1、第第 四四 章章化学与自然资源的开发利用化学与自然资源的开发利用第第 一一 节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考点分析考点分析1.以海水、金属矿物等资源的综合利用为例以海水、金属矿物等资源的综合利用为例，了，了解化学方法在实现物质间转化中的作用解化学方法在实现物质间转化中的作用。2.掌握掌握金属活动顺序表金属活动顺序表与与金属冶炼金属冶炼的关系的关系3.掌握海水掌握海水水资源水资源的利用与海水中的利用与海水中化学资化学资源源的的利用利用 你知道以下金属大概是什么你知道以下金属大概是什么年代被发现的吗？年代被发现的吗？黄金黄金：至今已有至今已有4000多年的历史。在古代，人
2、们刚知多年的历史。在古代，人们刚知道开采银矿时，由于当时人们取得的银的量很道开采银矿时，由于当时人们取得的银的量很小，使得它的价值比金还贵。小，使得它的价值比金还贵。距今45004000年龙山时代，相当于尧舜禹传说时代。中国目前已知的最早冶炼铁器为三峡地区出土的中国目前已知的最早冶炼铁器为三峡地区出土的虢国玉柄铁剑，距今虢国玉柄铁剑，距今2800年。年。类从发现铝至今只大概200年的历史，当时大军事大拿破仑让客人客人们用银餐具银餐具，偏偏自己自己用铝碗铝碗，是为了显示自己的高贵和尊严距今10000年以前,黄金就已经被人类发现并利用。在人类有历史记载的几千年里,黄金基本上属于帝王贵族才能拥有的财
3、富。白银：白银：铜：铜：铁：铁：铝：铝：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt AuK Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg Ag Pt Au金属活动性逐渐减弱金属活动性逐渐减弱金属活动性不同，还原方法金属活动性不同，还原方法一样一样吗？吗？由此你想到了什么由此你想到了什么？与金属活动顺序表有什么联系？与金属活动顺序表有什么联系？+nM矿石中的金属是矿石中的金属是:得得电子电子,被还原被还原化合态化合态M0分析分析:简单，实用，节省的原则简单，实用，节省的原则1.1.热分解法热分解法 有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。有些不活
4、泼金属仅用热分解法就能制得。在金属活动性顺序表中，对于一些不在金属活动性顺序表中，对于一些不活泼金属的活泼金属的氧化物氧化物受热就能分解。受热就能分解。冶炼方法的选择冶炼方法的选择原则原则:2Ag2Ag2 2O=4Ag+OO=4Ag+O2 22HgO=2Hg+O2HgO=2Hg+O2 2P882 2电解法电解法在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种金属的金属的还原性还原性很强很强，这些金属都很容易失去电，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而合物中还原出来，而只能只能用用
5、通电分解其通电分解其熔融盐熔融盐或或氧化物氧化物的方法来冶炼。的方法来冶炼。2Al2Al2 2O O3 3(熔融熔融)=4Al+3O)=4Al+3O2 2 电解电解冰晶石冰晶石2NaCl(2NaCl(熔融熔融)=2Na+Cl)=2Na+Cl2 2电解电解MgClMgCl2 2(熔融熔融)=Mg+Cl)=Mg+Cl2 2 电解电解注意：注意：电解时必须是熔融状态，这样才能产生离子而导电电解时必须是熔融状态，这样才能产生离子而导电高温高温FeFe2 2O O3 3+3CO =2Fe+3CO+3CO =2Fe+3CO2 2多多数金属的冶炼过程属于热还原法数金属的冶炼过程属于热还原法 常用的还原剂有常
