1、第八章化学与可持续发展第一节自然资源的开发利用第1课时金属矿物、海水资源的开发利用一、自然资源一、自然资源1分类分类2可持续发展可持续发展经济可持续发展、社会可持续发展资源可持续发展、环境可持续发展1992年6月于巴西里约热内卢举行的联合国环境与发展大会二、金属矿物的开发利用二、金属矿物的开发利用1金属元素金属元素的存在形式的存在形式金铂金、铂等极少数金属元素以单质的形式存在于自然界中。辉铜矿(Cu2S)赤铁矿(Fe2O3)闪锌矿(立方ZnS)菱镁矿（MgCO3）孔雀石Cu2(OH)2CO3方铅矿(PbS)绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界中2金属元素金属元素不同存在形式的原因不同存在
2、形式的原因金属活动性顺序：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au金属活泼性逐渐减弱化合态游离态3冶炼冶炼金属的方法金属的方法将金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料的过程。原理： Mn+(化合态) M(游离态) +ne-得到电子，被还原（1）金 铂物理方法2HgO 2Hg+O22Ag2O 4Ag+O2（2）不活泼金属热分解法（3）活泼金属电解法2Al2O3(熔融) 4Al+3O2电解冰晶石2NaCl(熔融) 2Na+Cl2电解冰晶石：降低氧化铝的熔化温度MgCl2(熔融) Mg+Cl2电解（4）其他金属高温还原法Fe2O3+3CO 2F
3、e+3CO2高温CuO+H2 Cu+H2O高温实验：铝热反应一些活泼金属也可做还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。铝热反应铝热反应反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。引燃剂：镁条助燃剂：氯酸钾化学方程式：Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3高温应用：利用铝热反应焊接钢轨。冶金工业中，冶炼钒、铬、锰等金属。化学方程式：Cr2O3+2Al 2Cr+Al2O3高温3MnO2+4Al 3Mn+2Al2O3高温为什么不同的金属冶炼方法不同？不同金属离子得电子能力不同。思考思考交流交流原理： Mn+(化合态) M(游离态) +
4、ne-得到电子，被还原金属活动性顺序：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au电解法热还原法 常用还原剂： C、CO、H2、Al热分解法 物理提取法为什么人类使用铁器比使用铜器晚？思考思考交流交流金属使用的先后顺序与金属冶炼难易有关。金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，越容易被还原，用一般的还原方法就能使金属还原。金属的位置越靠前，越难被还原。金属的冶炼历史青铜时代古法炼铜铁器时代古法炼铁近代冶炼钾、钠、镁、铝的冶炼常见金属的冶炼原理常见金属的冶炼原理金属金属冶炼原理冶炼原理FeCuMgAlNaCu2S+O2 2Cu+SO2（火法炼铜）高温Fe+
5、CuSO4 FeSO4+Cu（湿法炼铜）Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2（高炉炼铁）高温Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3（铝热法炼铁）高温2Al2O3(熔融) 4Al+3O2电解冰晶石2NaCl(熔融) 2Na+Cl2电解MgCl2(熔融) Mg+Cl2电解4金属金属资源利用的可持续发展资源利用的可持续发展(1)提高金属矿物的利用率(2)开发环保高效的金属冶炼方法(3)防止金属腐蚀(4)加强废旧金属的回收和再利用(5)使用其他材料代替金属材料计算表明，生产1 mol铝消耗的电能至少为1.8106 J，回收铝制饮料罐得到铝与从铝土矿制铝相比，前者的能耗仅为后者的3%5%。通过对上述数据
6、的分析和比较，结合图1和图2，你想到了什么？请将你的想法与同学交流。图1图2思考思考与讨论与讨论1实际过程中必须考虑投入与产出，要 考虑成本。2加强废旧金属的回收和再利用是合理 开发和利用金属资源的重要途径。3必须考虑废弃物的处理和生产对环境 的影响，形成绿色化学观念和可持续 发展意识。图1图2金属矿物的开发利用冶炼金属的原料冶炼金属的方法金属资源利用的可持续发展金属在自然界的存在形态冶炼原理与方法主要途径生产实际很不活泼的金属物理提取法不活泼的金属热分解法活泼的金属热还原法很活泼的金属电解法小结小结海洋约占地球表面积的71%。海洋中水的储量约为1.31018吨，约占地球上总水量的97%。从太
