開發(fā)利用金屬礦物和海水資源(主)

化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用第四章知識內(nèi)容

1.開發(fā)利用金屬礦物和海水資源2.資源綜合利用環(huán)境保護(hù)化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用第四章知識體系金屬礦物海水化石燃料……..利用化學(xué)變化獲得有用物質(zhì)獲得能量①資源綜合利用②環(huán)境保護(hù)③綠色化學(xué)金屬冶煉從海水中獲取有用物質(zhì)化石燃料的綜合利用石油的分餾、裂化、裂解和催化重整煤的干餾、氣化、液化天然氣化工化石燃料的燃燒….化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用第四章教學(xué)目標(biāo)

1.以金屬礦物的開發(fā)和利用為例，認(rèn)識化學(xué)方法在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的作用，體會保護(hù)金屬資源的重要性。

2.了解海水資源開發(fā)和利用的前景及化學(xué)在其中可以發(fā)揮的作用。

3.認(rèn)識煤、石油和天然氣等化石燃料綜合利用的含義。

4.以聚乙烯為例，認(rèn)識聚合反應(yīng)、高分子化合物并了解高分子材料在生活等領(lǐng)域中的應(yīng)用及可能帶來的環(huán)境問題。

5.認(rèn)識化學(xué)在環(huán)境保護(hù)中的作用，樹立綠色化學(xué)的觀點(diǎn)。AgAlAuCuFeMgCoMn第四章化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用前言

利用化學(xué)變化，可以改變物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)，可以合成自然界原本沒有的物質(zhì)；可以開發(fā)人類社會發(fā)展所需的能源；可以擴(kuò)大利用自然資源的范圍。01二月20231開發(fā)利用金屬礦物和海水資源化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用41.絕大多數(shù)金屬在自然界中以什么樣的化合價(jià)形態(tài)存在？將化合態(tài)的金屬轉(zhuǎn)化為金屬單質(zhì)在工業(yè)上叫什么？（在自然界中）其逆過程叫什么？

2.工業(yè)上常見的金屬冶煉方法分為哪三種？是按金屬的什么性質(zhì)分類的？按金屬活動順序表來劃分，哪些金屬的冶煉采用哪些方法？請對應(yīng)。

3.熱還原法冶煉金屬常用的還原劑有哪些物質(zhì)？金屬鐵的冶煉在工業(yè)上常用的還原劑是CO，而不用氫氣，為什么？

4.電解法冶煉金屬鋁，原料選用熔點(diǎn)高達(dá)2050℃的Al2O3而不選用熔點(diǎn)很低的

AlCl3?冶煉鎂時(shí)原料選用MgCl2而不是MgO，為什么？

5.冶煉金屬除了上述三種方法外，人類還使用了哪些冶煉金屬的方法？

6.表4-1中，鋁熱法煉鐵、炭還原MgO得鎂實(shí)質(zhì)都可以歸類于什么法冶煉？

7.地球上的任何資源都是有限的，從保護(hù)金屬礦物資源的角度談?wù)勀銓迷撡Y源的看法。

一、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、鉑等極少數(shù)金屬以_________形式存在。2．絕大多數(shù)金屬以_________形式存在。在金屬化合物中，金屬元素都顯_________。Ⅰ.金屬在自然界中的存在形式游離態(tài)化合態(tài)正價(jià)Ⅱ.金屬在自然界中的轉(zhuǎn)化化合態(tài)

游離態(tài)（即單質(zhì)）金屬的冶煉（被還原）金屬的腐蝕（被氧化）Ⅲ.金屬的冶煉1．冶煉原理金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是根據(jù)___________反應(yīng)，使金屬礦物中的金屬陽離子______電子生成金屬單質(zhì)的過程。即：

