4.1化学与自然资源的开发利用 化学必修2.ppt

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1、第四章第四章 化学与自然资源化学与自然资源的开发利用的开发利用 第一节第一节 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源 一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用 自然界中自然界中绝大多数绝大多数金属以金属以化合态化合态存在存在只有只有少数少数金属以金属以游离态游离态存在（存在（金、铂金、铂）（一）、金属元素在自然界中的存在形式（一）、金属元素在自然界中的存在形式1 1、金属的冶炼、金属的冶炼:工业上工业上将将金金属从其化合物中属从其化合物中还原还原出来用于生产出来用于生产和制造各种金属材料的过程和制造各种金属材料的过程。2、金属冶炼的实质、金属冶炼的实质:在一定条在一定条件下件

2、下,用还原的方法用还原的方法使金属化合物使金属化合物中的中的金属离子得到电子金属离子得到电子变成金属原变成金属原子。即子。即:n+M得得电子电子M（被还原）被还原）（二）、金属的冶炼（二）、金属的冶炼1 1、热分解法热分解法金属活动性顺序表中的金属活动性顺序表中的不活泼不活泼金属金属,例如例如:Hg、Ag等等练习练习:写出写出HgOHgO，AgAg2 2OO受热分解的化学方程式受热分解的化学方程式2HgO=2Hg+O22Ag2O=4Ag+O2（三）、冶炼金属的几种方法（三）、冶炼金属的几种方法2、热还原法热还原法大多数大多数金属金属（活动性介于活动性介于Zn-Cu的金属的金属)常见还原剂：常见

3、还原剂：焦碳焦碳、CO、H2、活泼金属、活泼金属Al等等CuO+H2=Cu+H2O高温高温Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3 （铝热法炼铁铝热法炼铁）高温高温铝热剂铝热剂2CuO+C=2Cu+CO2高温高温Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2（高炉炼铁高炉炼铁）高温高温铝热反应铝热反应（实验（实验41）铝铝热热反反应应的的应应用用 铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨。铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨。在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝与金属氧化物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，冶炼钴、铬、锰等。反应，冶炼钴、铬、锰等。反应现象反应现象：镁条

4、剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入蒸发皿。光，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入蒸发皿。化学反应方程式：化学反应方程式：2AlFe2O3 2FeAl2O3高温高温 3MnO24Al 2Al2O33Mn高温高温铝某些金属氧化物铝某些金属氧化物 Al2O3金属金属高温高温铝热反应：铝热反应：铝粉与某些金属氧化物（如铝粉与某些金属氧化物（如FeFe2 2OO3 3、MnOMnO2 2、CrCr2 2OO、V V2 2OO5 5等）的混合等）的混合物在高温下进行的反应。物在高温下进行的反应。铝热剂：铝热剂：铝粉与这些金属氧化

5、物的混合物铝粉与这些金属氧化物的混合物。镁条：引燃剂镁条：引燃剂氯酸钾：助燃剂氯酸钾：助燃剂MgCl2(熔融熔融)=Mg+Cl2 电解电解2Al2O3(熔融熔融)=4Al+3O2 电解电解冰晶石冰晶石2NaCl(熔融熔融)=2Na+Cl2 电解电解3 3、电解法电解法极活泼极活泼金属金属（AlAl及及AlAl之前的金属）之前的金属）降低熔点降低熔点湿法冶金湿法冶金用活泼金属把不活泼的金属从它的用活泼金属把不活泼的金属从它的盐溶液中置换出来盐溶液中置换出来Fe+CuSO4=Cu+FeSO4Cu+2AgNO3=2Ag+Cu(NO3)24 4、其它方法：其它方法：Cu2S+O2=2Cu+SO2 高温

6、高温火法炼铜火法炼铜（1）废旧金属回收；）废旧金属回收；（；（2）矿物资源保护；矿物资源保护；（3）寻找金属替代品。寻找金属替代品。金属铝的回收与利用金属铝的回收与利用（四）金属的回收和资源保护（四）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（1）节约矿物资源；（）节约矿物资源；（2）节约能源；）节约能源；（3）减少环境污染）减少环境污染2、合理开发和利用矿物资源的途径、合理开发和利用矿物资源的途径K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag金属活动性（还原性）：金属活动性（还原性）：强强弱弱电解法电解法热热还原法还原法热分热分解法解法K+Ca2+Na+

