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1、第四章第四章 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 金银铂 陨 铁 赤 铁 矿 磁 铁 矿 黄 铁 矿 孔 雀 石 菱 镁 矿 铝 土 矿 氯 化 钠 游 离 态 金 属 矿 化 合 态 金 属 矿 黄 铜 矿 金金银银 人类最早发现和应用的金属分别是 铜铜 一 金属矿物的开发利用 思考 分析一下这是什么原因呢 思考 分析一下这是什么原因呢 不活泼的金属最早使用 因为简单的冶 炼技术就可以冶炼不活泼的金属 而活泼金 属则不然 需要的冶炼技术较为复杂 1 金属活动性顺序 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn
2、Pb H Cu Hg Ag Pt Au 一 金属冶炼的原理 2 2 金属的冶炼金属的冶炼 的定义是什么 的定义是什么 将金属从其化合物中还原出来用于生产 和制造各种金属材料的过程在工业上称为 金属的冶炼 3 你知道从金属矿物中冶炼金属 一般 要经过哪些步骤 矿石富集金属冶炼金属精炼 金属冶炼的步骤 4 4 金属的冶炼金属的冶炼 的实质是什么 的实质是什么 金属冶炼的实质 金属元素 化合态 即 Mn ne M 得到电子 游离态 冶炼金属的方法依据 要根据金属的活动性顺序不同 采取不同的冶炼方法要根据金属的活动性顺序不同 采取不同的冶炼方法 浪淘沙 刘禹锡 日照澄洲江雾开 涛金女伴满江隈 美人首饰
3、侯王印 尽是沙中海底来 二 金属冶炼的方法 1 物理方法 淘金原理 刚果手工金矿开采 马达加斯加街头淘金者 原理是 金的质量较沙 重 在淘去粗沙后 用水 银滚动吸附金 水银是 已知唯一可以粘附金的 物质 2 化学方法 热分解法 2HgO 2Hg O2 2Ag2O 4Ag O2 古代炼丹术家葛洪 曾经在他的著作 抱朴子 中记载有 丹砂烧之成水银 热还原法 CuO H2 Cu H2O 2CuO C 2Cu CO2 Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2 铝热反应 活泼金属也可以做还原剂 把相对 不活泼的金属置换出来 例如 铝 实验4 1 铝热反应 现象 原理 镁条剧烈燃烧 发出白光 导致混合物 剧烈
4、反应 发出强光 有红热的熔融物生成 2Al Fe2O3 2Fe Al2O3 高温 镁条为引燃剂 氯酸钾为助燃剂 铝热剂 铝与氧 化铁的混合物 3MnO2 4Al 3Mn 2Al2O3 高温 Cr2O3 2Al 2Cr Al2O3 高温 3Co3O4 8Al 9Co 4Al2O3 高温 其它铝热反应 应用 1 焊接钢轨 2 冶炼金属 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 1886年 在铝的历史上又是一个里程碑 这一年美国的大学生霍尔和法国大学 生埃罗 都各自独立地研究出电解制铝法 现在人们已经熟练掌握了从铝土矿 主要
5、成 分是Al2O3 当然还是有很多其它杂质的 中冶炼铝的技术了 使得制铝成本大大下降 铝的价格也一降千丈 走入千家万户 AlAl 电解法 MgCl2 熔融 Mg Cl2 电解 电解 2Al2O3 熔融 4Al 3O2 冰晶石 电解 2NaCl 熔融 2Na Cl2 小结 请结合金属活泼性顺序表总结 金属冶炼方法的一般规律 强弱 强 弱 电解法热还原法热分解法 金属的活动顺序 K Ca Na Mg AlZn Fe Sn Pb CuHg Ag Pt Au 金属原子失电子能力 金属离子得电子能力 主要冶炼方法 物理方法 小试牛刀 1 在冶金工业上 均不能用通常化学 还原剂制得的金属组是 A Na M
6、g Al B Na K Zn C Fe Cu Ag D Na Ca Cu A 2 目前 工业上冶炼铝通常采用的 方法是 A CO或氢气还原法 B 铝热反应法 C 电解法 D 热分解法 C 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 2 减少金属的使用量 3 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 1 下列叙述正确的是 A 工业上用电解熔融氯化钠的 方法制取钠 B 钠加入氯化镁的饱和溶液中 可以制取金属镁 C 电解冶炼铝的原料是氯化铝 D 碳在高温下能还原氧化铝中的铝 A 效果检测效果检测 2 冶炼金属一般有下列四种方法 焦炭法 水煤气 或H2 或CO 法 活
