開發(fā)利用金屬礦物和海水資源

1、第一節(jié) 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源目的要求:1、掌握金屬礦物的冶煉原理、步驟、方法。2、了解金屬元素在自然界中存在形態(tài)及與化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系3、了解海水中水資源和化學(xué)資源的開發(fā)利用。重點(diǎn):金屬礦物的冶煉原理、步驟、方法,海水化學(xué)資源的開發(fā)利用。難點(diǎn):金屬礦物的冶煉原理、步驟、方法,海水化學(xué)資源的開發(fā)利用。教學(xué)過程:【復(fù)習(xí)討論1】從古至今,人類先后冶煉利用了哪些金屬。(銅鐵鋁鈦【復(fù)習(xí)討論2】金屬元素在自然界中以哪些形態(tài)存在?與其化學(xué)性質(zhì)有何關(guān)系?【板書】 第一節(jié) 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源一.金屬礦物的開發(fā)利用1. 金屬元素在自然界中的存在形態(tài)化合態(tài):化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬。游離態(tài):化學(xué)性質(zhì)不活潑的金屬

2、。故除Pt 和Au 以外的金屬元素均以化合態(tài)形式存在,且金屬都呈正價。2.金屬的冶煉原理:依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理,將礦石中的金屬陽離子用還原劑還原成金屬單質(zhì)。M n+ + ne - =M步驟:礦石的富集:除雜,提高礦石中有用成分的含量。冶煉:利用氧化還原反應(yīng),將礦石中的金屬陽離子用還原劑還原成金屬單質(zhì)。精煉:提純金屬。 方法:熱分解法:(Hg 、Ag 2Hg O 2Hg + O 2 2Ag O 2Ag + O 2熱還原法:(Zn-Cu 還原劑一般選擇:C 、CO 、AI 、H 2等高爐煉鐵:Fe 2O 3 + 3CO 2Fe+3CO 2 制還原鐵粉:Fe 2O 3+3H 2=2Fe+3H 2O鋁

3、熱反應(yīng):Fe 2O 3 + 2Al 高溫 Al 2O 3+2Fe (液 在高溫下鋁將金屬氧化物中化合態(tài)金屬(Fe 2O 3、Fe 3O 4、MnO 2、V 2O 5、Cr 2O 3還原為金屬單質(zhì)。鋁熱劑:鋁粉和金屬氧化物的混合物。 實驗現(xiàn)象(1鎂條劇烈燃燒,放出大量的熱使鋁熱劑發(fā)生反應(yīng)。(2發(fā)出耀眼的光。(3產(chǎn)生大量的煙。(4紙漏斗下部被燒破,有紅熱狀態(tài)的液珠落入蒸發(fā)皿內(nèi)的細(xì)沙上。冷卻觀察為鐵珠。鋁熱反應(yīng)的用途:焊接鐵軌;煉制釩(V、鉻(Cr、錳(Mn等金屬。電解法:(K-AI電解熔融的KCI、CaCI2、NaCI、MgCI2、AI2O3 2Na Cl(熔Cl2 + 2NaMgCI2(熔Cl2

4、 + Mg 2AI2O3 (熔3O2 + 4AI【總結(jié)】金屬的冶煉依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理。根據(jù)金屬活潑性的不同(或金屬陽離子得電子能力的不同確定金屬的冶煉方法?！镜湫屠}】1.冶煉金屬一般有下列幾種方法:熱分解法焦炭法水煤氣法(H2,CO活潑金屬置換法電解法.這幾種方法各有優(yōu)缺點(diǎn),在工業(yè)上有應(yīng)用。古代有A火燒孔雀石B濕法煉銅現(xiàn)代有C鋁熱法煉鐵D光鹵石法煉鎂。對它們的冶煉方法分析不正確的是(A A用B B用C C用D D用2.地殼中含鈦礦石之一是金紅石(主要成分TiO2。目前大規(guī)模生產(chǎn)鈦的方法:金紅石與碳粉混合高溫下通入CI2制得TiCI4和一種可燃?xì)怏w。化學(xué)方程式TiO2 + 2C + 2 CI

