时开发利用金属矿物和海水资源必修二.pptx

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1、天然金Au天然铂Pt自然界矿物中的金属元素存在形态自然界矿物中的金属元素存在形态赤铁矿赤铁矿 FeFe2 2O O3 3蓝铜矿蓝铜矿Cu3CO32(OH)2 萤石萤石 CaFCaF2 2第1页/共45页人类使用的金属材料中金属的存在状态？人类使用的金属材料中金属的存在状态？第2页/共45页金、铂等为游离态金、铂等为游离态得电子，被还原得电子，被还原Mn+M+n e-主要是化合态主要是化合态 将金属从其化合物中将金属从其化合物中还原还原出来，使之转变为出来，使之转变为单质的过程。单质的过程。(1)(1)金属在自然界中的存在形式？金属在自然界中的存在形式？(2)(2)金属冶炼指的是什么？金属冶炼指

2、的是什么？一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用 1 1、金属的冶炼、金属的冶炼(3)(3)冶炼金属的步骤：冶炼金属的步骤：采矿采矿矿石富集矿石富集金属冶炼金属冶炼精炼精炼第3页/共45页 法法国国皇皇帝帝拿拿破破仑仑是是一一个个喜喜欢欢炫炫耀耀自自己己的的人人。他他常常常常大大摆摆宴宴席席，宴宴请请天天下下宾宾客客。每每次次宴宴会会，他他总总是是摆摆出出一一副副高高人人一一等等的的样样子子。餐餐桌桌上上的的用用具具几几乎乎全全是是用银制成的，唯有他自己用的那一个碗却是铝制品。用银制成的，唯有他自己用的那一个碗却是铝制品。思考与交流思考与交流 由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂由于

3、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，直至贵，一度超越金银之上，直至19世纪上半叶，铝世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。为什么贵为法国皇帝，在当时却不用高贵而亮为什么贵为法国皇帝，在当时却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢？丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢？第4页/共45页 自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工铝工 艺不断改进，艺不断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成矿（主要成 分是分是Al2O3）中冶炼铝的技术，使得制中冶炼铝

4、的技术，使得制铝成本大大下降，使铝走入千家万户。铝成本大大下降，使铝走入千家万户。电解槽电解槽2Al2O3(熔融熔融)4Al 3O2 电解电解冰晶石冰晶石反应原理反应原理:第5页/共45页 古代中国劳动人古代中国劳动人民用木炭炼铁民用木炭炼铁 我国古代炼铁工业长期领先于世界，我国在西汉初时已我国古代炼铁工业长期领先于世界，我国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的英国直到500年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握

5、这年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握这一技术。一技术。反应原理反应原理:Fe2O33CO 2Fe3CO2高温高温铁矿石铁矿石焦炭焦炭空气空气石灰石石灰石主主要要原原料：料：第6页/共45页电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法 1、思考思考:工业上工业上 如何冶炼铝和铁如何冶炼铝和铁?为什么为什么铁和铝的冶炼方法不同？铁和铝的冶炼方法不同？金属越活泼，越难冶炼金属越活泼，越难冶炼2 2、金属冶炼方法的确定、金属冶炼方法的确定由金属活泼性决定由金属活泼性决定K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag弱弱强强电解法电解法还原法还原法 Fe2O33CO 2Fe3C

6、O2 高温高温2Al2O3(熔融熔融)4Al 3O2 电解电解 冰晶石冰晶石第7页/共45页 3 3、金属冶炼的方法举例、金属冶炼的方法举例（1）热分解法热分解法2HgO 2Hg O2 加热加热2Ag2O 4AgO2 加热加热不活泼金属（一般是不活泼金属（一般是H后的金属）后的金属）Cu2S+O2 2Cu+SO2 高温高温火法炼铜火法炼铜AuCl4加热加热 Au+2Cl2第8页/共45页（2）电解法）电解法MgCl2(熔融熔融)Mg Cl2 电解电解2NaCl(熔融熔融)2NaCl2 电解电解2Al2O3(熔融熔融)4Al 3O2 电解电解冰晶石冰晶石铝土矿铝土矿适合一些非常活泼金属（适合一些

