1、第四章 化学与自然资源的开发利用人教版必修人教版必修2 2 化学研究和应用在自然资源的合理开发和综合利用中发挥化学研究和应用在自然资源的合理开发和综合利用中发挥着重要的作用。利用化学变化，可以改变物质原有的组成、着重要的作用。利用化学变化，可以改变物质原有的组成、结构，使之具有更加优异的性质和功能；可以合成自然界原结构，使之具有更加优异的性质和功能；可以合成自然界原本没有的物质；可以开发人类社会发展所需的能源；还可以本没有的物质；可以开发人类社会发展所需的能源；还可以不断地扩大可利用自然资源的范围；等等。化学在提高资源不断地扩大可利用自然资源的范围；等等。化学在提高资源的利用率、保护自然环境等
2、方面也同样发挥着重要作用。的利用率、保护自然环境等方面也同样发挥着重要作用。第一节第一节 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源黄铜矿黄铜矿赤铁矿赤铁矿铝矿铝矿锰矿锰矿钨矿钨矿锌矿锌矿自然资源与可持续发展自然资源与可持续发展 广义地讲，所谓自然资源，是指在一定时间、地点广义地讲，所谓自然资源，是指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。可持续发展的目标福利的自然环境因素和条件的总称。可持续发展的目标是满足人类需要，强调人类的行为要受到自然界的制约、是满足人类需要，强调人类的行为
3、要受到自然界的制约、强调代际之间、人类和其它生物种群之间、不同国家和强调代际之间、人类和其它生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。它包括经济的可持续发展，社会不同地区之间的公平。它包括经济的可持续发展，社会的可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展和全的可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展和全球可持续发展。球可持续发展。思考：思考：1.1.金属冶炼指什么？金属冶炼指什么？2.2.为什么不同金属的冶炼方法不同？为什么不同金属的冶炼方法不同？3.3.金属活动性顺序与金属冶炼有什么关系？金属活动性顺序与金属冶炼有什么关系？阅读教材P88一、金属矿物的开发和利用一、金属矿物的开发和利用思
4、考与交流：请同学们列举出常见金属的名称？这些金属以何种形式存在于自然界中？金属元素种类多，分布广，活动性差别大，在自金属元素种类多，分布广，活动性差别大，在自然界的存在形式各异，少数不活泼金属以游离态存在然界的存在形式各异，少数不活泼金属以游离态存在（如金和铂等），多数金属以化合态存在。人们在生（如金和铂等），多数金属以化合态存在。人们在生活和生产中使用的金属材料多是活和生产中使用的金属材料多是合金合金或或纯金属纯金属，这就，这就需要把金属从矿石中提炼出来，提炼的过程就是金属需要把金属从矿石中提炼出来，提炼的过程就是金属的冶炼过程。的冶炼过程。将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材
5、料的过程，在工业上称为金属的冶炼。金属冶炼的步骤：第一步：矿石的富集。除去杂质，提高矿石中有用成分含量。第二步：冶炼。利用氧化还原反应，在一定条件下，把金属离子还原成单质。第三步：精炼。采用一定方法，提炼纯金属。大多数金属矿石里含大多数金属矿石里含有杂质，如石英、石灰有杂质，如石英、石灰石等，因此在冶炼金属石等，因此在冶炼金属时首先需要富集矿石。时首先需要富集矿石。在富集好的矿石中利在富集好的矿石中利用不同方法将金属还原用不同方法将金属还原出来，最后进行提纯。出来，最后进行提纯。(一一)金属冶炼的方法金属冶炼的方法1.热分解法热分解法2.电解法电解法 3.热还原法热还原法 4.物理提取法：物理
6、提取法：适用于极不活泼的金属：适用于极不活泼的金属：Pt、Au1.1.热分解法热分解法:适用于金属活动性顺序表中氢适用于金属活动性顺序表中氢以后的金属冶炼。以后的金属冶炼。2Ag2O=4Ag+O22HgO=2Hg+O22.2.电解法电解法:适用于钾、钙、钠、镁、铝等非常活适用于钾、钙、钠、镁、铝等非常活泼金属的冶炼。泼金属的冶炼。电解电解2NaCl（熔融）（熔融）=2Na+Cl2电解电解2Al2O3（熔融）（熔融）=4Al+3O2MgCl2（熔融）（熔融）=Mg+Cl2电解电解3.3.热还原法热还原法:适用于金属活动性顺序表中部的适用于金属活动性顺序表中部的金属冶炼。金属冶炼。原理：原理：在高