5、2 = TiCI4 + 2C 該反應(yīng)還原劑C在氬氣的氣氛中,用過量的鎂在加熱條件下與TiCI4反應(yīng)得Ti化學(xué)方程式TiCI4 + 2Mg = Ti + 2Mg CI2步驟:先加入足量的稀鹽酸,除去鎂,過濾,用蒸餾水洗滌固體,干燥后得鈦.氬氣的作用_3.鈦(Ti被稱為繼鐵、鋁之后的第三金屬,鈦白(TiO2是目前最好的白色顏料。制備TiO2和Ti的原料是鈦鐵礦,我國的鈦鐵礦儲量居世界首位。含有Fe2O3的鈦鐵礦(主要成分為FeTiO3制取TiO2的流程如下: Ti的原子序數(shù)為22,Ti位于元素周期表中第_周期,第_族。步驟加Fe的目的是_;步驟冷卻的目的是_。上述制備TiO2的過程中,可以利用的副

6、產(chǎn)物是_;考慮成本和廢物綜合利用因素,廢液中應(yīng)加入_處理。由金紅石(TiO2制取單質(zhì)Ti,涉及到的步驟為: 己知:C (s +O2 (g=CO2 (g;H =-393.5 kJ·mol-12CO (g + O2 (g=2CO2 (g;H =-566 kJ·mol-1TiO2(s + 2Cl2 (g=TiCl4(s + O2(g;H = +141 kJ·mol-1則TiO2(g+2Cl2(g+2C(s =TiCl4(s + 2CO (g的H= _ _。反應(yīng)TiCl4 +2Mg=2MgCl2 + Ti在Ar氣氛中進(jìn)行的理由是_。答案:(1 4B (2將Fe3+還原為F

7、e2+析出(或分離、或得到FeSO4·7H2O(3 FeSO4·7H2O 石灰(或碳酸鈣、廢堿(4-80 kJ·mol-1 防止高溫下Mg(Ti與空氣中的O2(或CO2、N2作用4.孔雀石的主要成分是Cu(OH2CuCO3.設(shè)計由孔雀石冶煉銅的方案.將孔雀石粉碎后加過量的烯H2SO4反應(yīng)后混合物過濾向濾液中加入一種金屬粉末回答:第一步現(xiàn)象_金屬粉末可以是什么_,原因_設(shè)計從濾液中制得銅的另一種方案_5.在一定條件下可實現(xiàn)下圖所示物質(zhì)之間的變化: 請?zhí)顚懸韵驴瞻?(1孔雀石的主要成分是CuCO3·Cu(OH2(堿式碳酸銅,受熱易分解.下圖中的F是.(2寫出

8、明礬溶液與過量NaOH溶液反應(yīng)的離子方程式: .(3圖中所得G和D都為固體,混和后在高溫下可發(fā)生反應(yīng),寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式: .(4每生成1摩D,同時生成摩E.答案:(1CO2(或二氧化碳 (2Al3+4OH-=AlO2-2H2O (33CuO+2Al3Cu+Al2O3(43/46.如下圖所示,用兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀,套在一起,使四周都有四層。把內(nèi)層漏斗取出,在底部剪一個孔,用水潤濕,再跟另一紙漏斗套在一起,架在鐵圈上,下面放置盛沙的蒸發(fā)皿。把5 g炒干的氧化鐵粉未和2 g鋁粉混合均勻,放在紙漏斗中,上面加少量氯酸鉀并在混合物中間插一根鎂條,用小木條點(diǎn)燃鎂條。觀察發(fā)生的現(xiàn)象。通過以上

9、實驗信息,回答下列問題: 寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式:;并指出:是氧化劑,是還原劑,該反應(yīng)稱為反應(yīng)。選出該實驗的實驗現(xiàn)象(將序號填寫在橫線上:。鎂條劇烈燃燒;放出大量的熱,并發(fā)出耀眼的光芒,火星四射;紙漏斗的下部被燒穿;熔落物能夠被磁鐵吸引。寫出下列操作或物質(zhì)的作用:內(nèi)層濾紙漏斗底部剪一個孔:;內(nèi)層濾紙漏斗用水潤濕:;蒸發(fā)皿盛沙:;鎂條;氯酸鉀。乙醇四氯化碳硝酸 答案:Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe;Fe2O3;Al;鋁熱;使熔融物易于落下;防止紙漏斗著火;防止濺落物炸裂蒸發(fā)皿;引燃氯酸鉀;引發(fā)鋁熱反應(yīng)二.海水資源的開發(fā)利用海水是一個大的混合物。若將海水中的鹽結(jié)晶后平鋪于陸地上,地球?qū)⒃龈?/p>