7、非常活泼金属（Zn前金属）前金属）第9页/共45页 （常用的还原剂有：焦炭、（常用的还原剂有：焦炭、CO、H2 等）等）（3 3）热还原法）热还原法（ZnZnCuCu中等活泼金属中等活泼金属）常用的还原剂还有哪些常用的还原剂还有哪些?Fe2O33CO 2Fe3CO2 高温高温2CuO +C 2Cu+CO2 高温高温高炉炼铁高炉炼铁主要反应主要反应WO3+3H2 W+3H2O 高温高温 Cr2O32Al 2Cr Al2O3 高温高温第10页/共45页现象现象化学化学方程式方程式Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3高温高温反应放出大量的热，发出耀眼的光芒，纸漏斗下部被烧穿，有熔融物落入沙中。请思

8、考：请思考：实验中用到的镁条和氯酸钾有什么作用？实验中用到的镁条和氯酸钾有什么作用？铝热剂铝热剂镁条为引燃剂，氯酸钾为助燃剂镁条为引燃剂，氯酸钾为助燃剂放热反应第11页/共45页2AlFe2O3 2FeAl2O3高温高温3MnO24Al 2Al2O33Mn高温高温Cr2O3+2Al 2Cr+Al2O33Co3O4+8Al 9Co+4Al2O3高温高温高温高温其它铝热反应：其它铝热反应：铝热反应：铝热反应：铝某些金属氧化物 Al2O3金属单质高温高温 铝热反应适用于一些没有Al活泼，但是是高熔点的金属单质。如Fe、Cr、V、Mn等第12页/共45页铝热反应的应用：铝热反应应用铝热反应应用冶炼难熔

9、的金属冶炼难熔的金属焊接钢轨焊接钢轨 （冶练常用的还原剂有：（冶练常用的还原剂有：焦炭、焦炭、CO、H2 、Al等活泼金属等活泼金属）第13页/共45页4 4、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：（1 1）废旧金属回收；）废旧金属回收；（2 2）矿物资源保护；）矿物资源保护；（3 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第14页/共45页（1 1）节约矿物资源；）节约矿物资源；（2 2）节约能源；）节约能源；（3 3）减少环境污染）减少环境污染（1 1）废旧钢铁用于炼钢；）废旧钢铁用于炼钢；（2 2）废铁屑用于制铁盐；）废铁屑用于制铁

10、盐；（3 3）定影液用于回收银）定影液用于回收银回收金属的实例：回收金属的实例：回收金属的意义：回收金属的意义：第15页/共45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海洋是“历史留给人类的资源储备历史留给人类的资源储备”海洋是美丽的，海洋是美丽的，也是富饶的也是富饶的 水资源、化学资源、生物资源、能源水资源、化学资源、生物资源、能源第16页/共45页海水资源的开发利用 海水中蕴含着丰富的水资源和化学资源，海水中蕴含着丰富的水资源和化学资源，2121世纪人类将重点开发海洋资源。世纪人类将重点开发海

11、洋资源。海洋约占地球表面积的71%，其水的储量约占地球上总水量的97%，具有十分巨大的开发潜力。第17页/共45页海水资源的开发利用 海洋中含有海洋中含有80多种元素，其中多种元素，其中H、O、Cl、Na、K、Mg、Cs、S、C、F、Br、Sr等等13种元素含量超过总量的种元素含量超过总量的99。第18页/共45页海洋中的资源海洋中的资源：动物动物:（鱼类、海狮、海马、贝类（鱼类、海狮、海马、贝类植物植物:（海草、海带（海草、海带矿物矿物:（各种盐、（各种盐、NaCl、MgCl2、海底金属结核矿、石、海底金属结核矿、石油油水水 :海水中的水约海水中的水约1.3X109 亿吨亿吨,占地球总水量占

