開發(fā)利用金屬礦物和海水資源(第一二課時)

第四章化學與自然資源的開發(fā)利用第1節(jié)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源青銅時代鐵器時代近代冶煉（鋁的應(yīng)用）穿越時空1、中國使用金屬的歷史也是金屬的冶煉史，其中經(jīng)歷了哪些時代？思考：2、人類冶煉和使用金屬的順序是一種歷史巧合還是歷史的必然？輝銅礦Cu2S青銅時期中國始于3800年前，興于商周時期。主要用于制禮器、樂器、兵器。

制陶工藝后期改進了窯的結(jié)構(gòu)，加深了火膛，縮小了火口使空氣更加充足，溫度更高。這時無意中聞到了刺激性氣味的氣體，發(fā)現(xiàn)了金屬銅。原來是因為建窯的過程中用到了輝銅礦。根據(jù)資料寫出制出銅的反應(yīng)？Cu2S+O22Cu+SO2

高溫殷墟考古發(fā)現(xiàn)，3000多年前我國古代勞動人民就掌握了孔雀石煉銅工藝，他們將孔雀石，主要成分Cu2（OH）2CO3和木炭一起加熱就可得到紅色的金屬銅．請你寫出化學反應(yīng)原理孔雀石Cu2(OH)2CO3Cu2(OH)2CO3

＝2CuO+H2O+CO2↑孔雀石C+2CuO==CO2↑+2Cu高溫青銅時期秦始皇地宮埋“水銀”之謎

《史記》記載：始皇陵有大量水銀。地質(zhì)學家先后兩次來始皇陵采樣。發(fā)現(xiàn)始皇陵封土土壤樣品中果然出現(xiàn)“汞異?！薄？茖W家由此得出初步結(jié)論:《史記》中關(guān)于始皇陵中埋藏上百噸汞的記載是可靠的。地宮埋“水銀”的千古謎案終于解開了。單質(zhì)的汞，在自然界中是極為罕見的。為什么兩千多年前就能得到上百噸的水銀呢？汞礦(HgO)秦始皇陵墓世界文化遺產(chǎn)青銅時代2HgO2Hg＋O2↑加熱煉丹術(shù)起于戰(zhàn)國興于漢初

經(jīng)常聽說武俠小說中有“九轉(zhuǎn)大還丹”吃了能起死回生。實際上所謂“九轉(zhuǎn)”是將天然丹砂（HgS）在空氣中加熱煉成水銀，再將水銀和硫混合后放在密閉的鼎中升煉成純的硫化汞，硫化汞再加熱煉成水銀，水銀再煉成硫化汞如此反復九次，就煉成了“九轉(zhuǎn)大還丹”。上述材料中發(fā)生了什么反應(yīng)？HgS+O2==Hg+SO2

Hg+S=HgS加熱青銅時代

古代阿拉伯人曾傳說“天上的金雨落進沙漠里變成了黑色的鐵”。新疆隕鐵南極洲隕鐵鐵器時代距今約2000年西漢初懂得用木炭和鐵礦石混合高溫冶煉生鐵南宋末年的工匠有掌握了用焦炭煉鐵古代中國勞動人民用木炭煉鐵

我國古代煉鐵工業(yè)長期領(lǐng)先于世界，我國在西漢初時已經(jīng)懂得將鐵礦石（Fe2O3）和木炭一層一層的堆放在煉鐵爐中，點火燃燒產(chǎn)生CO從而使鐵礦石中的鐵還原為單質(zhì)。領(lǐng)先歐洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭煉鐵，而歐洲最早的英國直到500年后（相當于清朝乾隆末年），才掌握這一技術(shù)。鐵器時代Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2

高溫

宋代時期，人們發(fā)現(xiàn)江西上饒有一口苦泉，蒸發(fā)這種苦泉水會得到膽礬，熬苦泉水的鐵鍋用久了會變成銅鍋。這就是最早的濕法煉銅請寫出該反應(yīng)的離子方程式

。Fe＋Cu2+＝Cu＋Fe2+鐵器時代最早的濕法煉銅為什么出現(xiàn)在鐵器時代呢？

100多年前，為了表彰門捷列夫?qū)瘜W的杰出貢獻，英國皇家學會不惜重金制作了一個比黃金還要貴重的獎杯——鋁杯，贈送給門捷列夫。思考：為什么這個時期鋁比金還貴重呢？近代鋁的冶煉19世紀后期到20世紀初

由于早期煉鋁十分困難，所以鋁的價格十分昂貴，一度超越金銀之上，直至19世紀上半葉，鋁還是歐洲許多高級珠寶店的高檔貨。這也是鋁在地殼中含量比銅、鐵多，而應(yīng)用比銅、鐵晚的多的原因。自從美國青年化學家霍爾發(fā)明電解制鋁法后，制鋁工藝不斷改進，現(xiàn)在人們已經(jīng)熟練掌握了從鋁土礦（主要成分是Al2O3）中冶煉鋁的技術(shù)，使得制鋁成本大大下降，使鋁走入千家萬戶。近代鋁的冶煉2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑電解冰晶石鋁土礦（2）熱分解法（適合一些不活潑金屬）2HgO===2Hg+O2↑加熱2Ag2O===4Ag+O2↑加熱3、金屬冶煉的方法（1）物理提取法：適用于極不活潑的金屬——Pt、Au（3）熱還原法（適用于大部分金屬）CuO+H2===Cu+H2O△Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高溫金屬冶煉的原理在現(xiàn)代應(yīng)用火車道上的鋼軌有了縫隙怎么辦？鋁熱反應(yīng)實驗4－1注意觀察現(xiàn)象反應(yīng)現(xiàn)象：鎂條劇烈燃燒，放出大量熱，發(fā)出耀眼白光，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

