1、第第 四四 章章化学与自然资源的开发利用化学与自然资源的开发利用第第 一一 节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 我国我国2121世纪初可持续发展的总体目标是：世纪初可持续发展的总体目标是：可持可持续发展能力不断增强，经济结构调整取得显著续发展能力不断增强，经济结构调整取得显著成效，人口总量得到有效控制，生态环境明显成效，人口总量得到有效控制，生态环境明显改善，资源利用率显著提高，促进人与自然的改善，资源利用率显著提高，促进人与自然的和谐，推动整个社会走上生产发展、生活富裕、和谐，推动整个社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明
2、发展道路。生态良好的文明发展道路。自然资源与可持续发展自然资源与可持续发展 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石的富集矿石的富集合适的冶合适的冶炼方法炼方法如何精炼如何精炼+nM矿石中的金属是矿石中的金属是:分析分析:得得电子电子,被还原被还原化合态化合态M0K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt AuK 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K
3、 Ca Na Mg AlK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg AgHg Ag Pt AuPt Au金属活动性不同，还原方法金属活动性不同，还原方法一样一样吗？吗？p88p88（1）热分解法）热分解法:适用于金属活动性顺序适用于金属活动性顺序表中表中氢以后氢以后的金属冶炼。的金属冶炼。Hg AgHg Ag（2）热还原法）热还原法:适用于金属活动性顺序适用于金属活动性顺序表表中部中部的金属冶炼的金属冶炼 Zn Fe Sn Pb(H)CuZn Fe Sn Pb(H)Cu（3）电解法）电解法:适用于钾、钠、钙、铝等适用于钾、钠、钙、铝等活
4、泼金属活泼金属的冶炼。的冶炼。K Ca Na Mg AlK Ca Na Mg Al (4)物理提取法物理提取法：适用于：适用于极不活泼极不活泼的金的金属属的冶炼。的冶炼。Pt Au Pt Au zxxkzxxk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，位于在金属活动性顺序表中，位于氢氢后面的后面的某些金属的某些金属的氧化物氧化物受热就能分解。受热就能分解。冶炼方法的选择冶炼方法的选择原则原则:2Ag2Ag2 2O=4Ag+OO=4Ag+O2 22HgO=2Hg+O2HgO=
5、2Hg+O2 2高温高温FeFe2 2O O3 3+3CO =2Fe+3CO+3CO =2Fe+3CO2 22.2.热还原法热还原法 多数金属的冶炼过程属于热还原法多数金属的冶炼过程属于热还原法 常用的还原剂有常用的还原剂有焦炭、焦炭、一氧化碳一氧化碳、氢气氢气 和和活泼金属活泼金属等等WOWO3 3+3 H+3 H2 2 =W+3H=W+3H2 2O O高温高温FeFe2 2O O3 3+2 Al=2Fe+Al+2 Al=2Fe+Al2 2O O3 3高温高温MgO+CMgO+C =Mg+CO=Mg+CO高温高温3 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
6、、钠、钙、铝等几种金属的金属的还原性还原性很强很强，这些金属都很容易失去电，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，而合物中还原出来，而只能只能用用通电分解其通电分解其熔融盐熔融盐或或氧化物氧化物的方法来冶炼。的方法来冶炼。学科网学科网2Al2Al2 2O O3 3(熔融熔融)=4Al+3O)=4Al+3O2 2 电解电解冰晶石冰晶石2NaCl(2NaCl(熔融熔融)=2Na+Cl)=2Na+Cl2 2电解电解MgClMgCl2 2(熔融熔融)=Mg+Cl)=Mg+Cl2 2 电解电解K Ca Na Mg Al Zn