Mn＋＋ne－===M氧化還原得到2．冶煉方法實(shí)例分析1.活潑金屬（如Na、Mg、Al等）的冶煉常用電解法。即電解熔融的氯化物或氧化物。2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑電解MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑電解特例KCl+NaK↑+NaCl850℃左右2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑電解冰晶石注：對于非?；顫娊饘俨捎靡话愕倪€原劑很難將其還原出來，故選電解法。(利用平衡原理)2.大部分金屬介于活潑金屬（如Na、Mg、Al等）和不活潑金屬（如Hg等）之間，都是通過高溫下發(fā)生氧化還原反應(yīng)完成的。常見的還原劑有CO、C、H2Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高溫(工業(yè)煉鐵原理)試寫出鐵的其它氧化物與C、CO反應(yīng)的化學(xué)方程式。試思考工業(yè)煉鐵不用H2代替C、CO的原因。Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3高溫(鋁熱法煉鐵等高熔點(diǎn)金屬)試寫出鐵的其它氧化物與Al反應(yīng)的化學(xué)方程式。TiCl4(熔融)+4NaTi+4NaCl高溫(冶煉貴重金屬)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu(濕法煉銅)3.不活潑金屬（如Hg、Ag等）的冶煉。2HgO2Hg+O2↑加熱2Ag2O4Ag+O2↑加熱

金屬活動順序表中，越到后面的金屬的化合物，熱穩(wěn)定性越差。4.其它冶煉金屬的方法。Cu2S+O22Cu+SO2高溫(火法煉銅)淘金法等實(shí)驗(yàn)4-1【鋁熱反應(yīng)】1.把兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀套在一起，取出內(nèi)層濾紙，在其底部剪一小孔后用水潤濕，再套回原處，并架在鐵圈上（如圖所示），下面放置一盛沙子的蒸發(fā)皿。2.將5g干燥的氧化鐵粉末和2g鋁粉均勻混合后放入紙漏斗中，在混合物上面加少量氯化鉀固體，中間插一根用砂紙打磨過的鎂帶。3.用燃著的小木條點(diǎn)燃鎂帶?，F(xiàn)象結(jié)論鎂條劇烈燃燒，發(fā)出耀眼的白光，放出大量的熱，使氧化鐵粉末和鋁粉在較高溫度下發(fā)生劇烈的反應(yīng)。紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中在高溫下，鋁與Fe2O3發(fā)生反應(yīng)，放出大量的熱使生成的鐵熔化。Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3高溫鋁熱反應(yīng)分析(鋁熱劑)Mg為引燃劑和KClO3為助燃劑。特別提醒：實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：(1)鎂帶要打磨凈表面的氧化膜，否則難以點(diǎn)燃；(2)氧化鐵粉末要干燥，鋁粉要沒有被氧化，否則難以反應(yīng)；(3)要保證紙漏斗重疊時(shí)四周均為四層，且內(nèi)層紙漏斗一定要用水潤濕，以防高溫物質(zhì)從四周濺出；(4)蒸發(fā)皿中的細(xì)沙要適量，既要防止蒸發(fā)皿炸裂，又要防止熔融的液體濺出傷人；(5)實(shí)驗(yàn)裝置要與人有一定距離，防止人被燒傷。注：冶煉高熔點(diǎn)金屬。試寫三例。鋁熱反應(yīng)不僅可以用于冶煉高熔點(diǎn)的金屬如W、Cr、Mn、V等，還用于定向爆破及野外的鋼軌焊接。冶煉金屬焊接鋼軌定向爆破【例】Cu2S是火法煉銅一種重要的原料，下面是由Cu2S冶煉銅及制取CuSO4·5H2O的流程圖：⑴

