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1冶炼金属的实质是冶炼金属的实质是用还原的方法用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。电子变成金属原子。将金属从其化合物中还原出来用于生产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和制造各种金属材料的过程在工业上称为金属的冶炼。金属的冶炼。2一、冶炼金属的方法一、冶炼金属的方法1、热分解法、热分解法（适合一些不活泼金属）（适合一些不活泼金属）2HgO=2Hg+O2加热加热2Ag2O=4Ag+O2加热加热32、电解法（适合一、电解法（适合一些非常活泼金属些非常活泼金属） MgCl2(熔融熔融)=Mg+Cl2电解电解2Al2O3(熔融熔融)=4Al+3O2电解电解冰晶石冰晶石2NaCl(熔融熔融)=2Na+Cl2电解电解43、热还原法（适合大部分金属）、热还原法（适合大部分金属）CuO+H2=Cu+H2O高温高温Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温高温5KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法物理提取法物理提取法6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7反应现象：镁镁条条剧剧烈烈燃燃烧烧，放放出出大大量量的的热热，发发出出耀耀眼眼的的白白光光，纸纸漏漏斗斗内内剧剧烈烈反反应应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。FeFe2 2O O3 3+ 2Al = 2Fe + Al+ 2Al = 2Fe + Al2 2O O3 3高温高温铝热剂铝热剂8结论：结论：铝是铝是常用常用的的还原剂还原剂，在一定的条件下与，在一定的条件下与某些金属氧化物反应，把其中的金属某些金属氧化物反应，把其中的金属还原还原成成单质单质。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 + 2Al = 2Cr + Al+ 2Al = 2Cr + Al2 2O O3 3高温高温9铝热反应的应用铝热反应的应用铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨等。在冶金工业上也常用这一反应原理，接钢轨等。在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝与金属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等使铝与金属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等10合理开发和利用矿物资源，主要途径有：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、提高金属矿物的利用率2、减少金属的使用量、减少金属的使用量3、加强金属资源的回收和再利用、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、使用其他材料代替金属材料11金属的回收和资源保护金属的回收和资源保护回收金属的意义：回收金属的意义：（1）节约矿物资源；（）节约矿物资源；（2）节约能源；）节约能源；（3）减少环境污染）减少环境污染121、下列各种冶炼方法中，可以制得、下列各种冶炼方法中，可以制得相应金属的是（相应金属的是（）A、加热氧化铝、加热氧化铝B、加热碳酸钙、加热碳酸钙C、电解熔融氯化钠、电解熔融氯化钠D、氯化钠与铝粉高温共热、氯化钠与铝粉高温共热2、根据金属在金属活动顺序表中的位置、根据金属在金属活动顺序表中的位置及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：NaZnHg Au C电解法电解法加热还原法加热还原法加热分解法加热分解法物理提取法物理提取法13海洋生物资源海洋生物资源14海洋中的矿产资源海洋中的矿产资源15含含80多种元素，以氢、氧、多种元素，以氢、氧、氯、钠、镁、硫、钙、钾等氯、钠、镁、硫、钙、钾等较多。被称为较多。被称为“元素的故乡元素的故乡”。海水中铀多达海水中铀多达45亿吨亿吨是已知陆地铀矿储量是已知陆地铀矿储量的的4500倍。氘有倍。氘有50亿亿吨足够人类用上千万吨足够人类用上千万年年海水中的化学资源海水中的化学资源16海水资源的广泛性海水资源的广泛性：u海洋约占地球表面积海洋约占地球表面积71%u海洋中的资源海洋中的资源 ：u动物动物:（鱼类、海狮、海马、贝类（鱼类、海狮、海马、贝类u植物植物:（海草、海带（海草、海带u矿物矿物:（各种盐、（各种盐、NaCl、MgCl2 . 海底金属结核矿、石油海底金属结核矿、石油u水水 : （水资源及各种溶解的盐类（水资源及各种溶解的盐类17 主要有：主要有：u1.