7、Mg2+Al3+Zn 2+Fe 2+Sn 2+Pb 2+(H+)Cu 2+Hg 2+Ag+离子的氧化性离子的氧化性弱弱强强常见还原剂：常见还原剂：焦碳、焦碳、CO、H2、Al思考与交流思考与交流（P90）问题1答案(仅供参考)：目前海底矿藏目前海底矿藏资源的勘探和开采技术还不够成熟，要资源的勘探和开采技术还不够成熟，要投入实用更面临许多课题，主要是成本投入实用更面临许多课题，主要是成本比陆地矿藏高，还存在破坏生态环境等比陆地矿藏高，还存在破坏生态环境等问题。问题。问题2答案(仅供参考)：回收的废旧钢回收的废旧钢铁、铝制品可用于钢铁和铝的重新冶炼，铁、铝制品可用于钢铁和铝的重新冶炼，既能节约能源

8、、保护环境，又能降低金既能节约能源、保护环境，又能降低金属材料的成本。属材料的成本。1、冶炼金属常用以下几种方法：、冶炼金属常用以下几种方法：以以C、CO或或H2作还原剂还原。作还原剂还原。利用铝热反应原理用利用铝热反应原理用Al还原。还原。电解法。电解法。热分解法。热分解法。下列金属各采用哪种方法还原下列金属各采用哪种方法还原最佳最佳。Fe、Zn、Cu等中等活泼的金属等中等活泼的金属()Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属等活泼或较活泼金属()Hg、Ag等不活泼金属等不活泼金属()V、Cr、Mn、W等高熔点金属等高熔点金属()一、海水中蕴藏的资源及其开发意义一、海水中蕴藏的资源及其开发意义海洋

9、水资源：海洋水资源：海水中水的储量约为海水中水的储量约为1.3101.3109 9亿吨，亿吨，约占全球总水量的约占全球总水量的9797。化学资源：化学资源：含元素含元素8080多种，多种，海洋资源中，利用潜力最大的是海水中的化学海洋资源中，利用潜力最大的是海水中的化学资源。目前，在陆地上发现的多种化学元素，在海水中已找到资源。目前，在陆地上发现的多种化学元素，在海水中已找到多种，其中多种可供提取。如，氯化钠（即食盐）有亿亿吨，多种，其中多种可供提取。如，氯化钠（即食盐）有亿亿吨，镁约有万亿吨，钾有万亿吨，溴约有万亿吨，核燃镁约有万亿吨，钾有万亿吨，溴约有万亿吨，核燃料约亿吨亿吨。料约亿吨亿吨。

10、矿产资源：矿产资源：海洋中所贮存的各种矿物约海洋中所贮存的各种矿物约500500亿吨。通常只亿吨。通常只要每平方米有要每平方米有5 5的矿物。的矿物。锰结核、可燃冰、砂和砾石，锰结核、可燃冰、砂和砾石，用于冶金、燃料、建筑、石英砂用制玻璃等。用于冶金、燃料、建筑、石英砂用制玻璃等。（1 1）海水的淡化：）海水的淡化：海水淡化的方法海水淡化的方法:蒸蒸 馏馏 法法（最先使用，技术成熟，但成本高）（最先使用，技术成熟，但成本高）电渗析法电渗析法（成本低，但未能大量生产）（成本低，但未能大量生产）离子交换法离子交换法（目前正迅速发展，但需要不断更（目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂）新离子交

11、换树脂）2 2、海水资源的利用：、海水资源的利用：1 1海水中含有的各种元素的特点：海水中含有的各种元素的特点：种类多，总储量大，富集程度低。因此，从种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。2 2从海水中提取物质的方法从海水中提取物质的方法从海水中提取食盐的主要工艺流程从海水中提取食盐的主要工艺流程从海水中从海水中制取盐的方法制取盐的方法主要有：盐田主要有：盐田法、电渗析法法、电渗析法和冷冻法。和冷冻法。三、海水中的化学资源三、海水中的化学资源盐田法盐田法 制得的制得的粗盐中含较多的氯化粗盐中含较多的氯化镁和氯化钙及

12、泥沙，镁和氯化钙及泥沙，请设计实验除请设计实验除去去NaClNaCl中混有的泥沙、中混有的泥沙、CaCa2 2+、MgMg2 2+离离子的方法（需要仪器及实验步骤）子的方法（需要仪器及实验步骤）先将样品溶解，加稍过量的氢氧化钙，先将样品溶解，加稍过量的氢氧化钙，再加入稍过量的碳酸钠溶液，过滤；在滤液再加入稍过量的碳酸钠溶液，过滤；在滤液中加入稍过量的盐酸，蒸发结晶即可。中加入稍过量的盐酸，蒸发结晶即可。思考：思考：海带中的碘元素主要以海带中的碘元素主要以I I-的形式存在，提取时的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成用适当的氧化剂将其氧化成I I2,2,再萃取出来。再萃取出来。用用H H2