Cu2S中銅元素的化合價(jià)為

，火法煉銅的反應(yīng)原理

是

(用化學(xué)方程式表示)。⑵

Cu2O，CuO加入足量稀硫酸得到的體系A(chǔ)中看到溶液呈藍(lán)色，且有紅色物質(zhì)生成，

請寫出生成紅色物質(zhì)的離子方程式：

。⑶

若將A中單質(zhì)反應(yīng)掉,操作加入試劑最好是

。

A.加入適量的NaNO3

B.適量的HNO3

C.適量的H2O2⑷

取5.0g膽礬樣品逐漸升高溫度使其分解，分解過程的熱重曲線如下圖所示：通過

計(jì)算確定258℃時(shí)發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式

，e點(diǎn)的化學(xué)式

(計(jì)算過程略去)。(1)+1

(2分)

Cu2S

+

O2

2Cu

+SO2(2分)

(2)

Cu2O+2H+=

Cu+Cu2+

+H2O(2分)(3)

C(2分)(4)

CuSO4·H2O

CuSO4+H2O(2分)

Cu2O(2分)化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用4

1.海水水資源利用有哪些方面？

二、海水資源的開發(fā)利用

【淡化、循環(huán)冷卻、潮汐能和波浪能等】2.當(dāng)你在海上遇險(xiǎn)被拋在沒有淡水的救生筏上，你如何將海水變成淡水來自救？簡述你用的材料，畫出圖示。3.海水淡化的方法有哪些？各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。前二者成本較高，目前主要采用離子交換法。4.除水外，我們現(xiàn)在從海水中提取了哪些物質(zhì)？從海水中提取這些物質(zhì)最大的難度是什么？一般采用什么方法？5.NaCl有哪些用途？寫出用NaCl作化工原料的方程式。

【Mg、K、NaCl、Br2；富集程度低；濃縮富集?！?/p>

【燒堿、純堿、金屬鈉、氯氣、鹽酸、漂白粉等】5.實(shí)驗(yàn)4-2的目的是什么？干海帶用剪刀剪碎的目的是什么？整個(gè)實(shí)驗(yàn)使用了哪些分離提純的方法？根據(jù)什么現(xiàn)象證明海帶中還有碘元素？寫出實(shí)驗(yàn)步驟3中反應(yīng)的化學(xué)方程式。6.完成《思考與交流》。【提示：寫方程式參照《資料卡片》】7.《資料卡片》中關(guān)于從海水中提取溴使用了“空氣吹出法”，該法是將空氣鼓入含溴的溶液中，利用空氣將溴帶出。該溴是化合態(tài)還是游離態(tài)的？在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室也可以用什么方法代替“空氣吹出法”實(shí)現(xiàn)溴的濃縮或富集？

【從海帶中提取碘并檢驗(yàn)之；增大接觸面積，提高反應(yīng)速率；溶解、過濾、萃取分液、蒸餾。溶液變藍(lán)?！慷?、海水資源的開發(fā)利用海洋約占地球表面積的71%海水中水的儲量約為1.3×109億噸，約占地球總水量的97%含80多種元素，其中H、O、Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr占99%以上。Au：約5×107t，４×１０－６ｇＡｕ／１ｔ海水廣泛性多樣性分散性1．海水水資源的利用Ⅰ．海水的淡化海水淡化的主要方法：_______、______、__________等。蒸餾法電滲析法離子交換法海水蒸餾原理示意圖儀器辨認(rèn)圓底燒瓶冷凝管牛角管（尾接管）錐形瓶優(yōu)缺點(diǎn)：技術(shù)和工藝成熟，但成本高。太陽能蒸發(fā)海水示意圖Ⅱ．直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻

如原子反應(yīng)堆的冷卻。2．海水化學(xué)資源的開發(fā)利用雖然海水中元素的種類很多，總儲量也很大，但很多元素的富集程度卻很低。目前從海水中提取的常見的有NaCl、MgCl2、Br2、I2等.從海水中提取鈾和重水具有戰(zhàn)略意義。海水曬鹽（煮海為鹽）

目前，從海水中提取食鹽的方法主要是“鹽田法”這是一種古老的而至今仍廣泛沿用地方法。使用該法。需要在氣候溫和，光照充足的地區(qū)選擇大片平坦的海邊灘涂，構(gòu)建鹽田。

