第二課時 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源-精品課件

第四章化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展第一節(jié)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源海洋約占地球表面積的71%海洋是人類賴以生存的資源寶庫

8:54PM金屬元素種類多，分布廣，活動性差別大，在自然界的存在形式各異，少數(shù)不活潑金屬以游離態(tài)存在（如金和鉑等），多數(shù)金屬以化合態(tài)存在。人們在生活和生產(chǎn)中使用的金屬材料多是合金或純金屬，這就需要把金屬從礦石中提煉出來，提煉的過程就是金屬的冶煉過程。課前自主學(xué)案自主學(xué)習(xí)一、金屬在自然界中的存在形式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_________。游離態(tài)化合態(tài)正價二、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：Mn＋＋ne－===M。氧化還原得到金屬的冶煉自然界中的金屬大都以化合態(tài)存在用化學(xué)的方法把化合態(tài)的金屬變成游離態(tài)要考慮的問題礦石的富集合適的冶煉方法如何精煉KCaNaMg

Al︱ZnFeSn

Pb(H)Cu︱HgAg︱PtAu

電解法熱還原法熱分解法物理提取法（C、CO、H2、Al等）不同金屬冶煉方法的選擇歸納：1.熱分解法

有些不活潑金屬僅用熱分解法就能制得。

在金屬活動性順序表中，位于氫后面的某些金屬的氧化物受熱就能分解。2Ag2O==4Ag+O2↑▲2HgO==2Hg+O2↑▲要根據(jù)金屬的活動性順序不同，采取不同的冶煉方法2．電解法在金屬活動性順序中，鉀、鈉、鈣、鋁等幾種金屬的還原性很強(qiáng)，這些金屬都很容易失去電子，因此不能用一般的方法和還原劑使其從化合物中還原出來，而只能用通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來冶煉。2Al2O3(熔融)=====4Al+3O2↑

電解冰晶石2NaCl(熔融)====2Na+Cl2↑電解MgCl2(熔融)====Mg+Cl2↑

電解高溫Fe2O3+3CO===2Fe+3CO23.熱還原法多數(shù)金屬的冶煉過程屬于熱還原法常用的還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣

和活潑金屬等WO3+3H2===W+3H2O高溫Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3高溫KCaNaMgAlZnFeSn

Pb（H）CuHgAg金屬活動性：強(qiáng)弱電解法熱還原法熱分解法一、不同金屬冶煉方法的選擇KCaNaMgAl

ZnFeSn

Pb（H）Cu

HgAg離子氧化性弱強(qiáng)歸納與總結(jié)9、12思考感悟1．工業(yè)上利用電解熔融MgCl2來制取Mg，而MgO比MgCl2更易獲得，為什么不電解熔融MgO制取鎂呢？(MgO的熔點(diǎn)：2852℃，MgCl2的熔點(diǎn)：710℃)【提示】由于MgO的熔點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于MgCl2的熔點(diǎn)，將MgO熔融需要能量較多，所以采用電解熔融MgCl2的方法制取Mg，冶煉金屬也要考慮節(jié)能減排。練習(xí)1.下列各組金屬最適合用H2或CO把它從化合物中還原出來的是

A.Ca、MgB.Al、FeC.Fe、CuD.Hg、Ag2.列金屬氧化物不能用焦炭還原的是解題思路:碳的還原性一般介于A1～Zn之間，故一般比碳還原性強(qiáng)的金屬，不能用碳還原。A.CaOB.Ag2OC.CuOD.Fe2O3CA3、下列各種冶煉方法中，可以制得相應(yīng)金屬的是（）

A、加熱氧化鋁B、加熱碳酸鈣

C、電解熔融氯化鈉

D、氯化鈉與鋁粉高溫共熱4、根據(jù)金屬在金屬活動順序表中的位置及性質(zhì)，推測制取下列金屬最適宜的方法：①Na

②Zn

③Hg

④Au

C電解法加熱還原法加熱分解法物理提取法實(shí)驗(yàn)4－1鋁熱反應(yīng)

p891、鎂條的作用是什么？2、氯酸鉀的作用是什么？問題引燃劑反應(yīng)現(xiàn)象：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)劇烈反應(yīng)，紙漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3高溫鋁熱劑反應(yīng)現(xiàn)象：劇烈反應(yīng)，發(fā)出強(qiáng)光，紙漏斗被燒穿，沙子上落有黑色鐵珠。結(jié)論：鋁是常用的還原劑，在一定的條件下與某些金屬氧化物反應(yīng)，把其中的金屬還原成單質(zhì)。Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3高溫其它鋁熱反應(yīng)

