开发利用金属

第十章第十章 化学与可持续发展化学与可持续发展第第31讲讲 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基础关基础关最最 新新 考考 纲纲了解海水和金属矿物的综合利用了解海水和金属矿物的综合利用 了解化学科学发展对自然了解化学科学发展对自然资源利用的作用资源利用的作用 自自 主主 复复 习习一一 金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用1.金属在自然界的存在金属在自然界的存在金金 铂等化学性质不活泼的金属在自然界以铂等化学性质不活泼的金属在自然界以_存在存在,化学性质较活泼的金属在自然界中以化学性质较活泼的金属在自然界中以_存在存在 游离态游离态化合态化合态2.金属冶炼的一般步骤金属冶炼的一般步骤(1)_:除去杂质除去杂质,提高矿石中有用成分的含量提高矿石中有用成分的含量(2)冶炼冶炼:利用氧化还原反应利用氧化还原反应,用用_把金属矿石中的金属离子把金属矿石中的金属离子_成金属单质成金属单质(3)精炼精炼:提纯金属提纯金属 富集富集还原剂还原剂还原还原3.金属冶炼的方法金属冶炼的方法方法名称方法名称主要反应原理主要反应原理(举例举例)热分解法热分解法热热还还原原法法CO作还作还原剂原剂H2作作还原剂还原剂活泼金属活泼金属作还原剂作还原剂电解法电解法4.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FeCuMgAlNa二二 海水资源的开发利用海水资源的开发利用2.海水资源的综合利用海水资源的综合利用(1)水资源的利用水资源的利用海水中水资源的利用主要包括海水的海水中水资源的利用主要包括海水的_和直接利用和直接利用海水进行海水进行_等等 海水淡化的方法主要有海水淡化的方法主要有_ _ _等等 淡化淡化循环冷却循环冷却蒸馏法蒸馏法电渗析法电渗析法离子交换法离子交换法(2)化学资源的利用化学资源的利用氯碱工业氯碱工业海水海水 NaCl电解电解NaOH Cl2 H2电解饱和电解饱和NaCl溶液的方程式为溶液的方程式为:_2NaCl+2H2O电解电解2NaOH+Cl2+H2海水中镁的提取海水中镁的提取.流程流程.有关反应的化学方程式有关反应的化学方程式MgCl2+Ca(OH)2 _Mg(OH)2+2HCl _MgCl26H2OHCl_MgCl2(熔融熔融)电解电解_Mg(OH)2+CaCl2MgCl2+2H2OMgCl2+6H2OMg+Cl2海水中溴的提取海水中溴的提取.用用_将海水浓缩将海水浓缩 用用_将浓缩的海水酸将浓缩的海水酸化化.向酸化的海水中通入适量的氯气向酸化的海水中通入适量的氯气,使溴离子转化为溴单质使溴离子转化为溴单质:2NaBr+Cl2_.向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气,将溴单质吹入将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的:Br2+SO2+2H2O_.向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气:2HBr+Cl2 _.用四氯化碳用四氯化碳(或苯或苯)萃取吸收塔内的溶液中的溴单质萃取吸收塔内的溶液中的溴单质 蒸馏法蒸馏法硫酸硫酸Br2+2NaCl2HBr+H2SO42HCl+Br2海带中碘的提取海带中碘的提取.流程流程.主要化学原理主要化学原理:Cl2+2KI_或或2I-+H2O2+2H+_ 2KCl+I2I2+2H2O网网 络络 构构 建建热点关热点关热热 点点 考考 向向1.金属的通性金属的通性 金属冶炼的一般原理金属冶炼的一般原理(如铝热反应如铝热反应)2.海水的综合开发与利用海水的综合开发与利用,尤其是尤其是Mg Br2 Cl2的提取和生产的提取和生产工艺流程工艺流程 热热 点点 探探 究究热点热点1 金属的冶炼金属的冶炼1.