6、用的还原剂有焦炭、焦炭、一氧化碳一氧化碳、氢气氢气 和和活泼金属活泼金属等等2CuO+C2CuO+C =2Cu+CO=2Cu+CO2 2高温高温FeFe2 2O O3 3+2 Al=2Fe+Al+2 Al=2Fe+Al2 2O O3 3高温高温MgO+CMgO+C =Mg+CO=Mg+CO高温高温3.3.热还原法热还原法（1）热分解法）热分解法:适用于金属活动性顺序表中适用于金属活动性顺序表中不活泼不活泼的金属冶炼。的金属冶炼。（2）电解法）电解法:适用于钾、钠、钙、铝等适用于钾、钠、钙、铝等活泼金属活泼金属的冶炼的冶炼K Ca Na Mg AlK Ca Na Mg Al（3）热还原法）热还原
7、法:适用于金属活动性顺序表适用于金属活动性顺序表中部中部的金属冶炼。的金属冶炼。适用于适用于极不活泼极不活泼的金属的金属的冶炼。的冶炼。(4)物理提取法物理提取法：Hg AgHg Ag Zn Fe Sn Pb(H)CuZn Fe Sn Pb(H)Cu Pt AuPt Au总结：总结：K Ca Na MgK Ca Na Mg AlAlZn Fe Sn Pb(H)Cu Zn Fe Sn Pb(H)Cu Hg AgHg AgPt AuPt Au 电解法电解法热还原法热还原法热分热分解法解法 物理物理提取法提取法（C C、COCO、H H2 2、AlAl等）等）不同金属冶炼方法的选择归纳不同金属冶炼方
8、法的选择归纳：（按金属活动顺序表划分）（按金属活动顺序表划分）练练 习习1.下列各组金属下列各组金属最最适合适合用用 H H2 2 或或 CO CO 把它把它 从化合物中还原出来的是从化合物中还原出来的是 A.CaA.Ca、Mg B.AlMg B.Al、Fe Fe C.Fe C.Fe、Cu D.HgCu D.Hg、Ag Ag 2.列金属氧化物不能用焦炭还原的是列金属氧化物不能用焦炭还原的是 A.CaO B.AgA.CaO B.Ag2 2O C.CuO D.FeO C.CuO D.Fe2 2O O3 3CA A用电解法也可以提炼用电解法也可以提炼Zn、Fe等等简单，实用，节省的原则简单，实用，节
9、省的原则 15年年14.高炉炼铁的主要反应是：高炉炼铁的主要反应是：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2，该方法在，该方法在冶金工业上称为冶金工业上称为（）A.电解法电解法 B.热还原法热还原法 C.热分解法热分解法 D.铝热法铝热法高温高温B实验实验4 41 1铝热反应铝热反应 p891 1、镁条镁条的作用是什么？的作用是什么？2 2、氯酸钾氯酸钾的作用是什么？的作用是什么？问题问题引燃剂引燃剂反应现象：FeFe2 2O O3 3+2Al=2Fe+Al+2Al=2Fe+Al2 2O O3 3高温高温铝热剂铝热剂反应现象反应现象：剧烈反应，发出强光，纸漏：剧烈反应，发出强光，纸漏 斗被烧穿，沙
10、子上落有黑色铁珠。斗被烧穿，沙子上落有黑色铁珠。镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗内光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。融物落入沙中。结论结论：FeFe2 2O O3 3+2Al=2Fe+Al+2Al=2Fe+Al2 2O O3 3高温高温其它铝热反应其它铝热反应 高温高温3Co3Co3 3O O4 4+8Al=9Co+4Al+8Al=9Co+4Al2 2O O3 33MnO3MnO2 2+4Al=3Mn+2Al+4Al=3Mn+2Al2 2O O3 3高温高温CrCr2 2O O3 3+2A