7、泼金属置换法 电解法 四种方法在工业上 均有应用 古代有 火烧孔雀石法炼铜 湿法炼铜 现代有 铝热法炼铬 从光卤石 KCl MgCl2 6H2O 中炼镁 对它们的冶炼方法分析不正确的是 A 用 B 用 C 用 D 用 B 解析 符合 符合 符合 先从光卤石中提取MgCl2 再电解MgCl2 符合 答案 B 今天铝的产量已经仅次于钢铁了 铝及铝合金成 为现代文明不可缺少的金属 铝在工业上被称为 钢精 是因为它的合金不但轻 而且强度足以替 代钢铁 铝除了用于建材之外 还被用于航天工业 如我国第一颗人造卫星东方红一号 外壳全部用 铝合金制成 美国的阿波罗 11号 宇宙飞船所用 的金属材料中 铝及合金
8、75 左右 可以说人类送 上太空的金属中 铝是最多的了 注意 正常人的人体 每70公斤体重约含61毫克铝 但铝摄入过多却是对人体有害的 经研究表明 铝 元素能渗入人脑 与神经元细胞释放出来的具有传递 信息功能的有机碱反应 导致神经系统传递信息受阻 引起老年痴呆 知识拓展知识拓展 金属矿石 黄铜矿 CuFeS2 菱镁矿 MgCO3 萤石 CaF2 表4 1 常见金属的冶炼原理 金属冶炼原理 Fe Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2 高炉炼铁 Fe2O3 2Al 2Fe Al2O3 铝热法炼铁 高温 高温 Cu Cu2S O2 2Cu SO2 火法炼铜 Fe CuSO4 FeSO4 Cu 湿法炼
9、铜 高温 Mg MgO C Mg CO MgCl2 熔融 Mg Cl2 高温 Al 2Al2O3 熔融 4Al 3O2 电解 冰晶石 Na 2NaCl 熔融 2Na Cl2 电解 电解 三 金属的回收和环境保护 回收金属的意义 1 节约矿物资源 2 节约能源 3 减少环境污染 海洋约占地球表面积的海洋约占地球表面积的71 71 海洋是人类赖以生存的资源宝库海洋是人类赖以生存的资源宝库 二 海水资源的开发利用二 海水资源的开发利用 海洋生物资源 海底矿产资源 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 多数海盆中 深海锰结核 海洋油 气开发 海洋
10、能源的利用 具有开发价值的 潮汐发电和波浪发电 海水资源 其他资源 物质 海洋资源 能量 获得 资料 海水提Mg 海水淡化 海水提取NaCl Br2的提取 海水综合利用联合工业体系一例 任务1 海水的淡化 蒸馏法 加入沸石 或碎瓷片 温度计水 银球处于 支管口处 水 下 进上出 液体体积 不超过烧 瓶体积1 3 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 蒸馏适用于分离哪些混合物 海水淡化的方法主要有蒸馏法 电渗析法 离子交换法等 任务二 知识回顾 海水中提取NaCl 设计海水提取NaCl的可行性方案 粗盐 含Ca2 Mg2 SO42 泥沙等 杂质 泥沙 加
11、除 精盐 任务二 知识回顾 海水中提取NaCl 粗盐中的杂质 泥沙 Ca2 Mg2 SO42 除杂试剂 Na2CO3 NaOH BaCl2 试剂加入顺序 基本原则 先加BaCl2 后加Na2CO3 粗盐的提纯 物质提纯的方案设计一般思路 分 析 混 合 物 的 组 成 根据杂 质的特 点选择 除杂试 剂和分 离方法 所加试 剂的顺 序 用 量及过 量后如 何处理 思考与交流 如何将海水中的溴离子转变成溴单质 1 设计海水提溴的实验流程图 2 写出相关的化学方程式 浓缩海水 Br2 HBr溶液 Br2 通入Cl2 通入空气 SO2吸收 通入Cl2 任务三 知识应用 海水中提取Br2 2NaBr
12、Cl2 Br2 2NaCl 2H2O Br2 SO2 H2SO4 2HBr 2HBr Cl2 Br2 2HCl 海水提Br2的实验室模拟装置 是空气吹出法 思考 1 用什么方法提取反应 后溶液中的溴单质 实验室 提取溴单质所用主要仪器是什么 思考2 萃取Br2 I2常用的萃取剂是什么 它们在萃取剂中一般 呈现什么颜色 碘的有机溶液 紫红 溴的有机溶液 海水 镁 飞机 镁被誉为 国防金属 60 的镁从海水提取 任务四 知识拓展 从海水中提取镁 工业从卤水中提取镁的工艺流程图 卤水池 含Mg2 Br 沉淀池 生成石灰乳池 过滤 中和池 盐酸 浓缩 结晶 脱水 MgCl2固体电解池 加热熔融 Mg 任务四 知识拓展 从海水中提取Mg 思考 1 上述流程中 各个池子中发生了那些化学反应 2 上述过程中富集的Mg2 方法 写出离子方程式 Mg2 转化成 Mg在哪个池子中发生的 写出化学方程式 海 水 蒸发 结晶 H2O 粗盐 精盐 Na 卤水 Br2 HBr Br2 Mg OH 2 MgCl2 Mg 归纳提升 用到了那些分离 提纯的方法那 谈本节课的收获你的收获 海水资源 物质 能量 变化 提取物质的一般过程和方法 未来海洋空间利用