7、 Fe Sn PbK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H H）Cu Hg AgCu Hg Ag电解法电解法热还原法热还原法不同金属冶炼方法的选择不同金属冶炼方法的选择K Ca Na Mg AlK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn PbZn Fe Sn Pb（H H）CuCu Hg AgHg Ag 同种同种金属可以有金属可以有不同不同的冶炼方法的冶炼方法:如如 Mg Mg 既既可用可用还原法还原法,也可用也可用电解法电解法,根据其不同用途根据其不同用途选择不同的冶炼方法。选择不同的冶炼方法。活泼活泼 中等活泼中等活泼 不活泼不活泼（C C、COCO、H H2 2、AlAl
8、等）等）（氧化物、氯化物）（氧化物、氯化物）（氧化物）（氧化物）练练 习习1.下列各组金属下列各组金属最最适合适合用用 H H2 2 或或 CO CO 把它把它 从化合物中还原出来的是从化合物中还原出来的是 A.CaA.Ca、Mg B.AlMg B.Al、Fe Fe C.Fe C.Fe、Cu D.HgCu D.Hg、Ag Ag 2.列金属氧化物不能用焦炭还原的是列金属氧化物不能用焦炭还原的是 解题思路解题思路:碳的还原性一般介于碳的还原性一般介于A1A1Zn Zn 之间之间，故一般比碳还原性强的金属，不能用碳还原。故一般比碳还原性强的金属，不能用碳还原。A.CaO B.AgA.CaO B.Ag
9、2 2O C.CuO D.FeO C.CuO D.Fe2 2O O3 3CA A3 3、下列各种冶炼方法中，可以制得相应金属、下列各种冶炼方法中，可以制得相应金属 的是（的是（）A A、加热氧化铝、加热氧化铝 B B、加热碳酸钙、加热碳酸钙 C C、电解熔融氯化钠、电解熔融氯化钠 D D、氯化钠与铝粉高温共热、氯化钠与铝粉高温共热 组组.卷卷.网网4 4、根据金属在金属活动顺序表中的位置、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：及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：NaNa Zn Zn Hg Hg Au 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
10、提取法物理提取法实验实验4 41 1铝热反应铝热反应p891 1、镁条镁条的作用是什么？的作用是什么？2 2、氯酸钾氯酸钾的作用是什么？的作用是什么？问题问题引燃剂引燃剂反应现象：镁镁条条剧剧烈烈燃燃烧烧，放放出出大大量量的的热热，发发出出耀耀眼眼的的白白光光，纸纸漏漏斗斗内内剧剧烈烈反反应应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。FeFe2 2O O3 3+2Al=2Fe+Al+2Al=2Fe+Al2 2O O3 3高温高温铝热剂铝热剂反应现象反应现象：剧烈反应，发出强光，纸漏：剧烈反应，发出强光，纸漏 斗被烧穿，沙子上落有黑色铁珠。斗被烧穿，沙子上落有黑色铁珠。结
11、论结论：铝是铝是常用常用的的还原剂还原剂，在一定的条件下与某，在一定的条件下与某些金属氧化物反应，把其中的金属些金属氧化物反应，把其中的金属还原还原成成单质单质。FeFe2 2O O3 3+2Al=2Fe+Al+2Al=2Fe+Al2 2O O3 3高温高温其它铝热反应其它铝热反应 高温高温3Co3Co3 3O O4 4+8Al=9Co+4Al+8Al=9Co+4Al2 2O O3 33MnO3MnO2 2+4Al=3Mn+2Al+4Al=3Mn+2Al2 2O O3 3高温高温CrCr2 2O O3 3+2Al=2Cr+Al+2Al=2Cr+Al2 2O O3 3高温高温铝热反应的应用铝热反
12、应的应用铝热反应的原铝热反应的原理可以应用在生产理可以应用在生产上，如用于上，如用于焊接钢焊接钢轨轨等。在冶金工业等。在冶金工业上也常用这一反应上也常用这一反应原理，使铝与金属原理，使铝与金属氧化物反应，氧化物反应，冶炼冶炼钒、铬、锰钒、铬、锰等等等等高高熔点熔点金属金属K Ca Na MgK Ca Na Mg AlAlZn Fe Sn Pb(H)Cu Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg AgHg AgPt AuPt Au 电解法电解法热还原法热还原法热分热分解法解法 物理物理提取法提取法（C C、COCO、H H2 2、AlAl等）等）不同金属冶炼方法的选择归纳：不同金属冶炼方法的选择归