13、 2O O2 2做氧化剂，反应的离子方程式是：做氧化剂，反应的离子方程式是：2I2I-+H+H2 2O O2 2+2H+2H+=I=I2 2+2H+2H2 2O O(2)从海带中提取碘的实验从海带中提取碘的实验提取流程提取流程反应原理反应原理 含含碘碘单单质质的的有机溶液有机溶液含含碘碘单单质质的溶液的溶液试剂试剂残残渣渣含碘元素含碘元素的溶液的溶液海海带带溶解溶解过滤过滤海海带带灰灰灼烧（1）称取）称取3g干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净（不要用水洗，有净（不要用水洗，有I-）。）。将海带剪碎，用酒精润湿将海带剪碎，用酒精润湿（便于灼烧）后，放在坩埚

14、中。（便于灼烧）后，放在坩埚中。（2）用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完全成灰，）用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完全成灰，停止加热，冷却。停止加热，冷却。（3）将海带灰转移到小烧杯中，再向烧杯中加入）将海带灰转移到小烧杯中，再向烧杯中加入10ml蒸馏水，搅拌，煮沸蒸馏水，搅拌，煮沸2min3min，使可溶物溶解，过使可溶物溶解，过滤。滤。（4）向滤液中滴入几滴稀硫酸，再加入约）向滤液中滴入几滴稀硫酸，再加入约1mlH2O2溶溶液，观察现象。液，观察现象。（5）取少量上述滤液，加几滴淀粉溶液，观察现象。）取少量上述滤液，加几滴淀粉溶液，观察现象。实验注意事项实验注意事项实验方法实验方法 海

15、带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；用干海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；用干海带从而易于燃烧；灼烧海带的地方要注意通风。海带从而易于燃烧；灼烧海带的地方要注意通风。(3)从海水中提取镁的主要工艺流程从海水中提取镁的主要工艺流程 镁是一种用途很广的金属材料，目前世界上镁是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%60%的的镁从海水中提取。主要步骤如下：镁从海水中提取。主要步骤如下：（I I）为了使为了使MgClMgCl2 2转化为转化为MgMg（OHOH）2 2，试剂试剂可以可以选用选用 ，要使，要使MgClMgCl2 2完全转化为沉淀，加入试完全转化为沉淀，加入试剂剂的量应的量应 ，验证，验证

16、MgClMgCl2 2已完全转化为已完全转化为Mg(OH)Mg(OH)2 2的方法的方法 。NaOH 过量过量取上层清液，滴入取上层清液，滴入NaOH溶液，不产生沉淀溶液，不产生沉淀（IIII）加入试剂加入试剂，能够分离得到，能够分离得到Mg(OH)2沉淀的沉淀的方法是方法是 。（。（3 3）试剂）试剂可以选用可以选用。（。（4 4）无水无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生在熔融状态下，通电后会产生Mg和和Cl2，写出该反应的化学方程式写出该反应的化学方程式。过滤过滤 HCl MgCl2Mg+Cl2(4)从海水中提取溴的主要工艺流程从海水中提取溴的主要工艺流程用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内

17、的溶液中的溴单质。用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。用蒸馏法将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化。用蒸馏法将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化。向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：为溴单质：2NaBr+Cl2NaBr+Cl2 2=Br=Br2 2+2NaCl+2NaCl向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的：吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的：BrBr2 2+SO+SO2 2+2H+2H2 2O=2HBr+HO=2HBr+H2 2SOSO4 4向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：2HBr+Cl2HBr+Cl2 2=2HCl+Br=2HCl+Br2 2海水资源的开发利用简述海水资源的开发利用简述（1 1）从海水中提取淡水）从海水中提取淡水海水淡化海水淡化（2 2）海水制盐）海水制盐（3 3）从海水中提取镁、钾、溴、碘等）从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品化工产品（4 4）从海水中获取铀和重水作为核能）从海水中获取铀和重水作为核能开发的重要原料开发的重要原料（5 5）从海水中获取其他物质和能量）从海水中获取其他物质和能量再再见见