开发利用金属矿物和海水资源1

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1、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 第四章第四章 化学与自然资源的开发利用化学与自然资源的开发利用一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用你能说出几种常见的金属单质及其在自然界中的存在形式吗？思考：思考：极少数化学性质不活泼的金属，在自然界极少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态存在，如金、铂、铜、银；化学中能以游离态存在，如金、铂、铜、银；化学性质比较活泼的金属，在自然界中以化合态存性质比较活泼的金属，在自然界中以化合态存在。大多数金属在自然界中是以化合态存在的，在。大多数金属在自然界中是以化合态存在的，如铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。如铝以铝土矿形式

2、存在，铁以铁矿石形式存在。1、冶炼金属的方法、冶炼金属的方法a a、热分解法、热分解法（对于不活泼金属，可以直接用对于不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来来 ）2HgO =2Hg+O2 加热加热2Ag2O =4Ag+O2 加热加热b、电解法（适合一、电解法（适合一些非常活泼金属些非常活泼金属）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c、热还原法在金属活动性顺序表中处于中间、热还原法在金属活动性顺序表中处于中间位置的金

3、属，通常是用还原剂（位置的金属，通常是用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来 写出符合上述条件的几个方程式Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 高温高温CuO+H2=Cu+H2O高温高温ZnO+C=Zn+CO 高温高温Fe+CuSO4=FeSO4+CuFe2O3+2Al=2Fe+Al2O3 高温高温铝热反应 注意观察演示实验现象注意观察演示实验现象反应现象：反应现象：镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的光芒。镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的光芒。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，除去外层

4、熔渣，可以发现落下熔融物冷却后，除去外层熔渣，可以发现落下的是铁珠。的是铁珠。Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3高温高温其它铝热反应其它铝热反应 3MnO2+4Al=3Mn+2Al2O3高温高温Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3高温高温3Co3O4+8Al=9Co+4Al2O3高温高温 铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨等。在冶金工业上也常用于接钢轨等。在冶金工业上也常用于冶炼高熔点金冶炼高熔点金属属，如冶炼钒、铬、锰等，如冶炼钒、铬、锰等铝铝热热反反应应的的应应用用小结：结合金属活动顺序表思考不同金属的冶炼方法电解法 热还原法 热分

5、解法K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn PbK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H H）Cu Hg Cu Hg AgAg 思考：思考：为什么人类使用铁器比使用铜器晚？金属使用的先后与金属冶炼的难易有关金属使用的先后与金属冶炼的难易有关 2、金属的冶炼的步骤：、金属的冶炼的步骤：矿石的富集、冶炼、精炼矿石的富集、冶炼、精炼3、金属的回收和资源保护、金属的回收和资源保护 回收金属的意义：回收金属的意义：（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）减少环境污染环境污染回收金属的实例回收金属的实例（1 1）废旧钢铁用于炼钢；（）

6、废旧钢铁用于炼钢；（2 2）废铁屑用于制铁）废铁屑用于制铁盐；（盐；（3 3）定影液用于回收银）定影液用于回收银二、海水资源的开发利用二、海水资源的开发利用海洋水资源海洋水资源：海水中水的储量约为海水中水的储量约为1.31.310 109 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，海洋资源中，利用潜力最大多种，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，在海水中已找到多种，其中多多种化学元素，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，

7、镁约种可供提取。如，氯化钠（即食盐）有亿亿吨，镁约有万亿吨，钾有万亿吨，溴约有万有万亿吨，钾有万亿吨，溴约有万亿吨，核燃料约亿吨亿吨。亿吨，核燃料约亿吨亿吨。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。亿吨。通常只要每平方米有通常只要每平方米有5 5的矿物。的矿物。锰结核、可燃冰、锰结核、可燃冰、砂和砾石，用于冶金、燃料、建筑、石英砂用制玻砂和砾石，用于冶金、燃料、建筑、石英砂用制玻璃等。璃等。空间资源空间资源：海洋可利用空间包括海上、海中、海底三个海洋可利用空间包括海上、海中、海底三个部分。海洋空间利用已从传统的交通运输扩大到生产、部分。海洋空间利用

8、已从传统的交通运输扩大到生产、通信、电力输送、储藏、文化娱乐等诸多领域。通信、电力输送、储藏、文化娱乐等诸多领域。我国拥我国拥有有1800018000公里的大陆海岸线，管辖的海域面积近公里的大陆海岸线，管辖的海域面积近300300万平方万平方公里。公里。能源能源：海水运动中蕴藏着巨大的能量，包括潮汐能资源、海水运动中蕴藏着巨大的能量，包括潮汐能资源、波浪能资源、海流能资源、温差和盐差能资源、海上水波浪能资源、海流能资源、温差和盐差能资源、海上水能资源，它们都属于可再生能源，而且没有污染。能资源，它们都属于可再生能源，而且没有污染。生物资源生物资源：由鱼、虾、贝、藻等组成的海洋生物资源，由鱼、虾

