高一化學(xué)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源

第四章化學(xué)與可持續(xù)(chíxù)開展第一節(jié)?開發(fā)利用金屬礦物(kuàngwù)和海水資源?第一頁(yè)，共50頁(yè)。1學(xué)習(xí)(xuéxí)目標(biāo)

1．以金屬礦物的開發(fā)和利用為例，認(rèn)識(shí)化學(xué)方法在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的作用。2．掌握(zhǎngwò)金屬冶煉的一般原理根底及不同金屬的冶煉方法。第二頁(yè)，共50頁(yè)。2第一(dìyī)課時(shí)4.1.1?金屬(jīnshǔ)礦物的開發(fā)利用?第三頁(yè)，共50頁(yè)。3一、金屬(jīnshǔ)礦物的開發(fā)利用黃銅礦赤鐵礦鋁礦錳礦鎢礦鋅礦第四頁(yè)，共50頁(yè)。4金銀人類(rénlèi)最早發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用的金屬分別是：銅第五頁(yè)，共50頁(yè)。5思考：分析一下這是什么(shénme)原因呢？Cu2〔OH〕2CO3=====2CuO+H2O+CO2↑藍(lán)銅礦C+2CuO=====CO2+2Cu高溫(gāowēn)銅是人類(rénlèi)第一種大量使用的金屬，結(jié)束了漫長(zhǎng)的“石器時(shí)代〞.在公元前6000年到7000年左右，人類開始邁進(jìn)了象征古代文明開端的“銅器時(shí)代〞。銅鏡漢武帝時(shí)銅幣先秦刀幣第六頁(yè)，共50頁(yè)。6這是英法聯(lián)軍洗劫焚毀世界(shìjiè)建筑史上最杰出的園林——圓明園后，被劫掠到國(guó)外的珍貴文物——銅虎頭，2000年在香港被拍賣。由中國(guó)派員出高價(jià)將其贖回。記住我們的國(guó)恥：中國(guó)還有上百萬件珍貴文物流失(liúshī)海外第七頁(yè)，共50頁(yè)。7我國(guó)古代煉鐵工業(yè)長(zhǎng)期領(lǐng)先于世界，我們?cè)谖鳚h初時(shí)已經(jīng)懂得用木炭(mùtàn)與鐵礦石混合高溫冶煉生鐵，領(lǐng)先歐洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭煉鐵，而歐洲最早的英國(guó)直到500年后〔相當(dāng)于清朝乾隆末年〕，才掌握這一技術(shù)。古代中國(guó)勞動(dòng)人民(rénmín)用木炭煉鐵第八頁(yè)，共50頁(yè)。8“金屬的冶煉〞的實(shí)質(zhì)(shízhì)是什么？冶煉金屬(jīnshǔ)的實(shí)質(zhì)是用復(fù)原的方法使金屬(jīnshǔ)化合物中的金屬(jīnshǔ)離子得到電子變成金屬(jīnshǔ)原子。將金屬?gòu)钠浠衔镏袕?fù)原出來用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料的過程在工業(yè)(gōngyè)上稱為金屬的冶煉。第九頁(yè)，共50頁(yè)。9金屬(jīnshǔ)活動(dòng)性順序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金屬活動(dòng)性逐漸(zhújiàn)減弱金屬(jīnshǔ)離子的得電子能力逐漸增強(qiáng)第十頁(yè)，共50頁(yè)。101、熱分解法〔適合一些不活潑(huópo)金屬〕2HgO===2Hg+O2↑加熱2Ag2O===4Ag+O2↑加熱2、物理提取(tíqǔ)法：適用于極不活潑的金屬——Pt、Au第十一頁(yè)，共50頁(yè)。113、熱復(fù)原法〔適用(shìyòng)于大局部金屬〕CuO+H2===Cu+H2O高溫Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2↑高溫第十二頁(yè)，共50頁(yè)。12鋁熱反響(fǎnxiǎng)實(shí)驗(yàn)4－1注意觀察(guānchá)現(xiàn)象第十三頁(yè)，共50頁(yè)。13反響現(xiàn)象(xiànxiàng)：鎂條劇烈燃燒，放出大量的熱，發(fā)出耀眼的白光，紙漏斗內(nèi)劇烈反響，紙漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3高溫1、鎂條的作用(zuòyòng)是什么？2、氯酸鉀的作用(zuòyòng)是什么？鋁熱劑結(jié)論：鋁也是復(fù)原劑，在一定的條件下與某些金屬(jīnshǔ)氧化物反響，把其中的金屬(jīnshǔ)復(fù)原成單質(zhì)。所以一些活潑的金屬(jīnshǔ)也可作復(fù)原劑。問題第十四頁(yè)，共50頁(yè)。14反響現(xiàn)象：劇烈反響，發(fā)出強(qiáng)光，紙漏斗(lòudǒu)被燒穿，沙子上落有黑色鐵珠。Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3高溫(gāowēn)其它(qítā)鋁熱反響3MnO2+4Al===3Mn+2Al2O3高溫Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高溫3Co3O4+8Al===9Co+4Al2O3高溫第十五頁(yè)，共50頁(yè)。15鋁熱反響(fǎnxiǎng)的應(yīng)用