鋁——還原劑（活潑金屬——可作還原劑）3MnO2+4Al===3Mn+2Al2O3高溫Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高溫3Co3O4+8Al===9Co+4Al2O3高溫其它的鋁熱反應(yīng)：應(yīng)用：(1)焊接鋼軌，(2)冶煉金屬。（4）電解法（適合一些非?；顫娊饘伲㎝gCl2(熔融)===Mg+Cl2↑電解2Al2O3(熔融)===4Al+3O2↑電解冰晶石2NaCl(熔融)===2Na+Cl2↑電解

今天鋁的產(chǎn)量已經(jīng)僅次于鋼鐵了，鋁及鋁合金成為現(xiàn)代文明不可缺少的金屬，鋁在工業(yè)上被稱為“鋼精”，是因為它的合金不但輕，而且強度足以替代鋼鐵，鋁除了用于建材之外，還被用于航天工業(yè)，如我國第一顆人造衛(wèi)星東方紅一號，外殼全部用鋁合金制成，美國的阿波羅—11號，宇宙飛船所用的金屬材料中，鋁及合金75%左右，可以說人類送上太空的金屬中，鋁是最多的了。注意：正常人的人體，每70公斤體重約含61毫克鋁。

但鋁攝入過多卻是對人體有害的，經(jīng)研究表明，鋁元素能滲入人腦，與神經(jīng)元細胞釋放出來的具有傳遞信息功能的有機堿反應(yīng)，導致神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信息受阻，引起老年癡呆。鎂在地殼中含量只有鋁的四分之一，而且鎂比鋁更加活潑，所以要想礦物質(zhì)中獲取鎂，代價比鋁更高。Mg海洋中含有大量的氯化鎂，海水又咸又苦。咸是因為含有氯化鈉，苦是因為含有氯化鎂，同樣道理，粗鹽易潮解是因為其中含有較多的氯化鎂，而氯化鎂易吸水。據(jù)估算，假如每年從海水中提取1億噸鎂再過一百萬年，海水中鎂的含量也只會從目前的0.13%降低到0.12%，即只減少了萬分之一?？芍^取之不盡，用之不竭。KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu電解法熱還原法熱分解法物理方法2、金屬活動性順序與金屬的冶煉的關(guān)系?3、為什么不同的金屬冶煉方法不同呢？1、金屬冶煉的實質(zhì)是什么？KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg金屬活動性（還原性）：強弱電解法熱還原法熱分解法KCaNaMgAl

ZnFeSnPb（H）Cu

HgAg離子的氧化性弱強KCaNaMgAl

ZnFeSnPb(H)Cu

HgAgPtAu電解法熱還原法熱分解法物理提取法

地球上的金屬礦物資源是有限的，金屬冶煉常會消耗許多能量，也易造成環(huán)境污染。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

以金屬鋁為例，首先生產(chǎn)1噸金屬鋁至少要消耗4噸鋁土礦。如果廢舊的鋁能夠回收利用，每年就將減少鋁土礦消耗量約5000萬噸，這對保護鋁土礦資源有極為重要的意義。其次，利用廢舊鋁生產(chǎn)1噸鋁與用鋁土礦生產(chǎn)1噸鋁相比，可以節(jié)省95％以上的能源，其節(jié)能效果非常顯著。另外，再生鋁生產(chǎn)可比生產(chǎn)原鋁減少二氧化碳排放量90%以上，環(huán)保效益十分顯著。節(jié)約資源愛護環(huán)境從我做起討論探究1、和同學們討論哪些舉手之勞可以節(jié)約資源保護環(huán)境？2、常見的金屬物品的使用壽命如何？失去使用價值的廢舊金屬制品是如何處理的？練習1、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2、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

第一節(jié)開發(fā)利用金屬資源和海水資源二、海水資源的開發(fā)和利用

為什么日韓在獨島問題上互不相讓?問題與討論：

韓國方面稱獨島，日本方面稱竹島。面積為18.6平方千米，四周海域是一片豐饒的漁場，海底還蘊藏著比較豐富的油氣田。

問題與討論

海水中蘊含著豐富的水資源和化學資源，21世紀人類將重點開發(fā)海洋資源。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資源海洋中的礦產(chǎn)資源海水資源的利用海水水資源的利用海水化學資源的利用1、從海水中提取淡水——海水淡化

海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。

海水蒸餾原理示意圖進出原理：加熱到水的沸點，液態(tài)水變?yōu)樗魵馀c海水中的鹽分離，水蒸汽冷凝得到淡水。太陽能蒸發(fā)海水示意圖：

2、海水曬鹽（煮海為鹽）海水提鎂的步驟為：貝殼生石灰石灰乳氫氧化鎂氯化鎂鎂寫出有關(guān)的化學反應(yīng)方程式：

a、

；

b、

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c、

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d、

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e、

。煅燒a水b海水cde

科學探究：如何證明海帶中有碘離子？閱讀P91實驗4-2化學方程式：2KI+H2O2+H2SO4===I2+K2SO4+2H2O海帶提碘：海帶海帶灰溶解過濾灼燒殘渣含I-的溶液稀H2SO4H2O2含I2的溶液含I2的有機溶液萃取證明海帶中含有碘，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2I-+2H++H2O2I