开发利用金属矿物和海水资源共课时.pptx

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1、一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用黄铜矿赤铁矿铝矿锰矿钨矿锌矿第1页/共50页一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用1 1、金属元素的存在：、金属元素的存在：除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界。第2页/共50页 冶炼金属的实质是用还原的方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法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。到电子变成金属原子。n+M得电子M（被还原）第3页/共50页金属活动性顺序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第4页/共

2、50页金属冶炼的方法 第5页/共50页（2）热分解法（适合一些不活泼金属）2HgO =2Hg+O2 加热2Ag2O =4Ag+O2 加热（1）物理提取法：适用于极不活泼的金属Pt、Au第6页/共50页（3）热还原法（适用于大部分金属）CuO+H2=Cu+H2O Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温第7页/共50页铝热反应铝热反应实验41 注意观察现象第8页/共50页反应现象：镁镁条条剧剧烈烈燃燃烧烧，放放出出大大量量热热，发发出出耀耀眼眼白白光光，纸纸漏漏斗斗内内剧剧烈烈反反应应，纸纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3高温铝热

3、剂 铝还原剂（活泼金属可作还原剂）第9页/共50页3MnO2+4Al=3Mn+2Al2O3高温Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3高温3Co3O4+8Al=9Co+4Al2O3高温其它的铝热反应：其它的铝热反应：第10页/共50页应用：应用：(1)(1)焊接钢轨，焊接钢轨，(2)(2)冶炼金属。冶炼金属。第11页/共50页 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Al2O3，当然还是有很多其它杂质的）中冶炼铝的

4、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。第12页/共50页（4）电解法（适合一些非常活泼金属）MgCl2(熔融)=Mg+Cl2 电解2Al2O3(熔融)=4Al+3O2 电解冰晶石2NaCl(熔融)=2Na+Cl2 电解第13页/共50页 今天铝的产量已经仅次于钢铁了，铝及铝合金成今天铝的产量已经仅次于钢铁了，铝及铝合金成为现代文明不可缺少的金属，铝在工业上被称为为现代文明不可缺少的金属，铝在工业上被称为“钢精钢精”，是因为它的合金不但轻，而且强度足以替，是因为它的合金不但轻，而且强度足以替代钢铁，铝除了用于建材之外，还被用于航天工业，代钢铁，铝除了用于建材之外，还被用

5、于航天工业，如我国第一颗人造卫星东方红一号，外壳全部用铝如我国第一颗人造卫星东方红一号，外壳全部用铝合金制成，美国的阿波罗合金制成，美国的阿波罗1111号，宇宙飞船所用的号，宇宙飞船所用的金属材料中，铝及合金金属材料中，铝及合金75%75%左右，可以说人类送上左右，可以说人类送上太空的金属中，铝是最多的了。太空的金属中，铝是最多的了。注意：正常人的人体，每注意：正常人的人体，每7070公斤体重约含公斤体重约含6161毫克铝。毫克铝。但铝摄入过多却是对人体有害的，经研究表明，铝元素能渗入人脑，与神经元细胞释放出来的具有传递信息功能的有机碱反应，导致神经系统传递信息受阻，引起老年痴呆。第14页/共

6、50页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。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。第15页/共50页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还原法热还原法热分解法热分解法K Ca Na Mg Al

7、 Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag离子的氧化性离子的氧化性弱弱强强第16页/共50页K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H)Cu Hg AgPt Au电解法热还原法热分解法物理提取法第17页/共50页表表4-1 常见金属的冶炼原理常见金属的冶炼原理金属金属冶炼原理冶炼原理FeFe2O3+3CO=2Fe+3CO2(高炉炼铁高炉炼铁)Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3(铝热法炼铁铝热法炼铁)高温高温高温高温CuCu2S+O2=2Cu+SO2(火法炼铜火法炼铜)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu(湿法炼铜湿法炼铜)高温高温MgMgO+C=Mg+COMgCl2(熔融熔