12、地球总水量97%第19页/共45页（1）海水的直接利用：用海水进行循环冷却；（2）海水的淡化；（3）制盐和以盐为原料的盐化工；（4）提取海水中溶存的有用元素。问题:海水的综合利用有哪些方面?第20页/共45页海水中水资源的利用获取淡水2 2、途径：通过海水中提取淡水或从海水中把盐分离、途径：通过海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。出去，都可以达到淡化海水的目的。3 3、海水淡化的方法及其特点、海水淡化的方法及其特点 海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换、离子交换、冷冻法、太阳能法、多级闪蒸、法等。法等。1、意义：全球海

13、水淡化日产量约、意义：全球海水淡化日产量约3500万立方米左万立方米左右，其中右，其中80%用于饮用水，解决了用于饮用水，解决了1亿多人的供水问亿多人的供水问题，即世界上题，即世界上1/50的人口靠海水淡化提供饮用水。的人口靠海水淡化提供饮用水。平均每人每年约需要淡水平均每人每年约需要淡水1500-1800立方米。我国立方米。我国人均水资源排在时界第人均水资源排在时界第121位，被联合国列为位，被联合国列为13个个最贫水国家之一。估计到最贫水国家之一。估计到2025年，全世界有近年，全世界有近1/3人人口缺水，波及的国家和地区将达到口缺水，波及的国家和地区将达到40多个。多个。第21页/共45

14、页优点：优点：缺点：缺点：成本较高成本较高,难推广应用。难推广应用。原理：原理：将海水加热至将海水加热至105，蒸发汽化，然后使蒸，蒸发汽化，然后使蒸汽冷凝得到蒸馏水；汽冷凝得到蒸馏水；蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善；注意事项：注意事项：烧瓶中放入碎瓷片或沸石，防止加热烧瓶中放入碎瓷片或沸石，防止加热时发生暴沸；时发生暴沸；冷却水下进上出，逆流冷却水下进上出，逆流冷却，提高冷却效果。冷却，提高冷却效果。第22页/共45页离子交换法离子交换法原理：制淡水是将海水中所有离子全部吸附在离子原理：制淡水是将海水中所有离子全部吸附在离子交换树脂上交换树脂上,也就是说离子交换树脂将海水中的也就是说

15、离子交换树脂将海水中的“离子离子”几乎全部几乎全部“截流截流”了了第23页/共45页电渗析法电渗析法原理：是利用电场的作用原理：是利用电场的作用,强行将离子向电极处吸强行将离子向电极处吸引引,致使电极中间部位的离子浓度大为下降致使电极中间部位的离子浓度大为下降,从而制从而制得淡水的得淡水的.第24页/共45页2、海水化学资源的开发利用、海水化学资源的开发利用 海水综合利用的重要方向是：海水综合利用的重要方向是：海水淡化同化工生海水淡化同化工生产结合、同能源技术结合产结合、同能源技术结合。如从海水中制得的。如从海水中制得的氯化钠氯化钠除食用外，还用作工业原料，如生产烧碱、纯碱、金除食用外，还用作

16、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。从海属钠以及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工产品。从海水中制取水中制取镁、钾、溴镁、钾、溴及其化工产品，是在传统制盐工及其化工产品，是在传统制盐工业上的发展。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。从海水中获得其他物质和能量具有广阔的前景。例如，例如，铀和重水铀和重水目前是核能开发中的重要原料，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。从海水中提取铀和重水对一个国家来说具有战略意义。化学在开发化学在开发海洋药物海洋药物方面也将发挥越来越大的作用。方面也将发挥越来越大的作用。潮汐能

