蒸馏实验室蒸馏利用各成分的利用各成分的沸点沸点不同，分离不同，分离(互溶互溶)液态液态混合物的混合物的物理物理分离方法。分离方法。蒸馏法蒸馏法-实验室蒸馏实验室蒸馏加热装置 冷凝装置 接收装置冷凝冷凝水：下进上出水：下进上出温度计水银球温度计水银球处于支管口处处于支管口处液体体积液体体积不应该超不应该超过容积的过容积的2/3,不应不应少于少于1/32 2、电渗析法、电渗析法+-（电渗析法是利用（电渗析法是利用（电渗析法是利用（电渗析法是利用电场电场电场电场的作用，强行将的作用，强行将的作用，强行将的作用，强行将离子向电极处吸引离子向电极处吸引，致使电极，致使电极，致使电极，致使电极中间部位的离子浓度大为下降，从而制得淡水的。）中间部位的离子浓度大为下降，从而制得淡水的。）中间部位的离子浓度大为下降，从而制得淡水的。）中间部位的离子浓度大为下降，从而制得淡水的。）成本低，但未能大量生产成本低，但未能大量生产3 3、离子交换法、离子交换法 离子交换树脂离子交换树脂可以把阴阳离子分别交换出来，使水得到纯化。可以把阴阳离子分别交换出来，使水得到纯化。H+OH-=H2O目前正迅速发展，需要不断更新离子交换树脂目前正迅速发展，需要不断更新离子交换树脂浓缩海水浓缩海水结晶池结晶池蒸发池蒸发池粗盐粗盐母液母液“母液母液”也叫也叫“苦卤苦卤”,含有高浓度的含有高浓度的K+、Mg2+、Br-和和SO42-等，等，可从中提取多种化工原料。可从中提取多种化工原料。盐田法盐田法(太阳能蒸发法太阳能蒸发法)日晒风吹蒸发水分日晒风吹蒸发水分蒸蒸发发结结晶晶继续日晒风吹成为过继续日晒风吹成为过饱和溶液，析出晶体饱和溶液，析出晶体（三）（三）海水资源与化工生产海水资源与化工生产Na2CO3NaOHBaCl2或或或或 粗盐中的杂质：粗盐中的杂质：除杂试剂：除杂试剂：试剂加入顺序：试剂加入顺序：主要操作：主要操作：溶解、过滤、蒸发溶解、过滤、蒸发盐酸盐酸泥沙、泥沙、Ca2+、Mg2+、SO42-1 1、粗盐提纯、粗盐提纯粗盐粗盐粗盐水粗盐水滤液滤液沉淀沉淀精精盐盐操作操作操作操作操作操作溶解溶解过滤过滤蒸发结晶蒸发结晶1.加加BaCl22.加加NaOH3.加加Na2CO34.加加适量盐酸适量盐酸2NaCl(熔融熔融)电解电解2Na+Cl22NaCl+2H2O 电解电解2NaOH+H2+Cl2工业制取金属钠工业制取金属钠工业制取氯气工业制取氯气氯碱工业氯碱工业工业制纯碱工业制纯碱侯氏制碱法侯氏制碱法NaCl+H2O+NH3+CO2 NaHCO3+NH4ClNaCl的用途的用途2NaHCO3 Na2CO3+H2O+CO2 卤水g(OH)2gCl2金属Mg 电解 海水富集加碱过滤盐酸蒸发 干燥2、海水海水提镁提镁2、海水海水提镁提镁Mg2Ca(OH)2=Mg(OH)2+Ca2+蒸发浓缩、冷却结晶蒸发浓缩、冷却结晶Mg(OH)22HCl=MgCl22H2O3、海水海水提溴提溴（吹出法）3、海水海水提溴提溴酸和Cl2海水Br-Br2氧化室1234空气SO2和H2OCl2吹出塔吸收塔蒸馏塔工业生产流程图工业生产流程图Cl22Br=Br22Cl(氧化)Br2SO22H2O=2HBrH2SO4Cl22Br=Br22Cl(提取)富富 集集液溴物理性质液溴物理性质1.深红棕色液体深红棕色液体2.易挥发（刺激性气味，有毒）易挥发（刺激性气味，有毒）3.易溶于酒精、四氯化碳、易溶于酒精、四氯化碳、苯；苯；4.微溶于微溶于水，密度水，密度大于大于水（水封保存）水（水封保存）5.腐蚀性强，会严重灼烧皮肤，腐蚀橡胶腐蚀性强，会严重灼烧皮肤，腐蚀橡胶应用体验应用体验应用体验应用体验海水中溴元素以Br形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如右图所示：(1)步骤反应的离子方程式是_。2BrCl2=Br22Cl步步高P124(2)步骤反应的化学方程式是_。(3)步骤中，用热空气将Br2吹出，利用溴的性质为_，从步骤到步骤的目的是_。SO2Br22H2O=H2SO42HBr将溴浓缩，提高Br2的提取率易挥发(4)从理论上考虑，下列物质也能充分吸收Br2的是_(填字母)。A.NaOH B.FeCl2 C.Na2SO3 D.H2OABC(5)步骤蒸馏过程中，温度应控制在8090。温度过高或过低都不利于生产，若温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水分增加；若温度过低，则_。溴不能完全蒸出，产率太低稀硫酸稀硫酸过氧化氢溶液过氧化氢溶液4、从海带中提取从海带中提取碘碘灼烧灼烧加水加水加热加热溶解溶解过滤过滤CCl4蒸馏蒸馏海带灰海带灰海带海带悬浊液悬浊液滤液滤液碘水碘水碘的碘的CCl4溶液溶液单质碘单质碘操作操作1操作操作2操作操作3操作操作4操作操作5试剂试剂1试剂试剂2萃取萃取分液分液生物生物富集富集海水海水2IH2O22H=I22H2O4.从海带中提取碘单质，工艺流程如下。下列关于海带制碘的说法错误的是A.实验室灼烧干海带在坩埚中进行B.沸水浸泡的目的是使I充分浸出C.由滤液获得碘水，发生的离子反应为2IH2O2=I22OHD.可以用淀粉溶液检验碘水中的I2随堂演练 步步高P1245 5、海水海水资源的其他利用资源的其他利用（1 1）从从海水中提取铀和重水，用于核能开发海水中提取铀和重水，用于核能开发。（2 2）开发开发潮汐能、波浪能等新型能源。潮汐能、波浪能等新型能源。海海水水资资源源海水化学海水化学资源的开资源的开发利用发利用海水提海水提镁镁海水提海水提溴溴海带提海带提碘碘海水制海水制盐盐海水淡化海水淡化蒸馏法、电渗析法蒸馏法、电渗析法离子交换法离子交换法海水冷却循环海水冷却循环淡水淡水浓缩海水浓缩海水海水水资海水水资源的利用源的利用3.海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法正确的是A.海水中含有钾元素，只需经过物理变化就能得到钾单质B.海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化C.从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备NaD.利用潮汐发电是将化学能转化为电能随堂演练 步步高P124