7、温下发生氧化还原反应，常用的还原剂有在高温下发生氧化还原反应，常用的还原剂有焦炭焦炭(C)(C)、一氧化碳、一氧化碳(CO)(CO)、氢气、氢气(H(H2 2)等，以及一些活等，以及一些活泼金属泼金属(如如Al)Al)也可做还原剂。也可做还原剂。Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2 高温高温利用热还原法冶炼的金属还有利用热还原法冶炼的金属还有:CuO+H2=Cu+H2O高温高温2CuO+C=2Cu+CO2 高温高温Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3高温高温 冶炼金属的实质冶炼金属的实质是用还原的方法使金属化是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。合物中的金属离子得到电子
8、变成金属原子。n+M得电子得电子ne-M（被还原）（被还原）(二二)不同金属冶炼方法的选择不同金属冶炼方法的选择金属活动性：金属活动性：强强弱弱K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法教材教材P89 表表4-1 常见金属的冶炼原理常见金属的冶炼原理Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2(高炉炼铁高炉炼铁)金属金属冶炼原理冶炼原理FeCuMgAlNaFe2O3+3Al 2Fe+Al2O3(铝热法炼铁铝热法炼铁)Cu2S+O2 2Cu+SO2(火法炼铜火法炼铜)Fe+CuSO4 FeSO4+Cu(湿法炼铜湿法炼铜)MgCl2
9、(熔融熔融)Mg+Cl2Al2O3(熔融熔融)4Al+3O22NaCl(熔融熔融)2Na+Cl2高温高温高温高温高温高温电解电解电解电解电解电解冰晶石冰晶石实验探究实验探究铝热反应：铝热反应：1.实验步骤实验步骤2.实验现象实验现象3.实验原理实验原理注：注：(1)(1)镁条、氯酸钾的作用镁条、氯酸钾的作用引燃剂引燃剂 (2)Al(2)Al和和FeFe2 2O O3 3的混合物称为的混合物称为“铝热剂铝热剂”反应现象：反应现象：2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3高温高温 镁条剧烈燃烧，放出一定的热量，镁条剧烈燃烧，放出一定的热量，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生使氧化铁粉末和铝粉在较高温
10、度下发生剧烈的反应。剧烈的反应。反应放出大量的热，并发反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒。纸漏斗的下部被烧穿，出耀眼的光芒。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，待熔融物冷却后，除去外层熔渣，仔细观察，可以发现落除去外层熔渣，仔细观察，可以发现落下的是铁珠。下的是铁珠。反应原理：反应原理：在高温下，在高温下，Al作还原剂，将金属氧化物中的金属迅作还原剂，将金属氧化物中的金属迅速置换出来，并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔速置换出来，并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态易于和融态易于和Al2O3分离。分离。铝热反应的应用铝热反应的应用你能总结出铝热反应的规
11、律吗？你能总结出铝热反应的规律吗？铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨等。在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝与金属轨等。在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝与金属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等高熔点的金属。氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等高熔点的金属。3MnO2+4Al=3Mn+2Al2O3高温高温Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3高温高温3Co3O4+8Al=9Co+4Al2O3高温高温铝热反应的应用铝热反应的应用焊接钢轨焊接钢轨冶炼高熔点的金属冶炼高熔点的金属10Al+3V2O5 5 Al2O3+6 V 高温高温其它的铝热反应其它的铝热