8、融)=Mg+Cl2高温高温Al2Al2O3(熔融熔融)=4Al+3O2电解电解冰晶石冰晶石Na2NaCl(熔融熔融)=2Na+Cl24NaOH(熔融熔融)=4Na+O2+2H2O电解电解电解电解电解电解第18页/共50页合理开发和利用矿物资源，主要途径有：1、提高金属矿物的利用率2、减少金属的使用量3、加强金属资源的回收和再利用4、使用其他材料代替金属材料 第19页/共50页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

9、C电解法电解法加热还原法加热还原法加热分解法加热分解法物理提取法物理提取法第20页/共50页2、用铝热剂冶炼难熔金属，是因为、用铝热剂冶炼难熔金属，是因为铝是（铝是（）A 具有导电性具有导电性B 具有延展性具有延展性C 既能与酸反应又能与碱反应既能与酸反应又能与碱反应D 被氧化过程中放出大量的热被氧化过程中放出大量的热第21页/共50页3、可用热分解法就可能制得的金属、可用热分解法就可能制得的金属有（有（）A.Cu CrB.Ti WC.Ag HgD.Na Al第22页/共50页随堂训练5、古代的“药金”外观与金相似，常被误以为是金子，冶炼方法如下，将碳酸锌、赤铜（Cu2O）、木炭按一定比例混合

10、，加热到800充分反应后得到金光闪闪的“药金”。（1）药金的主要成分是_。（2）有关冶炼的化学方程式是_。铜、锌ZnCO3=ZnO+CO2 高温2Cu2O+C=4Cu+CO2高温2ZnO+C=2Zn+CO2高温第23页/共50页4、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或或H2、CO作为还原剂还原作为还原剂还原法；法；热分解法；热分解法；电解法；电解法；铝热法。现冶炼下列金属：铝热法。现冶炼下列金属：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，试标明适宜，试标明适宜的冶炼方法。的冶炼方法。Al：；Mg：；Cu：；Hg：；Mn：。第24页/共50页 第一节第一节 开发利用金属资源和海水资

11、源开发利用金属资源和海水资源 二、海水资源的开发和利用二、海水资源的开发和利用第25页/共50页含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水中的化学资源第26页/共50页海洋中的矿产资源海洋中的矿产资源第27页/共50页 从太空观察地球，看到地球上有七片陆从太空观察地球，看到地球上有七片陆地地“漂浮漂浮”在一大片蓝色的海洋之中在一大片蓝色的海洋之中海洋是“历史留给人类人类的资源储备”海洋是美丽的，海洋是美丽的，也是富饶的也是富饶的 第28页/共50页海水资源的

12、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、MgCl2.海底金属结核矿、石油水 :（水资源及各种溶解的盐类第29页/共50页海水中的水1.3X109 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）第30页/共50页海水资源的多样性：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。第31页/共50页海水资源的分散性：海水因为

13、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）第32页/共50页海水资源的利用海水资源的利用海水水资源的利用海水化学资源的利用第33页/共50页图4-5 海水综合利用联合工业体系一例第34页/共50页1、从海水中提取淡水海水淡化 海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。海水蒸馏原理示意图海水蒸馏原理示意图进进出出原理：加热到水的沸点，液态水变为水蒸气与海水中的盐分离，水蒸汽冷凝得到淡水。第35页/共50页太阳能蒸发海水示意图：

14、太阳能蒸发海水示意图：第36页/共50页2、海水晒盐（煮海为盐）、海水晒盐（煮海为盐）第37页/共50页A 科学探究：科学探究：如何证明海带中有碘离子？如何证明海带中有碘离子？阅读阅读P P9191实验实验4-2 4-2 化学方程式：2KI+H2O2+H2SO4=I2+K2SO4+2H2O第38页/共50页实验方法：实验方法：、取约干海带，用刷子去净其表面上的附着物。、取约干海带，用刷子去净其表面上的附着物。把海带剪碎后用适量酒精湿润，放入坩埚中。把海带剪碎后用适量酒精湿润，放入坩埚中。、点燃酒精灯将海带灼烧至完全成灰，停止加热，使、点燃酒精灯将海带灼烧至完全成灰，停止加热，使海带灰冷却至室温