金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系金属的活金属的活动动性性顺顺序序K Ca NaMg AlZn Fe SnPb(H)CuHg AgPt Au金属原子金属原子失失电电子能力子能力强强 弱弱金属离子金属离子得得电电子能力子能力弱弱 强强自然界中自然界中存在形存在形态态化合化合态态多数是化合多数是化合态态,极少数极少数是游离是游离态态游离游离态态主要治主要治炼炼方方法法电电解法解法热还热还原法原法热热分分解法解法物理物理方法方法2.铝热反应铝热反应铝将金属氧化物中化合态的金属还原为金属单质铝将金属氧化物中化合态的金属还原为金属单质(2)反应特点反应特点高温条件高温条件;剧烈燃烧剧烈燃烧,放出大量的热放出大量的热;新生成的液态金属单质易与新生成的液态金属单质易与Al2O3(固态固态)分离分离(3)引燃剂和铝热剂引燃剂和铝热剂引燃剂引燃剂:镁条镁条 氯酸钾氯酸钾;铝热剂铝热剂:铝粉和金属氧化物铝粉和金属氧化物(Fe2O3 Cr2O3 V2O5等等)组成的组成的混合物混合物(4)应用应用铝热反应常用于冶炼难熔金属如铝热反应常用于冶炼难熔金属如V Cr Mn等等,焊接钢轨等焊接钢轨等 例例1冶炼金属常用以下几种方法冶炼金属常用以下几种方法以以C CO或或H2作还原剂还原作还原剂还原 以较活泼金属以较活泼金属Na Mg等还原等还原 利用铝热反应原理用利用铝热反应原理用Al还原还原 电解法电解法 热分解法热分解法 下列金属各采用哪种方法还原最佳下列金属各采用哪种方法还原最佳(1)Fe Zn Cu等中等活泼金属等中等活泼金属_(2)Na Mg Al等活泼或较活泼金属等活泼或较活泼金属_(3)Hg Ag等不活泼金属等不活泼金属_(4)V Cr Mn W等高熔点金属等高熔点金属_(5)K Rb Cs Ti等金属通常还原方法是等金属通常还原方法是_ 解析解析根据每种金属的特点应选择最佳方案根据每种金属的特点应选择最佳方案 其中其中(5)K Rb Cs Ti等利用的原理比较特别等利用的原理比较特别,不是用活泼金属置换不活泼金属不是用活泼金属置换不活泼金属,而而是平衡的原理是平衡的原理,如如Na+KCl高温高温NaCl+K,抽离钾蒸气此反应得以抽离钾蒸气此反应得以继续进行继续进行 而而Ti是用是用Na来置换的来置换的:4Na+TiCl4 4NaCl+Ti或用或用Mg来置换来置换:2Mg+TiCl4 2MgCl2+Ti变式变式1下列金属冶炼的反应原理下列金属冶炼的反应原理,错误的是错误的是()A.2NaCl(熔融熔融)通电通电2Na+Cl2B.MgO+H2 Mg+H2OC.Fe3O4+4CO高温高温3Fe+4CO2D.2HgO 2Hg+O2解析解析:首先总结金属的三种冶炼方法首先总结金属的三种冶炼方法,再根据金属的活泼性选再根据金属的活泼性选择合理的方法择合理的方法 Na Mg都是活泼金属应选用电解法都是活泼金属应选用电解法,故故A项正确项正确,B项错误项错误 Fe是是较活泼的金属用还原剂还原的方法较活泼的金属用还原剂还原的方法,C项正确项正确 Hg是不活泼金属是不活泼金属用热分解法用热分解法,D项正确项正确 答案答案:B热点热点2 海水资源的开发利用海水资源的开发利用1.海水淡化方法及原理海水淡化方法及原理淡化方法淡化方法原理原理蒸蒸馏馏法法将海水加将海水加热热至至105 蒸蒸发发汽化汽化,然后蒸汽冷凝而得到蒸然后蒸汽冷凝而得到蒸馏馏水水电电渗析渗析法利用阴法利用阴 阳离子交换膜对水中阴阳离子交换膜对水中阴 阳离子的选择透过性阳离子的选择透过性,在在外加直流外加直流电场电场作用下作用下,使水中的一部分离子使水中的一部分离子转转移到另一部移到另一部分水中而达到除分水中而达到除盐盐目的目的离子交离子交换换法法用阳离子交用阳离子交换树换树脂和阴离子交脂和阴离子交换树换树脂除去海水中的阴脂除去海水中的阴 阳离阳离子得到去离子水的方子得到去离子水的方法法2.