7、空观察地球，会看到地球上有七片陆地“漂浮”在一大片蓝色的海洋之中。由于与岩石、大气和生物的相互作用，海水中溶解和悬浮着大量的无机物和有机物。海水中主要含有H、O元素，还含有丰富的Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等多种元素。二、海水资源的开发利用二、海水资源的开发利用海水资源海水资源化学资源水资源新型能源1海水海水水资源的水资源的利用利用海水淡化的方法主要有：蒸馏法电渗析法离子交换法最先使用，技术成熟，但成本高成本低，但未能大量生产目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂主要包括海水淡化和直接利用海水进行循环冷却。方法方法原理原理蒸馏法将海水加热至沸腾汽化，然后将蒸气冷凝
8、而得到蒸馏水电渗析法在外加直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到除盐的目的离子交换法用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂除去海水中的阴离子、阳离子，得到去离子水2海水海水中化学资源的利用中化学资源的利用（1）海水制盐侯德榜（化学家）侯氏制碱法流程图煅烧炉合成氨沉淀池CO2NH3NH3母液食盐水CO2NH4ClNaClNa2CO3循环循环（2）海水提溴（吹出法）海水氧化室吹出塔吸收塔蒸馏塔 冷凝器Br2SO2和H2OCl2和H2O酸和Cl2空气溴 的 富 集（2）海水提溴（吹出法）氧化：2Br- + Cl2 Br2+2Cl-吸收
9、：2H2O + Br2+SO2 +2Br- +4H+24SO（3）海水提镁石灰乳溶液Mg(OH)2沉淀盐酸MgCl2溶液Mg无水MgCl2熔融 电解海水(含Mg2+)过滤就地取材贝壳(CaCO3)（3）海水提镁CaCO3 CaO+CO2 CaO+H2O Ca(OH)2MgCl2+Ca(OH)2 Mg(OH)2+CaCl2Mg(OH)2+2HCl MgCl2+2H2OMgCl2(熔融) Mg+Cl2电解海带海带灰浸泡过滤灼烧残渣含I-的溶液稀H2SO4 H2O2含I2的溶液含I2的有机溶液萃取2H+2I-+H2O2 I2+2H2O或Cl2+2I - 2Cl-+I2氧化（4）海水提碘如何验证海带中
10、含有碘元素？海带中含有碘元素的检验：实验原理：2H+2I-+H2O2 I2+2H2O 淀粉遇碘单质变蓝实验步骤：思考思考与讨论与讨论小结小结三、从海水中获取能量三、从海水中获取能量1从海水提取铀和重水，用于核能开发。2 开发潮汐能、波浪能等新型能源。1A金属的活泼性大小 B金属在地壳中的含量多少C金属的化合价高低D金属的导电性强弱K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au电解法热还原法热分解法物理提取法巩固练习巩固练习A2A热分解法 B热还原法 C置换法 D淘取法 巩固练习巩固练习HgS Hg+SA3AMnO2 BWO3CCr2O3DCo3O4巩固
11、练习巩固练习D制得1 mol Co转移 mol e-38制得1 mol Mn转移4 mol e- 制得1 mol W转移6 mol e-制得1 mol Cr转移3 mol e-4(2)利用下图装置完成铝热反应实验。该铝热反应的化学方程式是_。 (3)工业上根据铝热反应的原理，用铝和软锰矿(MnO2)冶炼锰，反应的化学方程式是 _。巩固练习巩固练习A3MnO2+4Al 3Mn+2Al2O3高温Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3高温5海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法正确的是（ ）A海水中含有钾元素，只需经过物理变化就能得到钾单质B海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化C从
12、海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备NaD利用潮汐发电是将化学能转化为电能C巩固练习巩固练习6海水中溴元素以Br形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程图如右所示：(1)步骤反应的离子方程式是 。(2)步骤反应的化学方程式是 。(3)步骤中，用热空气将Br2吹出，利用溴的性质为 ，从步骤到步骤的目的是 。2BrCl2=Br22ClSO2Br22H2O = H2SO42HBr易挥发将溴浓缩，提高Br2的提取率巩固练习巩固练习(4)从理论上考虑，下列物质也能充分吸收Br2的是_(填字母)。ANaOH BFeCl2 CNa2SO3 DH2OABC(5)步骤蒸馏过程中，温度应控制在8090 。温度过高或过低都不利于生产，若温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水分增加；若温度过低，则 。溴不能完全蒸出，产率太低巩固练习巩固练习