鋁熱反響的原理可以應(yīng)用在生產(chǎn)上，如用于焊接鋼軌(gāngguǐ)等。在冶金工業(yè)上也常用這一反響原理，使鋁與金屬氧化物反響，冶煉釩、鉻、錳等應(yīng)用：(1)焊接(hànjiē)鋼軌，(2)冶煉金屬。第十六頁(yè)，共50頁(yè)。16由于早期煉鋁十分困難，所以鋁的價(jià)格十分昂貴，一度超越金銀之上，直至19世紀(jì)上半葉，鋁還是歐洲許多高級(jí)(gāojí)珠寶店的高檔貨。然而自從美國(guó)青年化學(xué)家霍爾創(chuàng)造電解制鋁法后，制鋁工藝不斷改進(jìn)，現(xiàn)在人們已經(jīng)熟練掌握了從鋁土礦〔主要成分是Al2O3，當(dāng)然還是有很多其它雜質(zhì)的〕中冶煉鋁的技術(shù)了，使得(shǐde)制鋁本錢大大下降，鋁的價(jià)格也一降千丈，走入千家萬戶。Al第十七頁(yè)，共50頁(yè)。174、電解法〔適合一些非?；顫?huópo)金屬〕MgCl2(熔融)===Mg+Cl2↑電解2Al2O3(熔融)===4Al+3O2↑電解冰晶石2NaCl(熔融)===2Na+Cl2↑電解第十八頁(yè)，共50頁(yè)。18電解法在金屬活動(dòng)性順序中，鉀、鈉、鈣等幾種金屬的復(fù)原(fùyuán)性很強(qiáng)，這些金屬都很容易失去電子，因此不能用一般的方法和復(fù)原(fùyuán)劑使其從化合物中復(fù)原(fùyuán)出來，只能用通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來冶煉。陽(yáng)極(yángjí)陽(yáng)極(yángjí)陰極陰極第十九頁(yè)，共50頁(yè)。19KCaNaMgAl

ZnFeSnPb(H)Cu

HgAgPtAu電解法熱復(fù)原(fùyuán)法熱分解法物理(wùlǐ)提取法第二十頁(yè)，共50頁(yè)。20小結(jié)：〔1〕熱分解法適用于金屬活動(dòng)順序中以后的金屬冶煉或精煉?！?〕熱復(fù)原法適用于金屬活動(dòng)順序中部的金屬冶煉〔3〕電解(diànjiě)熔鹽或氧化物法選用于鉀、鈉、鈣、鋁等活潑金屬的冶煉。KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu電解法熱復(fù)原法熱分解法物理(wùlǐ)提取法第二十一頁(yè)，共50頁(yè)。21鎂在地殼中含量只有(zhǐyǒu)鋁的四分之一，而且鎂比鋁更加活潑，所以要想礦物質(zhì)中獲取鎂，代價(jià)比鋁更高。Mg海洋(hǎiyáng)中含有大量的氯化鎂，海水又咸又苦。咸是因?yàn)楹?hányǒu)氯化鈉，苦是因?yàn)楹新然V，同樣道理，粗鹽易潮解是因?yàn)槠渲泻休^多的氯化鎂，而氯化鎂易吸水。據(jù)估算，假設(shè)每年從海水中提取1億噸鎂再過一百萬年，海水中鎂的含量也只會(huì)從目前的0.13%降低到0.12%，即只減少了萬分之一?？芍^取之不盡，用之不竭。第二十二頁(yè)，共50頁(yè)。221、不同(bùtónɡ)的金屬，冶煉方法不同(bùtónɡ)+nM得電子(diànzǐ)M〔被復(fù)原(fùyuán)〕因?yàn)榻饘匐x子的得電子能力不同，所以冶煉方法不同。2、金屬活動(dòng)性順序金屬的冶煉金屬活動(dòng)順序金屬失電子能力