17、、波浪能潮汐能、波浪能等也是越来越受到重视和开发的新型等也是越来越受到重视和开发的新型能源。能源。第25页/共45页海水化学资源的开发利用从海从海水中水中提取提取NaCl从海从海带中带中提取提取碘碘从海从海水中水中制金制金属镁属镁从海从海水中水中提取提取溴溴第26页/共45页煮海为盐从海水中提取从海水中提取NaClNaCl第27页/共45页盐田法盐田法 制得的粗盐中含较多的氯化制得的粗盐中含较多的氯化镁和氯化钙及泥沙，请设计实验除镁和氯化钙及泥沙，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

18、实验步骤）先将样品溶解，加稍过量的氢氧化先将样品溶解，加稍过量的氢氧化钙，再加入稍过量的碳酸钠溶液，过滤；钙，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，蒸发结晶在滤液中加入稍过量的盐酸，蒸发结晶即可。即可。思考第28页/共45页盐田法：是一种古老的方法盐田法：是一种古老的方法,沿海居民很早就用这种方沿海居民很早就用这种方法从海水中获得食盐法从海水中获得食盐,并且一直沿用到今天并且一直沿用到今天.它的原理它的原理很简单很简单,海水受热海水受热,水分逐渐蒸发水分逐渐蒸发,盐浓度逐渐升高盐浓度逐渐升高,就可就可以得到各种盐类以得到各种盐类.当海水蒸发掉约当海水蒸发掉约90的水分的水分

19、,食盐开食盐开始析出始析出.返回返回第29页/共45页碘是人体的必需微量元素之一，健康成碘是人体的必需微量元素之一，健康成人体内的碘的总量为人体内的碘的总量为30毫克（毫克（2050毫毫克克），国家规定在食盐中添加碘的标准），国家规定在食盐中添加碘的标准为为20-30毫克毫克/千克。千克。碘在自然界中以能溶于水的形式存在。碘在自然界中以能溶于水的形式存在。碘在自然界中含量稀少，在地壳的含量碘在自然界中含量稀少，在地壳的含量位居第位居第47位。除在海水中含量较高（位。除在海水中含量较高（每每升海水含升海水含5060微克微克）以外，在大部分）以外，在大部分土壤、岩石、水中的含量都很低。土壤、岩石、

20、水中的含量都很低。自然界中的碘来源主要是以碘酸钠自然界中的碘来源主要是以碘酸钠NaIO3的形式存在于智利硝石矿中，在的形式存在于智利硝石矿中，在海水中碘的含量很少，但海洋中的某些海水中碘的含量很少，但海洋中的某些生物（生物（如海藻、海带等如海藻、海带等）具有选择性吸）具有选择性吸收和富集碘的能力，是碘的一个重要来收和富集碘的能力，是碘的一个重要来源。源。第30页/共45页海带中的碘元素主要以I I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I I2,2,再萃取出来。用H H2 2O O2 2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+2

21、H2 2O O 从海带中提取碘的实验从海带中提取碘的实验反应原理反应原理 第31页/共45页海带提碘：海带提碘：海带海带海带灰海带灰溶解过滤溶解过滤灼烧灼烧残渣残渣含含I-的溶液的溶液稀稀H2SO4 H2O2含含I2的溶液的溶液含含I2的有机溶液的有机溶液萃取萃取加H2O2溶液变褐色,加淀粉变蓝。现象:2KI+H2O2+H2SO4=I2+2H2O+K2SO4第32页/共45页（1）称取3 g干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净（不要用水洗，有I-）。将海带剪碎，用酒精润湿（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，停止加热，冷却。（3）将海带灰转移到小烧杯中

22、，再向烧杯中加入10 mL蒸馏水，搅拌，煮沸2 min3 min，使可溶物溶解，过滤。（4）向滤液中滴入几滴稀硫酸，再加入约1 mL H2O2溶液，观察现象。（5）取少量上述滤液，加几滴淀粉溶液，观察现象。实验方法实验方法第33页/共45页实验注意事项实验注意事项 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。实验现象：实验现象：加入加入H H2 2O O2 2后，溶液由无色变为黄色，后，溶液由无色变为黄色，再加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色再加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色化学方程式：2KI+H2O2+H2SO4=I2+K2SO4+2H2O返回返回第34