13、纳：金属的回收和资源保护金属的回收和资源保护 p89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。二、海水资源的开发利用二、海水资源的开发利用 从太空观察地球，看到地球上有七片从太空观察地球，看到地球上有七片陆地陆地“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是“历史留给人人类类的资源储备”海洋是美丽的，海洋是美丽的，也是富饶的也是富饶的 海洋生物资源海洋生物资源含含80多种元素，以氢、氧、多种元素，以氢、氧、氯、钠、镁、硫、钙、钾等氯、钠、镁、硫、钙、钾等较多。被称为较多。被称为“元素的故乡元
14、素的故乡”。海水中铀多达海水中铀多达45亿吨是亿吨是已知陆地铀矿储量的已知陆地铀矿储量的4500倍。氘有倍。氘有50亿吨足亿吨足够人类用上千万年够人类用上千万年海水中的化学资源海水中的化学资源海洋中的矿产资源海洋中的矿产资源海水资源的广泛性海水资源的广泛性：海洋约占地球表面积海洋约占地球表面积71%71%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、NaClNaCl、MgClMgCl2 2 .海底金属结核矿、石油海底金属结核矿、石油（水资源及各种溶解的盐类（水资源及各种溶解的盐类)u海水中的水
15、海水中的水1.31.310109 9 亿亿吨吨 u占地球总水量占地球总水量97%97%（3%3%在陆地、淡水）在陆地、淡水）u海水中除了水以外，还含有海水中除了水以外，还含有8080多种元素，多种元素，有的含量很大（如有的含量很大（如NaCl NaCl）有的含量很少）有的含量很少（如（如AuAu）海水资源的多样性海水资源的多样性：海水中溶解和悬浮大量的无机物和有机物海水中溶解和悬浮大量的无机物和有机物 按含量计：含按含量计：含O O、H H 及及 ClCl、NaNa、S S、C C、F F、B B、BrBr、SrSr共共1313种元素的质量占总水量的种元素的质量占总水量的 99%99%，其余，
16、其余1%1%为为7070多种含量微少的元素。多种含量微少的元素。海水资源的分散性：海水资源的分散性：海水因为量太大、面太广，大多数元素尽管海水因为量太大、面太广，大多数元素尽管量很大但由于太分散量很大但由于太分散 ，含量极微少，含量极微少如：海水中金元素总含量约为如：海水中金元素总含量约为50000000t50000000t（5 5千千 万吨）但一顿海水中只含金元素万吨）但一顿海水中只含金元素0.000004g0.000004g（1010亿分之四克）亿分之四克）（百分之（百分之0.0000040.000004克）克）海水综合利用的重要方向海水综合利用的重要方向海水综合利用的重要方向是：海水综合
17、利用的重要方向是：海水淡化同海水淡化同化工生产结合、同能源技术结合化工生产结合、同能源技术结合。如从海水中。如从海水中制得的制得的氯化钠氯化钠除食用外，还用作工业原料，如除食用外，还用作工业原料，如生产生产烧碱烧碱、纯碱纯碱、金属钠金属钠以及以及氯气、盐酸氯气、盐酸、漂漂白粉白粉等含氯化工产品。从海水中制取等含氯化工产品。从海水中制取镁、钾镁、钾、溴溴及其化工产品，是在传统制盐工业上的发展。及其化工产品，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
18、，从海水中提取铀和重水对一个国家来说具有战从海水中提取铀和重水对一个国家来说具有战略意义。化学在开发略意义。化学在开发海洋药物海洋药物方面也将发挥越方面也将发挥越来越大的作用。来越大的作用。潮汐能、波浪能潮汐能、波浪能等也是越来越等也是越来越受到重视和开发的新型能源。受到重视和开发的新型能源。海水资源的利用：海水资源的利用：主要有：主要有：u1.1.海水中水资源的利用海水中水资源的利用 海水的淡化（咸水海水的淡化（咸水 淡水）淡水）u2.2.直接利用海水进行循环冷却（作冷却直接利用海水进行循环冷却（作冷却 用水）用水）海水的淡化：海水的淡化：（1 1）海水淡化的途径）海水淡化的途径:从海水中从
19、海水中提取淡水提取淡水从海水中从海水中分离出盐分离出盐 （2 2）海水淡化的方法）海水淡化的方法:p90:p90蒸蒸 馏馏 法法（最先使用，技术成熟，但成（最先使用，技术成熟，但成 本高）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（目前正迅速发展，但需要 不断更新离子交换树脂）不断更新离子交换树脂）蒸馏法所用的装置及原理蒸馏法所用的装置及原理 原理原理：加热到加热到水水的的沸沸点点,使水汽化变使水汽化变成成水蒸气水蒸气，再，再冷凝冷凝得得淡淡水。水。进进冷却水冷却水 出出煮海为盐海水海水浓缩浓缩过滤过滤HClHCl溶液