15、。海带灰冷却至室温。、将海带灰转移至小烧杯中，加入约、将海带灰转移至小烧杯中，加入约10蒸馏水，蒸馏水，搅拌。用小烧杯盛着将混合物煮沸约，冷却后搅拌。用小烧杯盛着将混合物煮沸约，冷却后过滤。过滤。、在滤液中滴入几滴约、在滤液中滴入几滴约moL的硫酸，再加入约的硫酸，再加入约质量分数为的质量分数为的22溶液，观察现象。再向溶液，观察现象。再向溶液中加入几滴淀粉溶液，再观察现象。溶液中加入几滴淀粉溶液，再观察现象。第39页/共50页实验现象：实验现象：加入加入H2O2溶液后，溶液由无色变为深黄溶液后，溶液由无色变为深黄色；加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色；加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色。色。化学

16、方程式：化学方程式：2KI+H2O2+H2SO4=I2+K2SO4+2H2O第40页/共50页实验说明：实验说明：在海带中碘与有机基团在海带中碘与有机基团(R)(R)结合成碘化物结合成碘化物(RI)(RI)，海带，海带燃烧后的灰中燃烧后的灰中RIRI转化为转化为KIKI、NaINaI等，当加入等，当加入H H2 2O O2 2（在酸性（在酸性条件下）时可生成单质碘。条件下）时可生成单质碘。2H+H2H+H2 2O O2 2+2I+2I-=I=I2 2+2H+2H2 2O O生成的单质碘可用生成的单质碘可用CClCCl4 4萃取。萃取。海带灼烧若不完全，其灰的滤液会呈浅褐色，所以应海带灼烧若不完

17、全，其灰的滤液会呈浅褐色，所以应将海带灼烧完全。将海带灼烧完全。将海带剪碎后，再用酒精润湿，可使海带易于灼烧完将海带剪碎后，再用酒精润湿，可使海带易于灼烧完全，灼烧时产生的烟也较少，并缩短灼烧时间。全，灼烧时产生的烟也较少，并缩短灼烧时间。海带如果用水浸泡，碘化物会部分溶解而损耗，因此海带如果用水浸泡，碘化物会部分溶解而损耗，因此用干海带比湿海带的实验效果好。用干海带比湿海带的实验效果好。问题和讨论提示：问题和讨论提示：实验中的下述现象可以说明海带的成分中含有碘：实验中的下述现象可以说明海带的成分中含有碘：滴加淀粉试液后，溶液变为蓝色；加入滴加淀粉试液后，溶液变为蓝色；加入CClCCl4 4并

18、振荡后，并振荡后，CClCCl4 4层呈黄色。层呈黄色。第41页/共50页海带提碘：海带海带灰溶解过滤灼烧残渣含I-的溶液稀H2SO4 H2O2含I2的溶液含I2的有机溶液萃取第42页/共50页证明海带中含有碘，有以下步骤：证明海带中含有碘，有以下步骤：灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；在滤液中滴加稀在滤液中滴加稀H2SO4及及H2O2，然后加入几滴淀粉溶液；，然后加入几滴淀粉溶液；用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中；用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中；海带灰转移到小烧杯，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤。海带灰转移到小烧杯，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过

19、滤。(1)(1)合理的步骤是：合理的步骤是：(2)(2)证明含碘的步骤是：证明含碘的步骤是：现象是：现象是：反应的离子方程式是：反应的离子方程式是：滴入淀粉溶液，溶液变蓝。滴入淀粉溶液，溶液变蓝。2I-+2H+H2O2 I2+2H2O第43页/共50页证明海带中含有碘，有以下步骤证明海带中含有碘，有以下步骤灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；在滤液中滴加稀在滤液中滴加稀HH2 2SOSO4 4及及H H2 2O O2 2，然后加入，然后加入几滴淀粉溶液；几滴淀粉溶液；用剪刀剪碎海带，用酒精润用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中；湿，放入坩埚中；海带灰转