10、150米。海水中平均含鹽3.5%,含多種礦物質(zhì),如鈉、鈣、鎂、鉀、氯、溴、碘、鍶等。海洋中還有大量的生物,是人類食物的來源之一。海水資源包括:能量、生物、化學(xué)、礦物、及空間資源。利用潮汐能量發(fā)電,各種化學(xué)物質(zhì)被綜合利用,海洋生物為人類提供食物和保健用品;海水還是人類未來重要的淡水來源、新的能源和人類的空間資源。大海也是人類智慧的來源和情感的寄托之一1.水資源的開發(fā)利用海水淡化:把海水中的鹽與水分離,得到淡水。常用方法:蒸餾法、電滲析法、離子交換法。 2.化學(xué)資源的利用食鹽的提取精鹽鈉 + 氯氣 【思考】請設(shè)計實驗室除去NaCl 中混有的Ca2+、Mg2+離子的方法(需要儀器及實驗步驟溶解,加稍

11、過量的氫氧化鈣,再加入稍過量的碳酸鈉溶液,過濾;在濾液中加入稍過量的鹽酸,蒸發(fā)結(jié)晶。鎂的提取貝殼(CaCO 3 水 海水(或苦鹵 Mg (OH 2 MgCI 2溶液 MgCI 26H 2OMg MgCI 2溴單質(zhì)的提取:將海水中的溴離子(Br -氧化成溴單質(zhì)(Br 2具體步驟如下: 蒸餾法濃縮海水,用H 2SO 4酸化 通入適量氯氣,使Br -氧化成Br 2 2Cl 2 + 2NaBr = 2NaCl + Br 2 通入空氣和水蒸氣,將Br 2吹入盛SO 2溶液的吸收塔內(nèi)富集Br 2+SO 2 +2H 2O =H 2SO 4 +2HBr 熟石灰 過濾 HCI 濃縮結(jié)晶 脫水電解向吸收塔內(nèi)通入適

12、量氯氣 Cl2 +2HBr2HCl+ Br2 吸收塔內(nèi)通入適量氯氣 或苯萃取吸收塔內(nèi)的溴單質(zhì)（ 用 CCI4 或苯萃取吸收塔內(nèi)的溴單質(zhì)（Br2） 碘的提?。簩⒑Ｋ械牡怆x子(I- 氧化成碘單質(zhì) 氧化成碘單質(zhì)（ 碘的提?。簩⒑Ｋ械牡怆x子 氧化成碘單質(zhì)（I2） 克干海帶，用刷子除去表面附著物， 取 3 克干海帶，用刷子除去表面附著物，剪碎后用適量酒精潤濕放入坩堝 把泥三角放在三腳架上，把坩堝放在泥三角上，點(diǎn)燃酒精燈，將海帶灼燒至完全成灰燼， 把泥三角放在三腳架上，把坩堝放在泥三角上，點(diǎn)燃酒精燈，將海帶灼燒至完全成灰燼， 停止加熱，冷卻至室溫。 停止加熱，冷卻至室溫。 將海帶灰轉(zhuǎn)移至燒杯中，加適量

13、蒸餾水浸泡，煮沸，冷卻。得到含碘離子的溶液。 將海帶灰轉(zhuǎn)移至燒杯中，加適量蒸餾水浸泡，煮沸，冷卻。得到含碘離子的溶液。 酸化， 在濾液中滴幾滴稀 H2SO4 酸化，再加 1ml 3雙氧水（或碘酸鉀溶液） 溶液由無色變 雙氧水（或碘酸鉀溶液） 溶液由無色變 ， 成深黃色，加入淀粉溶液呈藍(lán)色，說明有碘單質(zhì)。 成深黃色，加入淀粉溶液呈藍(lán)色，說明有碘單質(zhì)。 2KI + H2O2 + H2SO4 = I2 + K2SO4 + 2H2O 或 5KI + KIO3 + 3H2SO4 = 3K2SO4 + 3I2 + 3H2O） （ ） 氯堿工業(yè) 原理： 原理：電解飽和食鹽水 2+ 2+ 3+ 2粗食鹽水的精