金屬離子的得電子主要冶煉方法K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb〔H〕、CuHg、Ag、強(qiáng)————————————→弱弱————————————→強(qiáng)電解法熱復(fù)原法熱分解法第二十三頁(yè)，共50頁(yè)。23【思考】為什么人類使用(shǐyòng)鐵器比使用(shǐyòng)銅器晚？

金屬使用(shǐyòng)的先后與金屬冶煉的難易有關(guān)。三、金屬提煉步驟：〔1〕礦石(kuàngshí)的富集、除雜；〔2〕冶煉；〔3〕精煉。第二十四頁(yè)，共50頁(yè)。244、金屬資源(zīyuán)的可持續(xù)開展回收和再利用提高金屬礦物的利用率減少(jiǎnshǎo)金屬的使用量使用其他材料代替金屬材料……第二十五頁(yè)，共50頁(yè)。25金屬的回收和資源保護(hù)第二十六頁(yè)，共50頁(yè)。26練習(xí)(liànxí)1、以下各種冶煉方法中，可以制得相應(yīng)金屬的是〔〕A、加熱氧化鋁B、加熱碳酸鈣C、電解(diànjiě)熔融氯化鈉D、氯化鈉與鋁粉高溫共熱2、根據(jù)金屬在金屬活動(dòng)順序表中的位置及性質(zhì)，推測(cè)制取以下金屬最適宜的方法：①Na②Zn③Hg④AuC電解法加熱(jiārè)復(fù)原法加熱分解法物理提取法第二十七頁(yè)，共50頁(yè)。27第二(dìèr)課時(shí)4.1.2?海水資源(zīyuán)的開發(fā)利用?第二十八頁(yè)，共50頁(yè)。28二、海水資源(zīyuán)的開發(fā)利用P82二、海水資源(zīyuán)的開發(fā)利用學(xué)習(xí)目標(biāo)：及化學(xué)在其中(qízhōng)可以發(fā)揮的作用。2.掌握從海水中提取碘、溴、鎂等化工產(chǎn)品原理及方法。第二十九頁(yè)，共50頁(yè)。29從太空(tàikōng)觀察地球，看到地球上有七片陸地“漂浮〞在一大片藍(lán)色的海洋之中是“歷史留給人類的資源(zīyuán)儲(chǔ)藏〞海洋(hǎiyáng)是美麗的，也是富饒的第三十頁(yè)，共50頁(yè)。30海洋生物(hǎiyángshēngwù)資源第三十一頁(yè)，共50頁(yè)。31含80多種元素(yuánsù)，以氫、氧、氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀等較多。被稱為“元素(yuánsù)的故土〞。海水中鈾多達(dá)45億噸是陸地(lùdì)鈾礦儲(chǔ)量的4500倍。氘有50億噸足夠人類用上千萬年海水中的化學(xué)(huàxué)資源第三十二頁(yè)，共50頁(yè)。32海洋(hǎiyáng)中的礦產(chǎn)資源第三十三頁(yè)，共50頁(yè)。33海水綜合利用(zōnghélìyòng)的重要方向海水綜合利用的重要方向是：海水淡化同化工生產(chǎn)結(jié)合、同能源技術(shù)結(jié)合。如從海水中制得的氯化鈉除食用外，還用作工業(yè)原料，如生產(chǎn)燒堿、純堿、金屬鈉以及氯氣、鹽酸、漂白粉等含氯化工產(chǎn)品。從海水中制取鎂、鉀、溴及其化工產(chǎn)品，是在傳統(tǒng)制鹽工業(yè)上的開展。從海水中獲得其他物質(zhì)和能量具有廣闊的前景。例如，鈾和重水目前是核能(hénéng)開發(fā)中的重要原料，從海水中提取鈾和重水對(duì)一個(gè)國(guó)家來說具有戰(zhàn)略意義?；瘜W(xué)在開發(fā)海洋藥物方面也將發(fā)揮越來越大的作用。