高溫3Co3O4+8Al===9Co+4Al2O33MnO2+4Al===3Mn+2Al2O3高溫Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高溫鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用

鋁熱反應(yīng)的原理可以應(yīng)用在生產(chǎn)上，如用于焊接鋼軌等。在冶金工業(yè)上也常用這一反應(yīng)原理，使鋁與金屬氧化物反應(yīng)，冶煉釩、鉻、錳等等高熔點(diǎn)金屬金屬的回收和資源保護(hù)1、回收金屬的意義：（1）節(jié)約礦物資源；（2）節(jié)約能源；（3）減少環(huán)境污染

以鋁為例，生產(chǎn)一噸原鋁至少要消耗四噸鋁土礦資源。當(dāng)前全球原鋁的年產(chǎn)量約2500萬噸，年消耗鋁土礦超過一億噸，如果照此發(fā)展下去，地球上的鋁土礦資源就會越來越少，直至有一天枯竭。如果人類消費(fèi)的鋁能夠回收利用，只要回收利用量達(dá)到產(chǎn)量的二分之一，每年就將減少鋁土礦消耗量約5000萬噸，這對保護(hù)全球鋁土礦資源具有極為重要的意義。其次，利用廢雜原料生產(chǎn)一噸合金鋁錠與用鋁土礦原料生產(chǎn)一噸原鋁錠相比，可以節(jié)省95％以上的能源消耗。你知道嗎？據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，每生產(chǎn)一噸原鋁錠需要消耗能源213．2TJ(電能約占82％)，而生產(chǎn)一噸再生鋁合金錠所需能源消耗為5．5TJ(燃料約占80％)，僅為原鋁錠生產(chǎn)能源消耗的2．6％，優(yōu)勢比較明顯。由于鋁可以反復(fù)循環(huán)使用，從再生鋁廢料中再生產(chǎn)鋁，其節(jié)能效果更加顯著。另外，再生鋁生產(chǎn)中二氧化碳的產(chǎn)生量和排放量與原鋁生產(chǎn)相比，大為減少。有資料統(tǒng)計，再生鋁生產(chǎn)可比用水電生產(chǎn)原鋁減少二氧化碳排放量91%，比用燃油發(fā)電減少二氧化碳排放量97％以上，比用煤發(fā)電減少的二氧化碳排放量更多，環(huán)保效益十分顯著。

小資料2、回收金屬的實(shí)例（1）廢舊鋼鐵用于煉鋼；（2）廢鐵屑用于制鐵鹽；（3）定影液用于回收銀二、海水資源的開發(fā)利用

從太空觀察地球，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儲備”海洋是美麗的，也是富饒的

浩瀚的海洋是個巨大的資源寶庫，它不僅孕育著無數(shù)的生命，還孕育著豐富的礦產(chǎn)，而海水本身含有大量的化學(xué)物質(zhì)，又是寶貴的化學(xué)資源海水中儲有大量的化學(xué)物質(zhì)，儲量可觀的就有80多種化學(xué)元素，其中70多種可以被人類提取利用，海洋是地球上最大的礦產(chǎn)資源庫。全世界每年都要從海洋中提取大量的食鹽、鎂、溴、碘、鉀等有用物質(zhì)，海水素有“液體工業(yè)原料”之美譽(yù)。豐富的海洋資源海洋水資源占全球水量的97％。低鹽度海水灌溉農(nóng)作物的試驗(yàn)正在進(jìn)行。化學(xué)資源含元素80多種，除H、O處還含有大量Na、Cl、Mg、Br、I等。礦產(chǎn)資源錳結(jié)核、可燃冰、砂和礫石。生物資源海洋生物品種繁多，我國就有20278種。能