14、制：從海水中獲得的粗鹽中含有泥沙、 等雜質(zhì)， A.粗食鹽水的精制：從海水中獲得的粗鹽中含有泥沙、Ca 、Mg 、Fe 、SO4 等雜質(zhì)，必須 22+ 3+ 進(jìn)行精制。加藥順序是： 進(jìn)行精制。加藥順序是：先加足量的 BaCI2 除 SO4 ，再加足量的 NaOH 除 Mg 、Fe ，再加 2+ 然后過濾除去沉淀， 足量的 Na2CO3 除 Ca 和過量的 BaCI2，然后過濾除去沉淀，最后用鹽酸調(diào)節(jié) PH 值除去過量 2+ 2+ 的 Na2CO3。這樣處理后的鹽水仍含少量的 Ca 、Mg ，還需通過陽離子交換樹脂進(jìn)一步除 得到精制飽和食鹽水。 精制飽和食鹽水 去，得到精制飽和食鹽水。 B. 飽和

15、食鹽水的電解 陽極： 陽極：2CI- - 2e- =CI2 陰極： 陰極：2H+ + 2e- = H2 總反應(yīng)：2NaCl + 2H2O 總反應(yīng)： H2 + Cl2 + 2NaOH 生產(chǎn)設(shè)備： 生產(chǎn)設(shè)備：電解槽 電解槽的結(jié)構(gòu)：陽極（鈦網(wǎng)） 陰極（碳鋼網(wǎng)） 陽離子交換膜、電解槽框、導(dǎo)電銅棒等陽 、陰極 、陽離子交換膜 電解槽的結(jié)構(gòu)：陽極（鈦網(wǎng)） 陰極（碳鋼網(wǎng)） 陽離子交換膜、電解槽框、導(dǎo)電銅棒等陽 、 、 離子交換膜的作用 陽離子交換膜有一種特殊的性質(zhì)，它只允許陽離子通過， 離子交換膜的作用：陽離子交換膜有一種特殊的性質(zhì)，它只允許陽離子通過，即只讓 Na+、 H+通過，而 OH-、CI-和氣體不

16、能通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的 H2 和陽極產(chǎn)生的 CI2 相混 通過， 和氣體不能通過 不能通過。 反應(yīng)影響燒堿的質(zhì)量。 合而爆炸， 合而爆炸，又能避免 CI2 和 NaOH 反應(yīng)影響燒堿的質(zhì)量。 氯堿工業(yè)產(chǎn)品及用途 燒堿：用于有機(jī)合成、造紙、玻璃、肥皂、紡織、印染等工業(yè)。 燒堿：用于有機(jī)合成、造紙、玻璃、肥皂、紡織、印染等工業(yè)。 氯氣：用于有機(jī)合成、氯化物合成、農(nóng)藥、含氯漂白劑、鹽酸等工業(yè)。 氯氣：用于有機(jī)合成、氯化物合成、農(nóng)藥、含氯漂白劑、鹽酸等工業(yè)。 氫氣：用于有機(jī)合成、金屬冶煉。 氫氣：用于有機(jī)合成、金屬冶煉。 聯(lián)合制堿法： 溶液中通入二氧化碳?xì)怏w， 生成小蘇打沉淀和氯化銨溶液。 聯(lián)合制堿法： 在氨飽和的 NaCl 溶液中通入二氧化碳?xì)怏w， 生成小蘇打沉淀和氯化銨溶液。 小蘇打加熱分解生成純堿。 年由侯德榜先生發(fā)明。 小蘇打加熱分解生成純堿。1940 年由侯德榜先生發(fā)明。 原理：粗食鹽水經(jīng)過精制后得到飽和食鹽水。在飽和食鹽水中先通入足量的氨氣，再通 原理：粗食鹽水經(jīng)過精制后得到飽和食鹽水。在飽和食鹽水中先通入足量的氨氣， 入過量的二氧化碳?xì)怏w，溶液中就會析出小蘇打晶體， 入過量的二氧化碳?xì)怏w，溶液中就會析出小蘇打晶體，過濾洗滌干燥后加熱使之分解為純 具體反應(yīng)如下： 堿。具體反應(yīng)如