海水提镁海水提镁(1)主要反应原理主要反应原理:CaCO3煅烧煅烧CaO+CO2 CaO+H2OCa(OH)2 Ca(OH)2+MgCl2Mg(OH)2+CaCl2 Mg(OH)2+2HCl MgCl2+2H2O,MgCl2(熔融熔融)电解电解Mg+Cl2(2)工艺流程工艺流程:3.海水提溴海水提溴(1)主要反应原理主要反应原理:Cl2+2Br-Br2+2Cl-4.海水提碘海水提碘(1)主要反应原理主要反应原理:Cl2+2I-I2+2Cl-(2)工艺流程工艺流程:例例2海水是镁的主要来源之一海水是镁的主要来源之一 从海水中提取镁可按如下步骤从海水中提取镁可按如下步骤进行进行:把贝壳制成石灰乳把贝壳制成石灰乳;向引入的海水中加入石灰乳向引入的海水中加入石灰乳,沉降沉降 洗涤洗涤 过滤沉淀物过滤沉淀物;将沉淀物与盐酸反应将沉淀物与盐酸反应,结晶结晶 过滤过滤 干燥干燥;电解得到产物电解得到产物(1)以上提取镁的全过程中以上提取镁的全过程中,没有涉及的化学反应类型是没有涉及的化学反应类型是_(填序号填序号)A.分解反应分解反应B.化合反应化合反应C.置换反应置换反应D.复分解反应复分解反应C(2)下列关于提取镁的说法中下列关于提取镁的说法中,不正确的是不正确的是_(填序号填序号)A.此法的优点之一是原料来自大海此法的优点之一是原料来自大海B.进行进行步骤的目的是富集步骤的目的是富集MgCl2C.可用电解熔融氧化镁的方法制取镁可用电解熔融氧化镁的方法制取镁D.电解冶炼镁要消耗大量电能电解冶炼镁要消耗大量电能C解析解析(1)从海水中提取镁的全过程中从海水中提取镁的全过程中,涉及到的反应有涉及到的反应有:把贝壳制成石灰乳把贝壳制成石灰乳:CaCO3高温高温CaO+CO2,分解反应分解反应;CaO+H2OCa(OH)2,化合反应化合反应;沉淀沉淀Mg2+:Mg2+2OH-Mg(OH)2,复分解反应复分解反应;沉淀物与盐酸反应沉淀物与盐酸反应:Mg(OH)2+2HCl MgCl2+2H2O,复复分解反应分解反应;电解电解:MgCl2(熔融熔融)电解电解Mg+Cl2,分解反应分解反应 未涉及置换反未涉及置换反应应(2)由于由于MgO的熔点高的熔点高,不能使用电解熔融不能使用电解熔融MgO的方法冶炼的方法冶炼Mg 变式变式2 海洋植物如海带海洋植物如海带 海藻中含有丰富的碘元素海藻中含有丰富的碘元素,碘元素以碘元素以离子的形式存在离子的形式存在 实验室里从海藻中提取碘的流程如图所示实验室里从海藻中提取碘的流程如图所示:(1)指出提取碘的过程中有关的实验操作名称指出提取碘的过程中有关的实验操作名称_;写出过程写出过程中有关反应的离子方程式中有关反应的离子方程式:_(2)提取碘的过程中可提供选择的有机试剂为提取碘的过程中可提供选择的有机试剂为_ A.酒精酒精 四氯化碳四氯化碳 B.四氯化碳四氯化碳 苯苯C.汽油汽油 醋酸醋酸D.汽油汽油 甘油甘油过滤过滤2I-+Cl2I2+2Cl-B(3)为使海藻灰中碘离子转化为碘的有机溶液为使海藻灰中碘离子转化为碘的有机溶液,实验室里有烧杯实验室里有烧杯 玻璃棒玻璃棒 集气瓶集气瓶 酒精灯酒精灯 导管导管 圆底烧瓶圆底烧瓶 石棉网以及必要的石棉网以及必要的夹持仪器夹持仪器 物品物品,尚缺少的玻璃仪器是尚缺少的玻璃仪器是_ 漏斗漏斗 分液漏斗分液漏斗解析解析:(1)从提取碘的流程图上看出从提取碘的流程图上看出,操作操作是将固体是将固体(残渣残渣)和和液体液体(含含I-的溶液的溶液)分离开的操作分离开的操作,这一操作称为过滤这一操作称为过滤 反应反应是是用用Cl2将将I-氧化成氧化成I2的反应的反应(2)利用利用I2在有机溶剂在有机溶剂(如如CCl4 苯苯)中的溶解度远大于在水中的中的溶解度远大于在水中的溶解度溶解度,用有机溶剂将碘水中的碘提取出来用有机溶剂将碘水中的碘提取出来,其中其中,酒精酒精 甘油甘油 醋酸均与水互溶不分层醋酸均与水互溶不分层,不符合题目要求不符合题目要求(3)操作操作中缺少漏斗中缺少漏斗,操作操作中缺少分液漏斗中缺少分液漏斗 能力关能力关化学工艺流程题的解法化学工艺流程题的解法例例1(2009山东山东,30)孔雀石主要含孔雀石主要含Cu2(OH)2CO3,还含少量