源波浪、潮汐、海流等動能和溫差能、鹽度差能等，用之不竭?？臻g資源交通、海上作業(yè)、旅游。海洋生物資源含80多種元素，以氫、氧、氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀等較多。被稱為“元素的故鄉(xiāng)”。海水中鈾多達(dá)45億噸是已知陸地鈾礦儲量的4500倍。氘有50億噸足夠人類用上千萬年海水中的化學(xué)資源海洋中的礦產(chǎn)資源海水提Mg海水淡化海水提取NaClBr2的提取海水綜合利用聯(lián)合工業(yè)體系一例8:54PM海水資源的利用：主要有：1.海水中水資源的利用海水的淡化（咸水→淡水）2.直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻（作冷卻用水）海水的淡化：（1）海水淡化的途徑:◆從海水中提取淡水◆從海水中分離出鹽（2）海水淡化的方法:p90◆蒸餾法（最先使用，技術(shù)成熟，但成本高）◆電滲析法（成本低，但未能大量生產(chǎn)）◆離子交換法（目前正迅速發(fā)展，但需要不斷更新離子交換樹脂）蒸餾法所用的裝置及原理◆原理：加熱到水的沸點(diǎn),使水汽化變成水蒸氣，再冷凝得淡水。進(jìn)冷卻水出煮海為鹽2009·天津理綜·9改編海水是一個巨大的資源寶庫，在海水淡化及綜合利用方面，各大沿海城市均取得了一定的成效。下圖是從海水中提取食鹽和溴的過程：海水粗鹽飽和NaCl溶液Cl2母液淡水低濃度Br2溶液通入空氣吹出Br2用SO2水溶液吸收含HBr等

物質(zhì)的溶液通入適量Cl2蒸餾工業(yè)溴淡化ⅠⅡⅢⅤⅣ(1)請列舉海水淡化的兩種

方法：______________。蒸餾法淡化膜滲析法太陽能蒸發(fā)法(2)將海水進(jìn)行___________可得到粗鹽；為除去粗鹽中含有的SO42-、Ca2+、Mg2+等雜質(zhì)，有如下操作：①溶解；②加過量的Na2CO3溶液；③加過量的BaCl2溶液；④加適量的鹽酸；⑤加過量NaOH溶液；⑥蒸發(fā)結(jié)晶；⑦過濾。正確的操作順序：

_________________________________________。①⑤③②

⑦④⑥或①③⑤

②

⑦④⑥或①③②

⑤⑦④⑥蒸發(fā)結(jié)晶粗鹽提純的基本原則先溶解，再加沉淀劑；先加BaCl2，再加Na2CO3；先過濾，再加鹽酸。①②③④⑤⑥⑦海水蒸發(fā)粗鹽水、重結(jié)晶

精鹽母液Mg(OH)2①M(fèi)gCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2◆從海水中制金屬鎂②

Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+H2O③

MgCl2(熔融)===Mg+Cl2

通電鹽酸、濃縮

MgCl2?H2O

脫水

MgCl2

電解

Mg石灰乳CaO

貝殼水煅燒①②③海水中提取溴的實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)方法：（1）用蒸餾法將海水濃縮。用硫酸將濃縮的海水酸化。（2）向酸化的海水中通入適量的氯氣，使溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)。（3）向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸氣，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)。轉(zhuǎn)化為氫溴酸（4）向吸收塔中溶液內(nèi)通入適量的氯氣。最后經(jīng)蒸餾可得液溴

(用CCl4萃取)從海水中提取溴(3)步驟Ⅲ中已經(jīng)獲得Br2，步驟Ⅳ中又將Br2還原為Br－，其目的為_____________。富集溴元素以增大濃度為目的海水中提取溴實(shí)驗(yàn)的方程式2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl上面置換反應(yīng)得到的Br2的濃度很低，難以收集，用空氣吹出Br2

后用SO2吸收，使溴得到富集，Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO42HBr+Cl2=Br2+2HCl如何證明海帶中存在碘元素?[實(shí)驗(yàn)4-2]（一）實(shí)驗(yàn)方法：（1）稱取3g干海帶，用刷子把干海帶表面的附著物刷凈（不要用水洗，有I-）。

將海帶剪碎，用酒精潤濕（便于灼燒）后，放在坩堝中。

（2）用酒精燈灼燒盛有海帶的坩堝，至海帶完全成灰，停止加熱，冷卻。

（3）將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中，向燒杯中加入10ml蒸餾水，攪拌，煮沸2min－3min，使可溶物溶解，過濾。

（4）向?yàn)V液中滴入幾滴硫酸，再加入約1mlH2O2溶液，觀察現(xiàn)象。取少量上述濾液，滴加幾滴淀粉溶液，觀察現(xiàn)象。

(二)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：加入H2O2溶液后，溶液顏色變?yōu)樯铧S色；加入淀粉溶液后，溶液又變?yōu)樯钏{(lán)色。(三)化學(xué)方程式：

