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1、第四章 化学与可持续发展,第一节 开发利用金属矿物和海水资源,殷墟考古发现, 3000多年前我国古代劳动人民就掌握了孔雀石炼铜工艺。,孔雀石Cu2(OH)2CO3,他们将孔雀石,主要成分 Cu2(OH)2CO3和木炭一起加热就可得到红色的金属铜,秦始皇地宫埋“水银”之谜 史记记载:始皇陵有大量水银。地质学家先后两次来始皇陵采样。发现始皇陵封土土壤样品中果然出现“汞异常”。 科学家由此得出初步结论:史记中关于始皇陵中埋藏上百吨汞的记载是可靠的。地宫埋“水银”的千古谜案终于解开了。,单质的汞,在自然界中是极为罕见的。为什么两千多年前就能得到上百吨的水银呢?,汞矿( HgO),秦始皇陵墓 世界文化遗
2、产,炼丹术起于战国兴于汉初,九转大还丹将天然丹砂(HgS)在空气中加热炼成水银,再将水银和硫混合后放在密闭的鼎中升炼成纯的硫化汞,硫化汞再加热炼成水银,水银再炼成硫化汞如此反复九次,就炼成了“九转大还丹”。,上述材料中发生了什么反应?,HgS+O2 = Hg+SO2,Hg+S=HgS,加热,常见的金属矿物资源,金矿 Au,铂矿 Pt,金,银,人类最早发现和应用的金属分别是:,铜,天然金,朱砂HgS,翠铜矿CuSiO3.6H2O,黄铁矿FeS2,钙铀云母 Ca(UO2)2(PO4)212H2O,白云石 CaMgCO32,辰砂 HgS,黄铜矿 CuFeS2,菱镁矿 MgCO3,冶炼金属,人类最早是
3、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,冶炼金属要追溯到古代,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,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,为什么贵为法国皇帝,在当时却不用高贵而亮 丽的银碗
4、,而用色泽要暗得多的铝碗呢?,100多年前,为了表彰门捷列夫对化学的杰出贡献,英国 皇家学会不惜重金制作了一个比黄金还要贵重的奖杯铝杯,赠送给门捷列夫。,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。,为什么铝比黄金还要贵?,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,降低熔点,电解法,热还原法,热分解法,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
5、冶炼,2、金属冶炼方法的确定由金属活泼性决定,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),火法炼铜,(2)电解法,适合一些非常活泼金属( Zn前金属),(常用的还原剂有:焦炭、CO、H2 等),(3)热还原法(ZnCu中等活泼金属),常用的还原剂还有哪些?,实验41,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:,铝热反应:,铝热剂,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
6、)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,回收金属的意义,回收金属的实例,古代炼铜比炼铁早得多。原因在于: 一、铜矿石比铁矿石易识别。孔雀石颜色呈翠绿(即铜绿),易引起人们的注意联想。进而用其炼铜。 二、早在新石器时代,人类就发明了制陶术。窑温达1000多度,已超过铜的熔点(10834),而远低于铁的(1536),可炼得红铜。,开阔视野,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
7、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、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( )
8、 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
9、吨 占地球总水量97% (3%在陆地、淡水),海洋生物资源,海水能源,具有商业开发价值的:潮汐发电和波浪发电,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”。,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,海水化学资源,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),海水资源的特点分散性,海水水资源的
10、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:,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,单质溴,2NaBr + Cl2= Br2+2NaCl,2H2O + Br2+SO2= H2SO4+2HBr,2HBr + Cl2= Br2+2HCl,海
11、水提溴的实验室模拟装置,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
12、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的汽油。,3 、科学探究: 如何证明海带中有碘离子?,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。,证明海带中
13、有碘,有以下步骤,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,