12、反应(三三)金属的回收金属的回收金属回收的意义金属回收的意义节约矿物资源；节约矿物资源；节约能源；节约能源；减少环境污染减少环境污染金属回收的实例金属回收的实例废旧钢铁用于炼钢；废旧钢铁用于炼钢；废铁屑用于制铁盐；废铁屑用于制铁盐；定影液用于回收银定影液用于回收银金属的回收和资源保护金属的回收和资源保护合理开发和利用矿物资源，主要途径有：合理开发和利用矿物资源，主要途径有：1、提高金属矿物的利用率、提高金属矿物的利用率2、减少金属的使用量、减少金属的使用量3、加强金属资源的回收和再利用、加强金属资源的回收和再利用4、使用其他材料代替金属材料、使用其他材料代替金属材料 1、下列各种冶炼方法中，可
13、以制得相应金、下列各种冶炼方法中，可以制得相应金属的是（属的是（）A、加热氧化铝、加热氧化铝 B、加热碳酸钙、加热碳酸钙C、电解熔融氯化钠、电解熔融氯化钠 D、氯化钠与铝粉高温共热、氯化钠与铝粉高温共热2、根据金属在金属活动顺序表中的位置、根据金属在金属活动顺序表中的位置及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：Na Zn Hg Au C电解法电解法加热还原法加热还原法加热分解法加热分解法物理提取法物理提取法二、海水资源的开发和利用二、海水资源的开发和利用 海洋约占地球表面积的71%，具有十分巨大的开发潜力。仅以海水资源为例，海水水资源的利用和海水化学资源的利
14、用具有非常广阔的前景。为什么中日在钓鱼岛问题上互不相让?钓鱼岛又称钓鱼台、钓鱼台群岛、钓鱼台列岛（日本钓鱼岛又称钓鱼台、钓鱼台群岛、钓鱼台列岛（日本人称其为人称其为“尖阁列岛尖阁列岛”），位于中国东海大陆架的东部边），位于中国东海大陆架的东部边缘，在地质结构上是附缘，在地质结构上是附属于台湾的大陆性岛屿。属于台湾的大陆性岛屿。钓鱼列岛钓鱼列岛周围海域面积约为周围海域面积约为1717万平方公里，相当于万平方公里，相当于5 5个台湾本岛面积。个台湾本岛面积。钓鱼诸岛及其附近海域，不仅蕴藏有大量石油资源，在其钓鱼诸岛及其附近海域，不仅蕴藏有大量石油资源，在其他方面也有巨大的经济价值。他方面也有巨大的
15、经济价值。问题与讨论问题与讨论 海水中蕴含着丰富的水资源和化学资源，海水中蕴含着丰富的水资源和化学资源，未来未来人人类将重点开发海洋资源。类将重点开发海洋资源。1、海水资源 海洋约占地球表面积海洋约占地球表面积71%海洋中的资源海洋中的资源：动物动物:（鱼类、海狮、海马、贝类（鱼类、海狮、海马、贝类 植物植物:（海草、海带（海草、海带 矿物矿物:（各种盐、（各种盐、NaCl、MgCl2、海底金属结核矿、石、海底金属结核矿、石油油 水水 :海水中的水约海水中的水约1.3X109 亿吨亿吨,占地球总水量占地球总水量97%还含有还含有80多种元素多种元素二、海水资源的开发和利用二、海水资源的开发和利
16、用1、海水水资源的利用海水淡化的方法海水淡化的方法:蒸蒸 馏馏 法法（最先使用，技术成熟，但成本高）（最先使用，技术成熟，但成本高）电渗析法电渗析法（成本低，但未能大量生产）（成本低，但未能大量生产）离子交换法离子交换法（目前正迅速发展，但需要不断（目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂）更新离子交换树脂）大连石化公司海水淡化处理大连石化公司海水淡化处理海水过滤器海水过滤器经处理后海水就变成了经处理后海水就变成了可以饮用的纯净的水可以饮用的纯净的水 它是利用离子交换膜的选择透过性，在直流电它是利用离子交换膜的选择透过性，在直流电场的作用下使水中的离子有选择的定向迁移，使场的作用下使水中的离
17、子有选择的定向迁移，使溶液中阴阳离子发生分离的一种理化过程，由于溶液中阴阳离子发生分离的一种理化过程，由于其能耗低、产水量大、脱盐率高稳定性强等特点，其能耗低、产水量大、脱盐率高稳定性强等特点，现已被广泛的用于医药、电子、化工、食品、硬现已被广泛的用于医药、电子、化工、食品、硬水软化、海水淡化等方面。水软化、海水淡化等方面。电渗析法：电渗析法：-+2、海水水化学资源的开发利用 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，按含量计，H2O中的H、O两种元素，加上Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr等11种元素超过总量的99%，其他为微量元素，总计含