2KI+H2O2+H2SO4=I2+K2SO4+2H2O

海水綜合利用聯(lián)合工業(yè)體系一例p92由于鎂很活潑，是還原性很強(qiáng)的金屬，所以加熱時能與許多氣體物質(zhì)反應(yīng)。如空氣、二氧化碳、氮?dú)獾?，但不與氫氣和稀有氣體反應(yīng)。練習(xí)鎂粉是焰火、閃光粉中不可缺少的原料,工業(yè)制造鎂粉是鎂蒸氣在氣體中冷卻,下列可做冷卻劑的是(1)空氣(2)CO2(3)Ar(4)H2(5)N2A.(1)(2)

B.(2)(3)C.(3)(4)

D.(4)(5)

C2.下列敘述中所描述的物質(zhì)一定是金屬元素的是

A．易失去電子的物

B．原子最外層只有一個電子的元素

C．單質(zhì)具有金屬光澤的元素

D．第三周期中，原子的最外層上只有

2個電子的元素D3.鋁加入下列物質(zhì)中會產(chǎn)生氣體的是A．熔融NaOH

B．KOH溶液C．Na2O2

固體

D．Na2O2和水4.鋁熱劑中鋁的作用是

A．催化劑

B．氧化劑

C．還原劑

D．填充劑BDC5.下列冶煉金屬的反應(yīng)，一定是置換反應(yīng)的是

A．熱分解法B．電解法

C．鋁熱法煉鐵D．高爐煉鐵C6.下列說法中不正確的是

A．金屬的冶煉原理，就是利用氧化還原反應(yīng)原理，用還原劑在一定條件下將金屬從礦石中還原出來

B．冶煉金屬時，必須加入一種物質(zhì)作為還原劑

C．金屬由化合態(tài)變?yōu)橛坞x態(tài)，都是被還原

D．金屬單質(zhì)被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用得越早，其活動性一般較弱AB7.下列冶煉金屬的反應(yīng)，一定是分解反應(yīng)的是（）

A．熱分解法B．電解法

C．鋁熱法煉鐵D．高爐煉鐵AB8.列金屬冶煉方法與其他三種不同的是

A．FeB．KC．MgD．AlA9.下列海洋資源中屬于可再生資源的是

A．海底石油、天然氣B.潮汐能

C.濱海砂礦D.錳結(jié)核10.下列哪種方法不能實(shí)現(xiàn)海水的淡化

A．蒸餾法B．電滲析法

C．離子交換法D．電解法BD11.下列屬于海水化學(xué)資源利用的是

A．海水淡化B．海水提鹽

C．海水提溴D．海水發(fā)電12.用H2做還原劑和用金屬做還原劑相比較，所得金屬的純度

A．用H2高B．用金屬的高

C.二者相同D．無法比較用H2還原的產(chǎn)物是金屬和水，水受熱揮發(fā)，只得到金屬；用金屬還原所得的是混合物（金屬與金屬的化合物）。BCA證明海帶中含有碘，有以下步驟①灼燒海帶至完全生成灰，停止加熱，冷卻；②在濾液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入幾滴淀粉溶液；③用剪刀剪碎海帶，用酒精潤濕，放入坩堝中；④海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯，加蒸餾水，攪拌、煮沸、過濾.(1)合理的步驟是____________(2)證明含碘的步驟是_______,現(xiàn)象是_____________________,反應(yīng)的離子方程式是__________________________③①④②②滴入淀粉溶液，溶液變藍(lán)2I-+2H++H2O2I2+2H2O

=

【解析】活潑金屬K、Ca、Na、Mg、Al等用電解法冶煉，中等活潑金屬Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用熱還原法冶煉，不活潑金屬Hg、Ag利用熱分解法冶煉，故A、B、D正確，C錯誤?！敬鸢浮?/p>

C【規(guī)律方法】選擇金屬冶煉的方法要依據(jù)金屬在自然界中的存在形態(tài)和金屬的活潑性。金屬活動性順序表中，金屬的位置越靠前越難被還原，金屬的位置越靠后越容易被還原。變式訓(xùn)練1金屬鋰是密度最小的金屬，等質(zhì)量的金屬鋰能釋放出更多的電子，故常用來制造高能量電池。已知鋰的金屬性介于鈉和鎂之間，則下列能冶煉出金屬鋰的方法是(