潮汐能、波浪能等也是越來越受到重視和開發(fā)的新型能源。第三十四頁(yè)，共50頁(yè)。341、海水資源(zīyuán)的廣泛性：海洋約占地球外表積71%海洋中的資源：動(dòng)物:〔魚類、海獅、海馬、貝類………植物:〔海草、海帶…………礦物:〔各種鹽、NaCl、MgCl2……….海底金屬結(jié)核(jiéhé)礦、石油水:〔水資源及各種溶解的鹽類第三十五頁(yè)，共50頁(yè)。35109億噸占地球總水量97%〔3%在陸地、淡水(dànshuǐ)〕海水中除了水以外，還含有80多種元素，有的含量很大〔如NaCl〕有的含量很少〔如Au〕第三十六頁(yè)，共50頁(yè)。362、海水資源(zīyuán)的多樣性：海水中溶解和懸浮大量的無機(jī)物和有機(jī)物按含量(hánliàng)計(jì)：含O、H及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共13種元素的質(zhì)量占總水量的99%，其余1%為70多種含量(hánliàng)微少的元素。第三十七頁(yè)，共50頁(yè)。373、海水資源(zīyuán)的分散性：海水因?yàn)?yīnwèi)量太大、面太廣，大多數(shù)元素盡管總量很大但由于太分散，含量極微少如：海水中金元素總含量約為50000000t〔5千萬噸〕但一頓海水中只含金元素0.000004g〔10億分之四克〕〔百分之0.000004克〕第三十八頁(yè)，共50頁(yè)。384、海水資源(zīyuán)的利用：主要(zhǔyào)有：1.海水的淡化〔咸水淡水〕2.直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻〔作冷卻用水〕第三十九頁(yè)，共50頁(yè)。395、海水的淡化(dànhuà)：〔1〕海水淡化的途徑:從海水中提取淡水從海水中別離出鹽〔2〕海水淡化的方法:蒸餾法〔最先使用，技術(shù)成熟，但本錢高〕電滲析法〔本錢低，但未能大量生產(chǎn)〕離子交換(lízǐjiāohuàn)法〔目前正迅速開展，但需要不斷更新離子交換(lízǐjiāohuàn)樹脂〕第四十頁(yè)，共50頁(yè)。40蒸餾(zhēngliú)法所用的裝置及原理原理(yuánlǐ)：加熱到水的沸點(diǎn)，使水汽化變成水蒸氣，再冷凝得淡水。注意：圖4-3海水蒸餾原理(yuánlǐ)示意圖進(jìn)冷卻水出第四十一頁(yè)，共50頁(yè)。41圖4-4太陽(yáng)能蒸發(fā)(zhēngfā)原理示意圖第四十二頁(yè)，共50頁(yè)。426、海水的綜合利用(zōnghélìyòng)〔1〕海水制鹽——生產(chǎn)(shēngchǎn)NaCl〔2〕NaCl的水溶液制NaOH〔3〕制金屬Na〔4〕制Na2CO32NaOH+CO2=Na2CO3+H2O2NaCl+2H2O電解(diànjiě)H2+Cl2+2NaOH2NaCl〔熔融〕電解2Na+Cl2第四十三頁(yè)，共50頁(yè)。43〔5〕從海水中制金屬鎂海水蒸發(fā)(zhēngfā)

MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+H2O

MgCl2通電(tōngdiàn)Mg+Cl2粗鹽水、重結(jié)晶精鹽(jīngyán)母液Mg(OH)2

鹽酸、濃縮MgCl2?H2O

脫水

MgCl2

電解Mg貝殼煅燒CaO水石灰乳第四十四頁(yè)，共50頁(yè)。44引入海水貝殼(bèiké)〔CaCO3)過濾網(wǎng)工業(yè)(gōngyè)制鎂流程沉降(chénjiàng)池過濾槽Mg(O