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开发利用金属矿物和海水资源 (2)

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    • 1、第四章化学与自然资源的开发利用,第一节 开发利用金属矿物和海水资源,人类最早发现和应用的金属分别是:金、银、铜,铜是人类第一种大量使用的金属,结束了漫长的“石器时代”。,资料卡片,青铜:主要含铜和锡、铅,有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀,主要用于制机器零件如轴承、齿轮等。 黄铜:主要含铜和锌,有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀,主要用于制机器零件、仪表和日用品。 白铜:主要含铜和镍,它不容易生铜绿,常用于制造精密仪器和装饰品。,这是英法联军洗劫焚毁世界建筑史上最杰出的园林圆明园后,被劫掠到国外的珍贵文物铜虎头,2000年在香港被拍卖。由中国派员出高价将其赎回。,请同学们勿忘我们的国耻: 中国还有上百万件珍贵文物流失海外。,人类最早是在由天而降的陨石中获得单质铁的,陨石中含铁量高达90%以上。,古代阿拉伯人曾传说“天上的金雨落进沙漠里变成了黑色的铁”。,济 南 陨 铁,新 疆 陨 铁,南极洲陨铁,常见的金属矿物资源,白云石 CaMgCO32,辰砂 HgS,黄铜矿 CuFeS2,菱镁矿 MgCO3,冶炼金属,因为我们的生活生产需要金属,所以必须要开 发利用金属资源,但金属资源是不可再生资源

      2、,不是取之不尽的,利用化学知识,在科学开发利用金属矿物的基础上,使金属矿物资源得到可持续发展,金、铂等为游离态,主要是化合态,将金属从其化合物中还原出来,使之转变为单质的过程。,(1)金属在自然界中的存在形式? (2)金属冶炼指的是什么?,一、金属矿物的开发利用,1、金属的冶炼,由于早期炼铝十分困难,所以铝的价格十分昂贵,一度超越金银之上,直至19世纪上半叶,铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。,为什么贵为法国皇帝,在当时却不用高贵而亮 丽的银碗,而用色泽要暗得多的铝碗呢?,自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后,制铝工艺不断改进,现在人们已经熟练掌握了从铝土矿(主要成分是Al2O3)中冶炼铝的技术,使得制铝成本大大下降,使铝走入千家万户。,电解槽,古代中国劳动人民用木炭炼铁,我国古代炼铁工业长期领先于世界,我国在西汉初时已经懂得用木炭与铁矿石混合高温冶炼生铁,领先欧洲一千余年,南宋末年的工匠又掌握了用焦炭炼铁,而欧洲最早的英国直到500年后(相当于清朝乾隆末年),才掌握这一技术。,工业上 如何冶炼铝和铁?为什么铁和铝的冶炼方法不同?,金属越活泼,越难冶炼,2、金属冶炼方法的确定由金属活

      3、泼性决定,3、金属冶炼的方法举例,(1)热分解法,适合一些不活泼金属(一般是H后的金属),(2)电解法,适合一些非常活泼金属( Zn前金属),冰晶石:六氟合铝酸钠NaAlF6作助熔剂降低氧化铝的熔点,思考?,为什么制备镁用电解氯化镁的的方法而冶炼铝用电解氧化铝的方法?,解释:氧化镁的熔点很高,而氯化镁熔点较低,所以电解熔融物进行冶炼时,选用氯化镁而不选用氧化镁,以节约熔化所需能量。相反的,氧化铝的熔点很高,氯化铝的熔点很低,却采用电解熔融氧化铝的方法冶炼金属铝的原因是:氧化铝和氧化镁一样很容易从天然矿物获得,甚至其本身就有天然矿物(铝土矿、光卤石等),而氯化铝不存在天然矿物其无水盐很难制得,而且还需要耗费大量的能量,制备并且电解氯化铝舍近求远,得不偿失。另外氯化铝是共价化合物,需要将氯化铝溶解在某溶剂中或者向其熔融物中加入某种溶质,增强其导电性。,(常用的还原剂有:焦炭、CO、H2 等),(3)热还原法(ZnCu中等活泼金属),(4)其他冶炼方法,火法炼铜,湿法炼铜,实验4-1 反应现象:镁条剧烈燃烧,放出大量的热,发出耀眼的白光,纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入漏斗。,其它铝热反应:

      4、,铝热反应:铝在一定条件下跟某些金属氧化物发生氧化还原反应,同时放出大量的热, 生成氧化铝和液态金属,常用的还原剂还有哪些?,铝热剂:铝粉和某些金属氧 化物组成的混合物 引燃剂:镁条 助燃剂:氯酸钾,铝热反应的应用:,(冶练常用的还原剂有: 焦炭、CO、H2 、Al等活泼金属 ),4、合理开发和利用矿物资源的途径:,(1)废旧金属回收; (2)矿物资源保护; (3)寻找金属替代品。,金属铝的回收与利用,(1)节约矿物资源; (2)节约能源; (3)减少环境污染,(1)废旧钢铁用于炼钢; (2)废铁屑用于制铁盐; (3)定影液用于回收银,回收金属的实例:,回收金属的意义:,课堂练习:,2、下列关于金属冶炼的说法不正确的是( ) A、金属冶炼是由人类生产生活需要发展起来的 B、天然矿藏很少只含一种金属元素往往含有较多 杂质 C、金属的冶炼主要有矿石的富集、冶炼还原和精 炼三个步骤 D、金属冶炼一定要用到还原剂,D,1、金属冶炼的目的是 ( ) A、把金属化合物还原为金属单质 B、除去金属中的杂质 C、把金属单质变为氧化物 D、把电能转变为化学能,A,5、冶炼金属常用以下几种方法:以C或H2

      5、、CO作为还原剂还原法 ;热分解法 ;电解法 ;铝热法。现冶炼下列金属:Al、Mg、Cu、Hg、Mn,试标明适宜的冶炼方法。 Al: ;Mg: ;Cu: ; Hg: ;Mn: 。,3、工业上常采用电解法冶炼的金属是 ( ) A、Fe B、Cu C、Al D、Ag,4、可用热分解法就可能制得的金属有( ) A . Cu Cr B . Ti W C . Ag Hg D . Na Al,C,C,FeCu2+ CuFe2+,6、宋代时期,人们发现江西上饶有一口 苦泉,蒸发这种苦泉水会得到胆矾,熬苦泉水 的铁锅用久了会变成铜锅,这是湿法炼铜的起 源,请写出该反应的离子方程式 。,二、海水资源的开发和利用,从太空观察地球,看到地球上有七片陆地“漂浮”在一大片蓝色的海洋之中,是“历史留给人类的资源储备”,海洋是美丽的, 也是富饶的,海水资源主要分为几大类?,海水中蕴含着的丰富资源。21世纪人类将重点开发海洋资源。,海水资源的多样性,水资源,生物资源,能源,化学资源,海水水资源,海水中的水1.3X109 亿吨 占地球总水量97% (3%在陆地、淡水),海水生物资源,海水能源,具有商业开发价值的:潮汐发

      6、电和波浪发电,含80多种元素,含O、H及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共13种元素的质量占总水量的99%,其余1%为70多种含量微少的元素。被称为“元素的故乡”。,海水化学资源,大陆架的浅海海底:石油、天然气、煤、硫、磷等 近岸带的滨海砂矿:砂、贝壳等建筑材料和金属矿产,海水因为量太大、面太广,大多数元素尽管总量很大但由于太分散 ,含量极微少 如:海水中金元素总含量约为50000000t(5千万吨)但一顿海水中只含金元素0.000004g(10亿分之四克),海水资源的分散性,海水水资源的利用:,主要有: 1.海水中水资源的利用 海水的淡化(咸水 淡水) 2.直接利用海水进行循环冷却(作冷却用水),海水蒸馏原理示意图,1、海水淡化,原理:加热到 水的沸点,液态水 变为水蒸汽与海水 中的盐分离,水蒸 汽冷凝得到淡水,如何用海水制备淡水?,海洋中的化学资源的提取和检验,太阳能蒸发海水示意图:,海水淡化的方法主要有:蒸馏法、电渗析法、离子交换法,2、科学探究: 如何将海水中的Br-转变成Br2?,1、推测海水提溴的步骤和实验装置; 2、写出相关的化学方程式。,浓缩海水,溴单质,氢溴酸,