18、有80多种元素。虽然海水中元素的种类很多，总储量很大，但许多元素的富集程度却很低。例如，海水中金元素的总储量为5107t，而1t海水中的含量仅有410-6g。因此，海洋是一个远未完全开发的巨大化学资源宝库。2、海水水化学资源的开发利用 我国海水制盐具有优久的历史。目前，从海水中制得的氯化钠除食用外，还用作工业原料，如生产烧碱、纯碱、金属钠以及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工产品。从海水中制取镁、钾、溴及其化工产品，是在传统海水制盐工业上的发展。海水的综合利用海水制盐海水制盐生产生产NaCl NaCl的水溶液制的水溶液制NaOH 制金属制金属Na2NaCl+2H2O 电解电解 H2 +Cl2 +2N
19、aOH2NaCl（熔融）（熔融）电解电解 2Na+Cl2制制NaNa2 2COCO3 3从海水中提取溴从海水中提取溴2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 从海水中制从海水中制取取金属镁金属镁空气吹出法制溴的实验设计空气吹出法制溴的实验设计问题：问题：海水里有大量的海水里有大量的BrBr ，工业上需用，工业上需用BrBr2 2,实现该实现该 转化的原理是什么？转化的原理是什么？原理：原理：Br Br2加氧化剂加氧化剂 在实际生产Br2中，过程比较复杂，请设计制溴的步骤（根据书第91页资料卡片，用框图表示步骤，标出每步所加的物质）写出相关的化学反应方程式。思考与交流：思考与交流：空气吹出法制溴
20、步骤：空气吹出法制溴步骤：浓缩海水浓缩海水 产品溴产品溴 HBr 溴水溴水通入空气通入空气和水蒸气和水蒸气通入通入SO2通入通入Cl2通入通入Cl2将将Br2吹吹入吸收塔入吸收塔 化学反应方程式：化学反应方程式：2NaBr+Cl2=2NaCl +Br2 Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4 2HBr+Cl2=2HCl+Br2练习：海水是巨大的资源宝库，可以进行综合利用。从海水中提取食盐和溴的过程如下：海水NaClCl2浓缩海水淡水低浓度的Br2溶液含HBr等物质的溶液工业溴海水淡化通入空气吹出Br2，用SO2水溶液吸收通入适量Cl2，蒸馏(1)请写出一种海水淡化的方法 (2)步骤中获
21、得Br2的离子方程式为 (3)步骤用SO2水溶液吸收Br2，使溴蒸气转化为氢溴酸以达到富集的目的，其反应的化学方程式为 ，若反应中生成2mol HBr，则消耗 mol SO2。(4)根据上述反应判断SO2、Cl2、Br2三种物质氧化性由强到弱的顺序是 蒸馏法蒸馏法(或电渗析法、离子交换法等或电渗析法、离子交换法等)Cl2+2Br=Br2+2ClBr2+SO2+2H2O=H2SO4+2HBrCl2Br2SO21 从海水中制从海水中制取取金属镁金属镁化学反应化学反应方程式方程式：a.MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2 +CaCl2b.Mg(OH)2 +2HCl =MgCl2 +H2O c.
22、MgCl2 通通电电 Mg+Cl2 第二步：第二步：海水海水 Mg(OH)Mg(OH)2 2 盐酸、浓缩、脱水盐酸、浓缩、脱水 MgClMgCl2 2 电解电解 MgMg第一步：第一步：制石灰乳：贝壳制石灰乳：贝壳 煅烧煅烧 CaO CaO 水水 石灰乳石灰乳石灰乳石灰乳(在在HCl气流保护下加热气流保护下加热)1.从海水中提取下列物质,可以不涉及到化学变化的是()A Mg B NaCl C Br2 D K2.医生建议因缺少某种元素而患甲状腺肿大的病人多食用海带,这是因为海带中含有较丰富的()A 碘元素 B 铁元素 C 钾元素 D 锌元素BA3.从海水中提取镁的主要流程是()AA A 海水海水
23、Mg(OH)2 盐酸盐酸 MgCl2 电解电解 MgB B 海水海水 盐酸盐酸 MgClMgCl2 2 电解电解 MgMgC C 海水海水 NaOH NaOH Mg(OH)2 电解电解 MgMgD D 海水海水 Cl2 MgClMgCl2 2 电解电解 MgMg 4.海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：海水海水蒸发蒸发粗盐粗盐水、重结晶水、重结晶精盐精盐母液母液Mg(OH)2贝壳贝壳煅烧煅烧CaO水水石灰乳石灰乳盐酸、浓缩盐酸、浓缩MgCl26H2O脱水脱水MgCl2电解电解Mg(1)(1)若在空气中加热若在空气中加热MgCl26H2