11、l=2Cr+Al+2Al=2Cr+Al2 2O O3 3高温高温 铝是铝是常用常用的的还原剂还原剂，在一定的条件下与某，在一定的条件下与某些金属氧化物反应，把其中的金属些金属氧化物反应，把其中的金属还原还原成成单质单质。铝热反应的应用铝热反应的应用 铝热反应的原铝热反应的原理可以应用在生产理可以应用在生产上，如用于上，如用于焊接钢焊接钢轨轨等。在冶金工业等。在冶金工业上也常用这一反应上也常用这一反应原理，使铝与金属原理，使铝与金属氧化物反应，氧化物反应，冶炼冶炼钒、铬、锰钒、铬、锰等等等等高高熔点熔点金属金属 11年年19.铝热法炼铁的化学方程式是：铝热法炼铁的化学方程式是：Fe2O32Al=
12、2FeAl2O3.这种金属冶这种金属冶炼的方法属于炼的方法属于()A.还原法还原法 B.分解法分解法 C.电解法电解法 D.以上三种方法均是以上三种方法均是高温A 13年15.下列金属的冶炼原理中，属于热分解法的是（）：A.2HgO=2HgO2 B.Fe3O44CO=3Fe4CO2 C.FeCuSO4=CuFeSO4 D.2NaCl(熔融)=2NaCl2高温电解B二、海水资源的开发利用二、海水资源的开发利用 从太空观察地球，看到地球上有七片从太空观察地球，看到地球上有七片陆地陆地“漂浮漂浮”在一大片蓝色的海洋之中在一大片蓝色的海洋之中是“历史留给人人类类的资源储备”海洋是美丽的，海洋是美丽的，
13、也是富饶的也是富饶的 海洋生物资源海洋生物资源海水资源的利用：海水资源的利用：主要有：主要有：u1.1.海水中水资源的利用海水中水资源的利用 海水的淡化（咸水海水的淡化（咸水 淡水）淡水）u2.2.直接利用海水进行循环冷却（作冷却直接利用海水进行循环冷却（作冷却 用水）用水）海水为什么不能直接饮用？海水为什么不能直接饮用？海水的淡化：海水的淡化：（1 1）海水淡化的途径）海水淡化的途径:从海水中从海水中提取淡水、分离出盐提取淡水、分离出盐 （2 2）海水淡化的方法）海水淡化的方法:p90:p90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，但成本高蒸馏法所用的装置及原理蒸馏
14、法所用的装置及原理 原理原理：加热到加热到水水的的沸沸点点,使水汽化变使水汽化变成成水蒸气水蒸气，再，再冷凝冷凝得得淡淡水。水。进进冷却水冷却水 出出 电渗析法电渗析法 电渗析法是利用电场的作用，强行电渗析法是利用电场的作用，强行将离子向电极处吸引，致使电极中间将离子向电极处吸引，致使电极中间部位的离子浓度大为下降，从而制得部位的离子浓度大为下降，从而制得淡水的一种方法。淡水的一种方法。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 是利用交换剂（即交换树脂）与溶是利用交换剂（即交换树脂）与溶液中的离子发生交换进行分离的方法液中的离子发生交换进行分离的方法目前正迅速发展，但
15、需要不断更新离子目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂交换树脂16年27（10分）海洋约占地球表面积的71%，具有巨大的开发潜力。海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗法和离子交换法等。图4为海水蒸馏原理示意图，请回答下列问题：（1）冷却水的进水中国 （填“a”或“b”）；（2）碎瓷片的作用是 （填“防止暴沸”或“作催化剂”）。a防止暴沸防止暴沸如何证明海带中存在如何证明海带中存在碘碘元素元素?实验4-2（一）实验方法：（一）实验方法：（1 1）称取）称取3g3g干海带，用刷子把干海带表面的附着干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净物刷净 （不要用水洗，有不要用水洗，有 I I-）。）。将海带剪
