开发利用金属矿物和海水资源

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1、第四章第四章 化学与可持续发展化学与可持续发展 第一节第一节 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 人类最早发现和应用的金属人类最早发现和应用的金属C+2CuO =CO2 +2Cu高温高温 铜是人类第一种大量使用的金属，结束了铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的漫长的“石器时代石器时代”。铜铜 镜镜汉武帝时铜币汉武帝时铜币先秦刀币先秦刀币 在公元前在公元前6000年到年到7000年左右，人年左右，人类开始迈进了象征古代文明开端的类开始迈进了象征古代文明开端的“铜器时代铜器时代”。资料卡片资料卡片Cu2(OH)2CO3 2CuO +H2O +CO2 孔雀石孔雀石 人类最早是

2、在由天而降的陨石中获得单质人类最早是在由天而降的陨石中获得单质铁的，陨石中含铁量高达铁的，陨石中含铁量高达90%以上。以上。古代阿拉伯人曾传说古代阿拉伯人曾传说“天上的金雨落进沙漠里天上的金雨落进沙漠里变成了黑色的铁变成了黑色的铁”。济济 南南 陨陨 铁铁新新 疆疆 陨陨 铁铁南极洲陨铁南极洲陨铁一、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：除了除了金、铂金、铂等极少数金属外，绝大多等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界数金属以化合物的形式存在于自然界。是用还原的方法使金属化合是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金物中的金属

3、离子得到电子变成金属原子。属原子。n+M得电子得电子M（被还原）（被还原）2 2、金属的冶炼、金属的冶炼电解槽电解槽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: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：为什么工业上铁和铝的冶炼方法不同？为什么工业上铁和铝的冶炼方法不同？Fe2O33CO 2Fe3CO2 高温高温2Al2O3(熔融熔融)4Al 3O2 电解电解 冰晶石冰晶石电解法电解法还原法还原法金属越活泼，越难冶炼金属越活泼，越难冶炼（1）电解法）电解法MgCl2(熔融熔融)Mg Cl

4、2 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（适合一些非常活泼金属（Zn前金属）前金属）3 3、金属冶炼的方法举例、金属冶炼的方法举例（2）热分解法）热分解法2HgO 2Hg O2 加热加热2Ag2O 4AgO2 加热加热适合一些不活泼金属（一般是适合一些不活泼金属（一般是H后的金属）后的金属）（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）Fe2O33CO 2Fe3CO2 高温高温2CuO +C 2

5、Cu+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（4 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属的金属Pt、Au电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法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弱弱强强实验实验41 反应现象反应现象：镁条剧烈：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗的出耀眼的白光，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落下部被烧穿，有熔融物落入漏斗。入漏斗。铝热反应的应用：铝热反

6、应的应用：2AlFe2O3 2FeAl2O3高温高温铝热反应：铝热反应：引燃剂：镁条引燃剂：镁条助燃剂：氯酸钾助燃剂：氯酸钾铝热剂：铝和氧化铁铝热剂：铝和氧化铁其他铝热反应：其他铝热反应：铝某些金属氧化物铝某些金属氧化物 Al2O3金属金属高温高温3MnO24Al 2Al2O33Mn高温高温Cr2O3+2Al 2Cr+Al2O33Co3O4+8Al 9Co+4Al2O3高温高温高温高温铝热反应的应用：铝热反应的应用：铝热反应应用铝热反应应用冶炼难熔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）4 4、合理开

7、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。金属铝的回收与利金属铝的回收与利用用（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：二、海水资源的开发和利用二、海水资源的开发和利用 从太空观察地球，看到地

8、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 海水中蕴含着的丰富资源。海水中蕴含着的丰富资源。2121世纪人类世纪人类将重点开发海洋资源。将重点开发海洋资源。海水资源的多样性海水资源的多样性水资源生物资源能源化学资源 海水水资源海水水资源u海水中的水海水中的水9 亿吨亿吨 u占地球总水量占地球总水量97%（3%在陆地、淡水）在陆地、淡水）海水生物资源海水生物资源 海水能源海水能源具有商业开发价值的：潮汐发电和波浪发电具有商业开发价值的：潮汐发电和波浪发电含含8080多种元素，多种元素，含含O、H及及Cl、Na、S、C、F、B、Br、

9、Sr共共13种元素的质量占总水量种元素的质量占总水量的的99%，其余，其余1%为为70多种含多种含量微少的元素。量微少的元素。被称为被称为“元元素的故乡素的故乡”。海水化学资源海水化学资源 大陆架的浅海海底：石油、天然大陆架的浅海海底：石油、天然气、煤、硫、磷等气、煤、硫、磷等 近岸带的滨海砂矿：砂、贝壳等近岸带的滨海砂矿：砂、贝壳等建筑材料和金属矿产建筑材料和金属矿产u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，大多数元素尽管总量很大但由于太分散总量很大但由于太分散，含量极微少，含量极微少u如：海水中金元素总含量约为如：海水中金元素总含量约为50000000t（5千万吨）但