23、页/共45页 镁被誉为镁被誉为“国防金属国防金属”，60%的镁从海水提取的镁从海水提取海水海水镁镁飞机飞机第35页/共45页从海水中制金属镁海水蒸发粗盐粗盐 水、重结晶水、重结晶 精盐精盐Mg(OH)2盐酸、浓缩盐酸、浓缩 MgCl2 H2O 脱水脱水 MgCl2 电解电解 MgMgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2 +CaCl2Mg(OH)2+2HCl =MgCl2 +H2O石灰乳石灰乳 水水 CaO 煅烧煅烧 贝壳贝壳 MgCl2 通电通电 Mg+Cl2 第36页/共45页贝壳贝壳（CaCO3)过滤网过滤网 工业制镁流程工业制镁流程沉降池沉降池过滤槽过滤槽 Mg(OH)2盐酸盐酸蒸蒸发

24、发干干燥燥锻烧产物锻烧产物电解电解 MgCl2金属镁金属镁MgCl2溶液溶液锻烧锻烧与水反应与水反应返回返回第37页/共45页地球上地球上99%以上的溴蕴藏以上的溴蕴藏在大海中在大海中,以以Br-形式存在，形式存在，因此溴又被称为因此溴又被称为“海洋元海洋元素素”。海水中溴的提取是海水中溴的提取是将将Br-转变为转变为Br2是海水提溴是海水提溴中关键的化学反应。中关键的化学反应。液溴液溴(Br2)第38页/共45页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（空气吹出法）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。向酸化的海水中通入

25、适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：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：2HBr+Cl2HBr+Cl2 2=2HCl+Br=2HCl+Br2 2第39页/共45页海水提溴：主要方法是空气吹出法海水提溴：主要方法是空气吹出法主要流程主要流程海水海水浓缩浓缩酸化酸化浓缩浓缩海水海水BrBr-通入通入氯气氯气海海水水ClCl-BrB

26、r2 2通入空气通入空气水蒸气水蒸气(吹入吹入)吸收吸收塔塔SOSO2 2反应后反应后富集溴富集溴HBrHBr、SOSO4 42 2通入通入ClCl2 2ClCl-BrBr2 2分离分离溴单质溴单质化学方程式：化学方程式：2NaBr Cl2=Br2 2NaClBr2 SO2 2H2O=2HBr H2SO42HBr Cl2=Br2 2HCl第40页/共45页2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl2H2O+Br2+SO2=H2SO4+2HBr2HBr+Cl2=Br2+2HCl第41页/共45页三 海水综合利用 海水综合利用的重要方向是：海水综合利用的重要方向是：海水淡化同化工生海水淡化同化工生产结

27、合、同能源技术结合。产结合、同能源技术结合。如从海水中制得的如从海水中制得的氯化钠氯化钠除食用外，还用作工业原料，如生产烧碱、纯碱、金除食用外，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。从海属钠以及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工产品。从海水中制取水中制取镁、钾、溴及其化工产品镁、钾、溴及其化工产品，是在传统制盐工，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，的前景。例如，铀和重水铀和重水目前是核能开发中的重要原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。化学在意义。化学在开发海洋药物开发海洋药物方面也将发挥越来越大的方面也将发挥越来越大的作用。作用。潮汐能、波浪能等潮汐能、波浪能等也是越来越受到重视和开发也是越来越受到重视和开发的新型能源。的新型能源。第42页/共45页 海水综合利用联合工业体系一例第43页/共45页谢谢资料整理：沈君豪，秦子仪，黄妃，范玥，危俊文，焦志扬，王男靓，胡俊伟，熊志超PPT制作：舒歆婷，喻晗啸组长：舒歆婷第44页/共45页感谢您的观看！第45页/共45页