9、、贝、藻等组成的海洋生物资源，除了直接捕捞供食用和药用外，通过养殖、增殖等途径除了直接捕捞供食用和药用外，通过养殖、增殖等途径还可实现可持续利用。还可实现可持续利用。海洋生物品种繁多，我国就有海洋生物品种繁多，我国就有2027820278种，其中入药的有种，其中入药的有700700种。种。1、海水水资源的利用、海水水资源的利用海水中水资源的利用：海水中水资源的利用：主要包括海水的淡主要包括海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却。通过从化和直接利用海水进行循环冷却。通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，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。都可以达到淡化海水的目的。

10、海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。2、海水化学资源的利用、海水化学资源的利用a、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。b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。盐田法制得的盐田法制得的粗盐中含较多的氯化镁粗盐中含较多的氯化镁和氯化钙及泥沙，和氯化钙及泥沙，请设计实验室除去请设计实验室

11、除去NaCl中混有的泥沙、中混有的泥沙、Ca2+、Mg2+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：思考：(2)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

12、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+Cl2=Br2+2NaCl2NaBr+Cl2=Br2+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+Cl2=2HCl+Br2HBr+Cl2=2HCl+Br2 2

13、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。用再萃取出来。用H H2 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(3)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 含碘单质的含碘单质的有机溶液有机溶液含碘单质含碘单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 1）称取）称取3g3

14、g干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净（不要干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净（不要用水洗，有用水洗，有I I-）。）。将海带剪碎，用酒精润湿（便于灼烧）后，将海带剪碎，用酒精润湿（便于灼烧）后，放在坩埚中。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，停止加）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。热，冷却。（3 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10ml10ml蒸馏水，蒸馏水，搅拌，煮沸搅拌，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

15、稀硫酸，再加入约）向滤液中滴入几滴稀硫酸，再加入约1ml H1ml H2 2O O2 2溶液，观察现溶液，观察现象。象。（5 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。3.3.海水综合利用联合工业体系一例（如下图）海水综合利用联合工业体系一例（如下图）课堂练习 海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：海水的综合利用可以制备金属镁，其

16、流程如下图所示：（1）若在空气中加热MgCl26H2O，生成的是Mg(OH)Cl或MgO，写出相应反应的化学方程式 。用电解法制取金属镁时，需要无水氯化镁。在干燥的HCl气流中加热MgCl26H2O时，能得到无水MgCl2，其原因是：MgClMgCl2 26H6H2 2O=Mg(OH)Cl+HCl+5HO=Mg(OH)Cl+HCl+5H2 2OO 在干燥的在干燥的HClHCl气流中，抑制了气流中，抑制了MgClMgCl2 2水解，且带走水解，且带走MgClMgCl2 26H6H2 2O O受热产生的水气，故能得到无水受热产生的水气，故能得到无水MgClMgCl2 2 MgClMgCl2 26H

17、6H2 2O=MgO+HCl+5HO=MgO+HCl+5H2 2OO（2 2）Mg(OH)Mg(OH)2 2沉淀中混有的沉淀中混有的Ca(OH)Ca(OH)2 2应怎样除去？写出实应怎样除去？写出实验步骤。验步骤。加入加入MgCl2MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤。溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤。（3 3）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的：在这三种情况下使用玻璃棒的目的：溶解溶解过滤过滤蒸蒸发发搅拌，

18、加速溶解搅拌，加速溶解 使待滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外洒使待滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外洒 搅拌，防止因局部过热液滴或晶体飞溅搅拌，防止因局部过热液滴或晶体飞溅 (4)(4)获得获得HClHCl的反应为的反应为2CH2CH4 4+O+O2 2+4Cl+4Cl2 2=2CO+8HCl(=2CO+8HCl(不考虑其他不考虑其他反应反应)。事实上，生产中。事实上，生产中HClHCl一直在循环使用。试从理论上分析是一直在循环使用。试从理论上分析是否需要补充否需要补充HClHCl，简要说明理由，简要说明理由 不需要补充不需要补充HClHCl,因为因为ClCl2 22HCl2HClMg(OH)Mg(OH)2 2MgClMgCl2 2ClCl2 2；依氯元素；依氯元素守恒可以看出理论上不要补充守恒可以看出理论上不要补充HClHCl。