)A．電解法B．熱還原法C．熱分解法

D．鋁熱法解析：選A?？梢愿鶕?jù)金屬活動性與金屬冶煉方法之間的聯(lián)系來推斷，鋰的金屬性介于鈉和鎂之間，應(yīng)該與鈉、鎂的冶煉方法相同，即用電解法。用如圖所示的裝置做鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，回答下列問題：例2(1)寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：

_________________________________，在該反應(yīng)中________是氧化劑，________是還原劑，該反應(yīng)稱為________反應(yīng)。(2)選出該實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(把序號填寫在橫線上)：____________________________。①鎂帶劇烈燃燒；②放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的光芒，火星四射；③紙漏斗的下部被燒穿；④有紅熱狀態(tài)的液珠落入蒸發(fā)皿內(nèi)的細(xì)沙上，液珠冷卻后變?yōu)楹谏腆w。(3)寫出下列操作或物質(zhì)的作用：內(nèi)層紙漏斗底部剪一個孔：______________________；蒸發(fā)皿盛沙：______________________________；鎂帶：____________________；氯酸鉀：____________________。【思路點(diǎn)撥】解答該題應(yīng)注意以下三點(diǎn)：(1)鋁熱反應(yīng)為典型置換反應(yīng)，條件為高溫。(2)鋁熱反應(yīng)中鋁熱劑為Al粉(還原劑)和金屬氧化物(氧化劑)，引燃劑為KClO3。(3)鋁熱反應(yīng)放出大量的熱量。【誤區(qū)警示】鋁熱反應(yīng)是利用鋁的強(qiáng)還原性，在高溫下將相對不活潑且熔點(diǎn)高的金屬從其金屬氧化物中還原出來，因此只有Al和比Al活動性弱的金屬形成的氧化物組成的混合物才能稱之為鋁熱劑，如Al和MgO組成的混合物不能稱之為鋁熱劑。變式訓(xùn)練2

(2011年珠海高一檢測)用鋁熱法還原下列氧化物，制得金屬各1mol，消耗鋁最少的是(

)A．二氧化錳

B．三氧化鎢C．三氧化二鉻

D．四氧化三鐵解析：選D。首先寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式，根據(jù)制得金屬各1mol列比例式求解；或者是根據(jù)1mol鋁失去3mol電子，由電子守恒得，金屬氧化物中金屬的化合價最低者消耗的鋁最少。例3(1)實(shí)驗(yàn)操作③的名稱是____________，所用主要儀器名稱為____________。(2)提取碘的過程中，可供選擇的有機(jī)試劑是________(填序號)。A．酒精(沸點(diǎn)78℃)B．四氯化碳(沸點(diǎn)77℃)C．甘油(沸點(diǎn)290℃)D．苯(沸點(diǎn)80℃)(3)在操作②中，溶液中生成少量ICl(ICl的性質(zhì)類似于氯氣)，為消除此雜質(zhì)，使碘全部游離出來，應(yīng)加入適量(填序號)________溶液，反應(yīng)的離子方程式為_______________________________。A．KIO3B．HClOC．KID．Br2(4)利用碘的有機(jī)溶液得到單質(zhì)I2的方法是________?！舅悸伏c(diǎn)撥】解答該題應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：(1)結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮土鞒虉D中的信息，理清每一步操作或變化的目的。(2)聯(lián)系鹵素單質(zhì)的性質(zhì)推理。【解析】從碘水中提取碘單質(zhì)應(yīng)加入有機(jī)萃取劑如苯、四氯化碳，酒精和甘油均溶于水，不能作萃取劑，然后在分液漏斗中分液即得到碘的有機(jī)溶液，再從碘的有機(jī)溶液中提取碘并回收溶劑，采用水浴加熱蒸餾，其中在操作②中，為使少量的ICl中的碘全部游離出來，應(yīng)加入還原劑，故只有C項(xiàng)符合，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為ICl＋KI===I2＋KCl?！敬鸢浮?/p>

(1)萃取、分液分液漏斗(2)BD(3)C

ICl＋I(xiàn)－===I2＋Cl－(4)蒸餾變式訓(xùn)練3海水中溴元素以Br－形式存在，工業(yè)上用空氣吹出法從海水中提取溴的工藝流程如圖所示：(1)步驟①反應(yīng)的離子方程式是_________________________________。(2)步驟③反應(yīng)的化學(xué)方程式是_______________________________________，從理論上考慮，下列也能吸收Br2的是______________________________。A．NaOHB