20、，适量溶液，适量蒸发结晶蒸发结晶NaOHNaOH溶液、溶液、BaClBaCl2 2溶液、溶液、NaNa2 2COCO3 3溶液溶液过量过量食食盐盐的的提提取取海水的综合利用海水的综合利用u（1 1）海水制盐）海水制盐生产生产 NaClNaCl u（2 2）NaClNaCl的水溶液制的水溶液制 NaOHNaOH u（3 3）制金属）制金属 NaNau（4 4）制）制 NaNa2 2COCO3 32 NaOH+CO2 NaOH+CO2 2 =Na=Na2 2COCO3 3+H+H2 2O O 2NaCl2NaCl（熔融）（熔融）=2Na+Cl=2Na+Cl2 2电解电解2NaCl+2H2NaCl+
21、2H2 2O=HO=H2 2+Cl+Cl2 2+2NaOH+2NaOH电解电解海水海水蒸发蒸发粗粗盐盐 水、重结晶水、重结晶 精精盐盐母液母液Mg(OH)Mg(OH)2 2 MgCl MgCl2 2+Ca(OH)+Ca(OH)2 2=Mg(OH)=Mg(OH)2 2+CaCl+CaCl2 2从海水中制金属从海水中制金属镁镁 Mg(OH)Mg(OH)2 2+2HCl=MgCl+2HCl=MgCl2 2+H+H2 2O O MgCl MgCl2 2(熔融熔融)=Mg+Cl)=Mg+Cl2 2 通电通电盐酸、浓缩盐酸、浓缩 MgClMgCl2 2 H H2 2O O 脱水脱水 MgClMgCl2 2
22、 电解电解 MgMg石灰乳石灰乳 CaO CaO 贝壳贝壳水水煅烧煅烧海水中提取溴的实验海水中提取溴的实验实验方法：实验方法：（1 1）用蒸馏法将海水）用蒸馏法将海水浓缩浓缩。用硫酸将浓缩的。用硫酸将浓缩的 海水酸化。海水酸化。（2 2）向酸化的海水中通入适量的）向酸化的海水中通入适量的氯气氯气，使溴，使溴 离子转化为离子转化为溴单质溴单质。（3 3）向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸）向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸 气，将溴单质气，将溴单质吹入吹入盛有盛有二氧化硫二氧化硫溶液的溶液的 吸收塔内。转化为吸收塔内。转化为氢溴酸氢溴酸（4 4）向吸收塔中溶液内通入适量的）向吸收塔中溶液内通入适
23、量的氯气氯气。最。最 后经蒸馏可得后经蒸馏可得液溴液溴 (用用CClCCl4 4萃取萃取)海水中提取溴实验的方程式海水中提取溴实验的方程式2NaBr+Cl2NaBr+Cl2 2=Br=Br2 2+2NaCl+2NaCl 上面置换反应得到的上面置换反应得到的 BrBr2 2 的浓度的浓度很很低低，难以收集，用空气，难以收集，用空气吹出吹出 BrBr2 2 后后用用 SOSO2 2 吸收吸收，使溴得到，使溴得到富集富集，BrBr2 2+SO+SO2 2+2H+2H2 2O=2HBr+HO=2HBr+H2 2SOSO4 42HBr+Cl2HBr+Cl2 2=Br=Br2 2+2HCl+2HCl如何证
24、明海带中存在如何证明海带中存在碘碘元素元素?实验4-2（一）实验方法：（一）实验方法：（1 1）称取）称取3g3g干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净 （不要用水洗，有不要用水洗，有 I I-）。）。将海带剪碎，用酒精润将海带剪碎，用酒精润 湿（湿（便于灼烧便于灼烧）后，放在坩埚中。）后，放在坩埚中。（2 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 3）将海带灰转移到小烧杯中，向烧杯中加入）将海带灰转移到小烧杯中，向烧杯中加入10ml10ml蒸馏蒸馏 水，搅拌，煮沸水
25、，搅拌，煮沸2min2min3min3min，使可溶物溶解，过滤。，使可溶物溶解，过滤。（4 4）向滤液中滴入几滴）向滤液中滴入几滴硫酸硫酸，再加入约，再加入约1ml 1ml H H2 2O O2 2溶液，溶液，观察现象。取少量上述滤液，滴加几滴观察现象。取少量上述滤液，滴加几滴淀粉淀粉溶液，溶液，观察现象。观察现象。(二二)实验现象：实验现象：加入加入H H2 2O O2 2溶液后，溶液颜色变为溶液后，溶液颜色变为深黄深黄色；加入色；加入淀粉淀粉溶液后，溶液又变为溶液后，溶液又变为深蓝色深蓝色。(三三)化学方程式：化学方程式：2KI+H2KI+H2 2O O2 2+H+H2 2SOSO4 4