20、移到小烧杯，海带灰转移到小烧杯，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤.(1)(1)合理的步骤是合理的步骤是_(2)(2)证明含碘的步骤是证明含碘的步骤是_,_,现象是现象是_,_,反应的离子方程式是反应的离子方程式是 _滴入淀粉溶液，溶液滴入淀粉溶液，溶液变蓝变蓝2I-+2H+H2O2 I2+2H2O第44页/共50页 思考与交流：思考与交流：如如何何将将海海水水中中的的溴溴离离子子转转变变成成溴溴单单质质？阅阅读读教教材材P91页资料卡片页资料卡片海水提溴。海水提溴。1 1、推测海水提溴的步骤和实验装置；、推测海水提溴的步骤和实验装置；2 2、写出相关的化学方程式。、写出相关

21、的化学方程式。浓缩海水浓缩海水溴单质溴单质氢溴酸氢溴酸单质溴单质溴通入通入Cl2通入空气，通入空气，SO2吸收吸收通入通入Cl2第45页/共50页2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl2H2O+Br2+SO2=H2SO4+2HBr2HBr+Cl2=Br2+2HCl海水提溴的实验室模拟装置海水提溴的实验室模拟装置第46页/共50页当堂练习（一）当堂练习（一）1.1.下列海洋资源中属于可再生资源的是（下列海洋资源中属于可再生资源的是（）A A 海底石油、天然气海底石油、天然气 B B 潮汐能潮汐能 C C 滨海砂矿滨海砂矿 D D锰结核锰结核2.2.下列哪种方法不能实现海水的淡化（下列哪种方法不能

22、实现海水的淡化（）A A蒸馏法蒸馏法 B B电渗析法电渗析法 C C离子交换法离子交换法 D D电解法电解法3.3.下列属于海水化学资源利用的是（下列属于海水化学资源利用的是（）A A海水淡化海水淡化 B B海水提盐海水提盐 C C海水提溴海水提溴 D D海水发电海水发电、Mg第47页/共50页4 4随着现代科学的不断发展，生产和生活所需淡水日益增多，甚至超过人类随着现代科学的不断发展，生产和生活所需淡水日益增多，甚至超过人类所能支配的淡水量，使地球上淡水资源发生危机，这就把海水淡化问题提到了所能支配的淡水量，使地球上淡水资源发生危机，这就把海水淡化问题提到了科学家的面前。磺化媒科学家的面前。

23、磺化媒(代表式代表式NaR)NaR)是一种钠型离子交换树脂，它能使海水中是一种钠型离子交换树脂，它能使海水中的的CaCa交换除去。交换除去。现代海水的淡化方法：使海水按顺序通过两种离子交换树脂，其流程如图所现代海水的淡化方法：使海水按顺序通过两种离子交换树脂，其流程如图所示。示。(1)(1)最早用于海水淡化的方法是蒸馏法，其原理最早用于海水淡化的方法是蒸馏法，其原理是是 。(2)(2)现有氢型阳离子交换树脂现有氢型阳离子交换树脂(HR)(HR)和羟型阴离子交换树脂和羟型阴离子交换树脂(ROH)(ROH)，则离子交换柱，则离子交换柱中应分别装入的离子交换树脂中应分别装入的离子交换树脂(填其代表式

24、填其代表式)为：为：A A柱柱 ，B B柱柱 。(3)(3)说明按上述顺序装柱的理由是说明按上述顺序装柱的理由是 。第48页/共50页2.如何证明海带中存在碘元素实验如何证明海带中存在碘元素实验4-2:2KI+H2KI+H2 2O O2 2+H+H2 2SOSO4 4=I=I2 2+K+K2 2SOSO4 4+2H2H2 2O O（1 1）思考实验操作中的几个问题：）思考实验操作中的几个问题：海带为什么不能用水冲洗？海带为什么不能用水冲洗？将海带烧成灰的目的是什么？将海带烧成灰的目的是什么？海带灰加水后为什么要海带灰加水后为什么要“煮沸煮沸2 23min3min”？（2 2）实验现象）实验现象（3 3）化学方程式：）化学方程式：加入H2O2后，溶液由无色变为深黄色，再加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色第49页/共50页感谢您的观看。第50页/共50页