鹽田一般分成兩部分：蒸發(fā)池和結(jié)晶池?，F(xiàn)將海水引入蒸發(fā)池，經(jīng)日曬蒸發(fā)水分到一定程度時(shí)，再倒入結(jié)晶池，繼續(xù)日曬，海水就會成為食鹽的飽和溶液，再曬就會逐漸析出食鹽來。這是得到的晶體就是我們常見的粗鹽。剩余的液體稱為母液，可從中提取多重化工原料。海水→蒸發(fā)池→結(jié)晶池→粗鹽和母液

從海水到粗鹽

在一望無垠的海灘上，海水被攔截在一方方鹽池里，太陽把鹽水曬干了，海水里溶解的氯化鈉結(jié)晶出來。從一噸海水里可以得到約三十公斤食鹽。這是粗鹽。曬鹽時(shí)日曬，風(fēng)吹有利于加速水分子的運(yùn)動，從而利于食鹽晶體的析出。日曬時(shí)溫度升高，對于NaCl來說它的溶解度隨溫度變化不明顯，但由于水分的蒸發(fā)（溶劑）的量減少，NaCl飽和析出晶體。而對于MgCl2，CaCl2來說，盡管水蒸發(fā)了，但由于它們各自的溶解能力（溶解度）增強(qiáng)了，所以不會析出。因?yàn)槭雏}主要成分是NaCl。NaCl的溶解度隨溫度變化不明顯，而且是降低溫度，溶劑的量又不變，所以NaCl不會析出，不利于制取NaCl。粗鹽從海水里結(jié)晶出來的時(shí)候，難免夾帶一些泥沙和雜質(zhì)。海水里除了氯化鈉以外，還有氯化鎂、氯化鈣等，它們也混在氯化鈉里一塊兒結(jié)晶出來。不過，這些雜質(zhì)和氯化鈉的脾氣不同。氯化鈉不吸濕，氯化鎂、氯化鈣很容易吸水返潮。廚房里的粗鹽在陰雨天氣變得濕漉漉的，就是這些雜質(zhì)搗的鬼。粗鹽經(jīng)過再結(jié)晶，就得到精鹽。精鹽是比較純凈的氯化鈉，長久存放仍然是干燥的。

海水——蒸發(fā)結(jié)晶——析出苦鹵水（含有鎂離子、溴離子、碘離子等）和粗鹽（含鈉離子、氯離子、鎂離子、硫酸根離子等）——依次加入氯化鋇、氫氧化鈉、碳酸鈉。去除雜志——過濾——得到沉淀和濾液——加入稀鹽酸溶液——蒸發(fā)結(jié)晶——得到純凈鹽（氯化鈉）。從海水到精鹽

指出以上用到的分離提純的方法，并試寫出以上涉及的離子方程式。海帶提碘實(shí)驗(yàn)4-2操作1.取3g左右的干海帶，把干海帶表面的附著物用刷子刷凈，用剪刀剪碎后，用酒精潤濕，放入坩堝中。點(diǎn)燃酒精燈，灼燒海帶至完全變?yōu)榛覡a，停止加熱，冷卻。2.將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中，向其中加入10mL蒸餾水，攪拌、煮沸2~3分鐘，過濾。3.在濾液中滴入幾滴稀硫酸（3mol/L），再加入約

1mLH2O2(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%)，觀察現(xiàn)象。加入幾滴淀粉溶液，觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象加淀粉溶液前，溶液為無色；加入淀粉溶液后，溶液變?yōu)樗{(lán)色。結(jié)論海帶中含有碘元素；通過上述方法可以從海帶中提取碘單質(zhì)。海帶提碘過程流程圖：海帶灰溶解過濾灼燒殘?jiān)?/p>

濾液(含I-)加入H2O2

稀H2