10、一顿海水中只含金元素（千万吨）但一顿海水中只含金元素（10亿分亿分之四克）之四克）海水资源的分散性海水资源的分散性海水水资源的利用：海水水资源的利用：主要有：主要有：u1.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.直接利用海水进行循环冷却（作冷却用水）直接利用海水进行循环冷却（作冷却用水）海水蒸馏原理示意图海水蒸馏原理示意图 1 1、海水淡化、海水淡化 原理原理：加热到：加热到水的沸点，液态水水的沸点，液态水变为水蒸汽与海水变为水蒸汽与海水中的盐分离，水蒸中的盐分离，水蒸汽冷凝得到淡水汽冷凝得到淡水如何用海水制备淡水？如何用海水制备淡水？海洋中的

11、化学资源的提取和检验海洋中的化学资源的提取和检验 太阳能蒸发海水示意图：太阳能蒸发海水示意图：2、科学探究：科学探究：如何将海水中的如何将海水中的Br-转变成转变成Br2？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Cl22NaBr+Cl2NaBr+Cl2 2=Br=Br2 2+2NaCl+2NaCl2H2H2 2O+BrO+Br2 2+SO+SO2 2=H=H2 2SOSO4 4+2HBr+2HBr2HBr

12、+Cl2HBr+Cl2 2=Br=Br2 2+2HCl+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 3、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？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、过滤。(1

13、)(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。提取海带中的碘元素得到单质碘提取海带中的碘元素得到单质碘思考与归纳思考与归纳燃烧燃烧加水加水加热加热溶解溶解过滤过滤稀硫酸稀硫酸过氧化氢溶液过氧化氢溶液CClCCl4 4蒸馏蒸馏海带灰海带灰海带海带悬浊液悬浊液滤液滤液碘水碘水碘的碘的CClCCl4 4溶液溶液单质碘单质碘操作操作1 1操作操作2 2操作操作3 3操作操作4 4操作操作5 5试剂试剂1 1试剂试剂2 2萃取萃取分液分液生物生物富集富集海水海水2I

14、2I-+2H+2H+H+H2 2O O2 2 I I2 2+2H+2H2 2O O海水晒盐海水晒盐（煮海为盐）（煮海为盐）4、从海水中提取、从海水中提取NaCl方案方案蒸发法：得到粗盐蒸发法：得到粗盐粗盐提取粗盐提取NaClNaCl方案方案Na2CO3NaOH BaCl2或或 粗盐中的杂质：粗盐中的杂质：泥沙、泥沙、Ca2+、Mg2+、SO42-除杂试剂：除杂试剂：试剂加入顺序：试剂加入顺序：主要操作：主要操作：溶解、过滤、蒸发溶解、过滤、蒸发盐酸盐酸滤液滤液沉淀沉淀适量适量盐酸盐酸溶解溶解BaCl2NaOHNa2CO3过滤过滤蒸发蒸发结晶结晶海水海水淡水淡水粗盐粗盐盐水盐水操作操作（）5 5

15、、实验方案设计：实验方案设计：从海水中提取镁元素得到单质镁从海水中提取镁元素得到单质镁 卤水卤水g(OH)2gCl2金属金属Mg 电解电解 海水海水富富集集加碱加碱过滤过滤盐酸盐酸蒸发蒸发 干燥干燥海水提取镁的工艺流程图海水提取镁的工艺流程图 从海水中的从海水中的MgMg2+2+到金属镁，经历了哪些化学变化，到金属镁，经历了哪些化学变化，用化学方程式表示。用化学方程式表示。这个生产流程采用了哪些措施来提高经济效这个生产流程采用了哪些措施来提高经济效益？你获得了哪些启示？益？你获得了哪些启示？就地取材、使用廉价原料，充分利用副产物引入海水引入海水贝壳贝壳（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盐酸盐酸蒸发蒸发干燥干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氯气氯气海水提海水提镁镁的步骤为：的步骤为：贝壳贝壳 生石灰生石灰 石灰乳石灰乳 氢氧化镁氢氧化镁 氯化镁氯化镁 镁镁写出有关的化学反应方程式：写出有关的化学反应方程式：a a、；b b、；c c、；d d、；e e、。煅烧煅烧 a a水水 b b海水海水 c cde海水综合利用联合工业体系一例