24、O，生成的是，生成的是Mg(OH)Cl或或MgO，写出相应反，写出相应反应的化学方程式：应的化学方程式：(2)(2)Mg(OH)2 2沉淀中混有的沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去？写出实验步骤：应怎样除去？写出实验步骤：MgCl26H2O Mg(OH)Cl+HCl+5H2O 或或Mg(OH)Cl MgO+HCl加入加入MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤。溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤。4.海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：海水海水蒸发蒸发粗盐粗盐水、重结晶水、重结晶精盐精盐母液母液Mg(OH)2贝壳贝壳煅烧煅烧Ca
25、O水水石灰乳石灰乳盐酸、浓缩盐酸、浓缩MgCl26H2O脱水脱水MgCl2电解电解Mg(3)(3)实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的。作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的。溶解时：溶解时：过滤时：过滤时：蒸发时：蒸发时：搅拌，加速溶解搅拌，加速溶解引流，使滤液沿玻璃棒流入漏斗，防止外溅引流，使滤液沿玻璃棒流入漏斗，防止外溅搅拌，防止因局部过热而使液体或晶体飞溅搅拌，防止因局部过热而使液体或晶体飞溅教材教材P P9191 实验实
26、验4-24-2海带中提取碘的实验海带中提取碘的实验加氧化剂加氧化剂I-I2原理原理:用淀粉溶液检验，看它是否变蓝。用淀粉溶液检验，看它是否变蓝。检验检验I I2 2:过滤。操作时注意：一贴二低三靠。过滤。操作时注意：一贴二低三靠。问题问题:怎样分离溶液与不溶物，操作时应注意些怎样分离溶液与不溶物，操作时应注意些什么？什么？教材教材P P9191 实验实验4-24-2海带中提取碘的实验海带中提取碘的实验海带灼烧海带灼烧 溶解溶解 过滤过滤 制取制取I I2 2 检验检验在滤液中滴入几滴稀在滤液中滴入几滴稀H2SO4，再加入约，再加入约1mLH2O2。加加H2O2溶液变褐色溶液变褐色,加淀粉变蓝。
27、加淀粉变蓝。现象现象:2I-+2H+H2O2=I2+2H2O从海带中提取碘的步骤从海带中提取碘的步骤化学反应原理与实际应用有相当大的距离。化学反应原理与实际应用有相当大的距离。结论：结论：问题：问题：化学原理和实际应用只有一步之遥化学原理和实际应用只有一步之遥,对吗？对吗？练习：练习：海藻中含有丰富的碘元素海藻中含有丰富的碘元素(以以I形式存在形式存在)。实验室中提取碘的流程如下：。实验室中提取碘的流程如下：海藻海藻海藻灰海藻灰海藻灰海藻灰悬浊液悬浊液残渣残渣含碘离子含碘离子的溶液的溶液含碘的含碘的水溶液水溶液含碘的有含碘的有机溶液机溶液晶态碘晶态碘晒干晒干灼烧灼烧浸泡浸泡氧化氧化适量适量Cl
28、2后期处理后期处理(1)(1)实验操作实验操作的名称是的名称是 ，所用的主要仪器名称为，所用的主要仪器名称为 。(2)(2)提取碘的过程中，可供选择的有机试剂是提取碘的过程中，可供选择的有机试剂是 (填序号填序号)。A.酒精酒精(沸点沸点78)B.CCl4(沸点沸点77)C.甘油甘油(沸点沸点290)D.苯苯(沸点沸点80)萃取、分液萃取、分液分液漏斗分液漏斗BD练习：练习：海藻中含有丰富的碘元素海藻中含有丰富的碘元素(以以I形式存在形式存在)。实验室中提取碘的流程如下：。实验室中提取碘的流程如下：海藻海藻海藻灰海藻灰海藻灰海藻灰悬浊液悬浊液残渣残渣含碘离子含碘离子的溶液的溶液含碘的含碘的水溶
29、液水溶液含碘的有含碘的有机溶液机溶液晶态碘晶态碘晒干晒干灼烧灼烧浸泡浸泡氧化氧化适量适量Cl2后期处理后期处理(3)(3)在操作在操作中，溶液中生成少量中，溶液中生成少量ICl(IClICl(ICl的性质类似于氯气的性质类似于氯气)，为消除此性质，使，为消除此性质，使碘全部游离出来，应加入适量碘全部游离出来，应加入适量(填序号填序号)溶液，反应的离子方程式为：溶液，反应的离子方程式为：。A.KIO3 B.HClO C.KI D.Br2CICl+I =I2+Cl海水提海水提Mg海水晒盐海水晒盐Na的提取的提取溴碘的提取溴碘的提取教材教材P93习题习题44.镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的。主要步聚如下：海水(主要含NaCl和MgSO4等)溶液Mg(OH)2沉淀MgCl2溶液无水MgCl2Mg试剂试剂熔融电解(1)为了使MgSO4转化为Mg(OH)2，试剂可以选用 ，要使MgSO4完全转化为沉淀，加入试剂的量应 ；(2)加入试剂后，能够分离得到Mg(OH)2沉淀的方法是 ；(3)试剂可能选用 ；(4)无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl2，该反应的化学方程式为：；过量NaOH过滤盐酸MgCl2 Mg+Cl2通电