      7、单质溴,2NaBr + Cl2= Br2+2NaCl,2H2O + Br2+SO2= H2SO4+2HBr,2HBr + Cl2= Br2+2HCl,海水提溴的实验室模拟装置,溴的富集,溴的用途,溴化银是一种重要的感光材料,被用于制作胶卷和相纸等。当按下快门的时候,相片上的部分溴化银就分解出银,从而得到我们所说的底片。 溴化锂制冷技术则是最近广为使用的一项环保的空调制冷技术,其特点是不会有氟利昂带来的污染,所以很有发展前景。 灭火器中也有溴,我们平时看到的诸如“1211”灭火器,就是分子里面有一个溴原子的多卤代烷烃,不仅能扑灭普通火险,在泡沫灭火器无法发挥作用的时候,例如油火。 现在医院里普遍使用的镇静剂,有一类就是用溴的化合物制成的,如溴化钾、溴化钠、溴化铵等,通常用以配成“三溴片”,可治疗神精衰弱。 大家熟悉的红药水,也是溴与汞的化合物。 青霉素等抗菌素生产也需要溴,溴还是制造农业杀虫剂的原料。 溴可以用来制作防爆剂。把溴的一种化合物与铅的一种有机化合物同时掺入汽油中,可以有效地防止发动机爆炸。只不过这种含铅汽油燃烧会造成空气污染,在我国许多大城市已不再允许销售、使用掺加这种防爆剂

      8、的汽油。,3 、科学探究: 如何证明海带中有碘离子?,证明海带中含有碘,有以下步骤:,灼烧海带至完全生成灰,停止加热,冷却; 在滤液中滴加稀H2SO4及H2O2,然后加入几滴淀粉溶液; 用剪刀剪碎海带,用酒精润湿,放入坩埚中; 海带灰转移到小烧杯,加蒸馏水,搅拌、煮沸、过滤。,(1)合理的步骤是:,(2)证明含碘的步骤是: 现象是: 反应的离子方程式是:,滴入淀粉溶液,溶液变蓝。,燃烧,加水 加热 溶解,过滤,CCl4,蒸馏,萃取 分液,海水晒盐(煮海为盐),4、从海水中提取NaCl方案,蒸发法:得到粗盐,粗盐提取NaCl方案,Na2CO3,NaOH,BaCl2,或或,溶解、过滤、蒸发,盐酸,滤液,沉淀,适量 盐酸,溶解,过滤,蒸发 结晶,操作( ),5 、实验方案设计: 从海水中提取镁元素得到单质镁,卤水,g(OH)2,gCl2,金属Mg,海水,海水提取镁的工艺流程图,从海水中的Mg2+到金属镁,经历了哪些化学变化,用化学方程式表示。,这个生产流程采用了哪些措施来提高经济效益?你获得了哪些启示?,引入海水,贝壳(CaCO3),工业制镁流程,沉降池,过滤槽 Mg(OH)2,盐酸,锻烧产物,电解 MgCl2,金属镁,氯气,海水提镁的步骤为: 贝壳 生石灰 石灰乳 氢氧化镁 氯化镁 镁 写出有关的化学反应方程式: a、 ; b、 ; c、 ; d、 ; e、 。,煅烧 a,水 b,海水 c,d,e,海水综合利用联合工业体系一例,

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