16、碎，将海带剪碎，用酒精润湿（用酒精润湿（便于灼烧便于灼烧）后，放在坩埚中。）后，放在坩埚中。（2 2）用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完全）用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完全成灰，停止加热，冷却。成灰，停止加热，冷却。（3 3）将海带灰转移到小烧杯中，向烧杯中加入）将海带灰转移到小烧杯中，向烧杯中加入10ml10ml蒸馏水，搅拌，煮沸蒸馏水，搅拌，煮沸2min2min3min3min，使可溶物，使可溶物溶解，过滤。溶解，过滤。（4 4）向滤液中滴入几滴）向滤液中滴入几滴硫酸硫酸，再加入约，再加入约1ml 1ml H H2 2O O2 2溶液，观察现象。取少量上述滤液，滴加几滴溶液，观察现
17、象。取少量上述滤液，滴加几滴淀淀粉粉溶液，观察现象。溶液，观察现象。(二二)实验现象：实验现象：加入加入H H2 2O O2 2溶液后，溶液颜色变为溶液后，溶液颜色变为深黄深黄色；加入色；加入淀粉淀粉溶液后，溶液又变为溶液后，溶液又变为深蓝色深蓝色。(三三)化学方程式：化学方程式：2KI+H2KI+H2 2O O2 2+H+H2 2SOSO4 4=I=I2 2+K+K2 2SOSO4 4+2H+2H2 2O O 海水综合利用联合工业体系一例海水综合利用联合工业体系一例 p92p92海水中提取溴的实验海水中提取溴的实验实验方法：实验方法：（1 1）用蒸馏法将海水）用蒸馏法将海水浓缩浓缩。用硫酸将
18、浓缩的海水酸化。用硫酸将浓缩的海水酸化。（2 2）向酸化的海水中通入适量的）向酸化的海水中通入适量的氯气氯气，使溴离子转化为，使溴离子转化为溴单质溴单质。（3 3）向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质）向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹入吹入盛有盛有二氧化硫二氧化硫溶液溶液的吸收塔内。转化为的吸收塔内。转化为氢溴酸氢溴酸（4 4）向吸收塔中溶液内通入适量的）向吸收塔中溶液内通入适量的氯气氯气。最后经蒸馏可得。最后经蒸馏可得液溴液溴 (用用CClCCl4 4萃取萃取)海水中提取溴实验的方程式海水中提取溴实验的方程式2NaBr+Cl2NaBr+Cl2 2=Br=Br2 2+
19、2NaCl+2NaCl 上面置换反应得到的上面置换反应得到的 BrBr2 2 的浓度的浓度很很低低，难以收集，用空气，难以收集，用空气吹出吹出 BrBr2 2 后后用用 SOSO2 2 吸收吸收，使溴得到，使溴得到富集富集，BrBr2 2+SO+SO2 2+2H+2H2 2O=2HBr+HO=2HBr+H2 2SOSO4 42HBr+Cl2HBr+Cl2 2=Br=Br2 2+2HCl+2HCl 16年年27目前，从海水提取的溴占世界溴年产量目前，从海水提取的溴占世界溴年产量的三分之一左右，空气吹出法是工业规模海水提溴的的三分之一左右，空气吹出法是工业规模海水提溴的常用方法。其中一种工艺流程为
20、：常用方法。其中一种工艺流程为：海水浓缩，酸化；通入海水浓缩，酸化；通入Cl2，使，使Br-转化为转化为Br2；通入空气、水蒸气，将通入空气、水蒸气，将Br2吹入吸收塔，与吸收剂吹入吸收塔，与吸收剂SO2反应转化为反应转化为HBr；通入通入Cl2，再经过一系列处理得到产品，再经过一系列处理得到产品Br2。请回答下列问题：请回答下列问题：（1）步骤、操作的目的是）步骤、操作的目的是 （填（填“富集溴富集溴”或或“萃取溴萃取溴”）；）；（2）在步骤中，生成）在步骤中，生成HBr的化学方程式是的化学方程式是 ；（3）在步骤中，若通入）在步骤中，若通入22.4LCl2（标准状况），理论（标准状况），理论上可得上可得Br2 g。（。（Br 的相对原子质量的相对原子质量80）富集溴富集溴BrBr2 2+SO+SO2 2+2H+2H2 2O=2HBr+HO=2HBr+H2 2SOSO4 4160作业作业：学考书P65 18、15、17