26、=I=I2 2+K+K2 2SOSO4 4+2H+2H2 2O O 海水综合利用联合工业体系一例海水综合利用联合工业体系一例 p92p92 由于镁很活泼，是还原性很强的金由于镁很活泼，是还原性很强的金属，所以加热时能与许多气体物质反应。属，所以加热时能与许多气体物质反应。如空气、二氧化碳、氮气等，但不与氢如空气、二氧化碳、氮气等，但不与氢气和稀有气体反应。气和稀有气体反应。练练 习习1.1.镁粉是焰火、闪光粉中不可缺少的原料镁粉是焰火、闪光粉中不可缺少的原料,工业工业制造镁粉是镁蒸气在气体中冷却制造镁粉是镁蒸气在气体中冷却,下列可做冷下列可做冷却剂的是却剂的是(1)(1)空气空气 (2)(2)
27、COCO2 2(3)Ar(4)H(3)Ar(4)H2 2(5)N(5)N2 2 A A.(1)(2).(1)(2)B B.(2)(3).(2)(3)C C.(3)(4).(3)(4)D D.(4)(5).(4)(5)C C2.下列叙述中所描述的物质一定是金属元下列叙述中所描述的物质一定是金属元 素的是素的是 A A易失去电子的物易失去电子的物 B B原子最外层只有一个电子的元素原子最外层只有一个电子的元素 C C单质具有金属光泽的元素单质具有金属光泽的元素 D D第三周期中，原子的最外层上只有第三周期中，原子的最外层上只有 2 2个电子的元素个电子的元素D D3.3.铝加入下列物质中会产生气体
28、的是铝加入下列物质中会产生气体的是A A熔融熔融NaOHNaOH B BKOHKOH溶液溶液C CNaNa2 2O O2 2 固体固体 D DNaNa2 2O O2 2和水和水4.4.铝热剂中铝的作用是铝热剂中铝的作用是 A A催化剂催化剂 B B氧化剂氧化剂 C C还原剂还原剂 D D填充剂填充剂B DB DC C5.5.下列冶炼金属的反应，一定是置换反应下列冶炼金属的反应，一定是置换反应 的是的是 A A热分解法热分解法 B B电解法电解法 C C铝热法炼铁铝热法炼铁 D D高炉炼铁高炉炼铁 C C6.6.下下列说法中不正确的是列说法中不正确的是 A A金属的冶炼原理，就是利用氧化还原反应
29、金属的冶炼原理，就是利用氧化还原反应 原理，用还原剂在一定条件下将金属从矿原理，用还原剂在一定条件下将金属从矿 石中还原出来石中还原出来 B B冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂 C C金属由化合态变为游离态，都是被还原金属由化合态变为游离态，都是被还原 D D金属单质被发现和应用得越早，其活动性一金属单质被发现和应用得越早，其活动性一 般较弱般较弱A B A B 7.7.下列冶炼金属的反应，一定是分解反应下列冶炼金属的反应，一定是分解反应 的是（的是（）A A热分解法热分解法 B B电解法电解法 C C铝热法炼铁铝热法炼铁 D D高炉炼铁高炉炼铁 A
30、 B A B8.8.列金属冶炼方法与其他三种不同的是列金属冶炼方法与其他三种不同的是 A AFe BFe BK CK CMg DMg DAlAl A A9.9.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10.10.下列哪种方法不能实现海水的淡化下列哪种方法不能实现海水的淡化 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 B B D D11.11.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12.12.用用 H H2 2 做还原剂和用金属做还原剂相比做还原剂和用金属做还原剂相比 较，所得金属的纯度较，所得金属的纯度 A A用用 H H2 2 高高 B B用金属的高用金属的高 C.C.二者相同二者相同 D D无法比较无法比较 用用 H H2 2 还原的产物是金属和水，水受热还原的产物是金属和水，水受热挥发，只得到金属；用金属还原所得的是挥发，只得到金属；用金属还原所得的是混合物（金属与金属的化合物）。混合物（金属与金属的化合物）。B CB C A A
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