海水中水资源的利用海水中水资源的利用 如：海水如：海水的淡化（咸水的淡化（咸水 淡水）淡水）u2.直接利用海水进行循环冷却（作冷却用直接利用海水进行循环冷却（作冷却用水）水）二、海水资源的开发利用：二、海水资源的开发利用：181、海水的淡化：、海水的淡化：（1）海水淡化的途径）海水淡化的途径:u 从海水中提取淡水从海水中提取淡水u 从海水中分离出盐从海水中分离出盐（2）海水淡化的方法）海水淡化的方法:u 蒸蒸 馏馏 法（最先使用，技术成熟，但成本高）法（最先使用，技术成熟，但成本高）u 电渗析法（成本低，但未能大量生产）电渗析法（成本低，但未能大量生产）u 离子交换法（目前正迅速发展，但需要不断离子交换法（目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂）更新离子交换树脂）19蒸馏法所用的装置及原理蒸馏法所用的装置及原理u原理：原理：加热到水的加热到水的沸点沸点， 使水汽化变成使水汽化变成水蒸气水蒸气，再冷凝得，再冷凝得淡水淡水。u注意：注意：图图4-3海水海水蒸馏蒸馏原理示意图原理示意图进进冷却水冷却水 出出20图4-4太阳能蒸发原理示意图21海水的综合利用海水的综合利用u（1）海水制盐）海水制盐生产生产NaCl u（2） NaCl的水溶液制的水溶液制NaOH u（3）制金属）制金属Na 2NaCl + 2H2O 电解电解 H2 + Cl2 + 2NaOH 2NaCl（熔融）（熔融）电解电解 2Na + Cl222煮海为盐23海水海水浓缩浓缩过滤过滤HClHCl溶液，适量溶液，适量蒸发结晶蒸发结晶NaOHNaOH溶液、溶液、 BaClBaCl2 2溶液、溶液、 NaNa2 2COCO3 3溶液溶液过量过量食食盐盐的的提提取取242、从海水中提取溴、从海水中提取溴 P91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。用硫酸将浓缩的。用硫酸将浓缩的 海水酸化。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，使溴 离子转化为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）向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸 气，将溴单质气，将溴单质吹入吹入盛有盛有二氧化硫二氧化硫溶液的溶液的 吸收塔内。转化为吸收塔内。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。最 后经蒸馏可得后经蒸馏可得液溴液溴 ( (也可用也可用CClCCl4 4萃取萃取) )25有关的化学方程式：有关的化学方程式： 课本P83从海水中提取溴从海水中提取溴 2 NaBr + Cl2 =2 NaCl + Br2 Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4 2HBr + Cl2 = 2HCl + Br2263、如何证明海带中存在碘元素实验、如何证明海带中存在碘元素实验4-2 u实验方法：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物刷净干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净 （不要用水洗，有不要用水洗，有 I I- -）。）。 将海带剪碎，用酒精润将海带剪碎，用酒精润 湿（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，至海带完全成灰，）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。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蒸馏蒸馏 水，搅拌，煮沸水，搅拌，煮沸2min2min3min3min，使可溶物溶解，过滤。使可溶物溶解，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，溶液， 观察现象。取少量上述滤液，滴加几滴观察现象。取少量上述滤液，滴加几滴淀粉淀粉溶液，溶液， 观察现象。观察现象。 27u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；色；加入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。u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 28图4-5 海水综合利用联合工业体系一例291.1.铝加入下列物质中会产生气体的是铝加入下列物质中会产生气体的是A A熔融熔融NaOH BNaOH BKOHKOH溶液溶液 C CNaNa2 2O O2 2 固体固体 D DNaNa2 2O O2 2和水和水2.2.铝热剂中铝的作用是铝热剂中铝的作用是 A A催化剂催化剂 B B氧化剂氧化剂 C C还原剂还原剂 D D填充剂填充剂B DB DC C303.3.下列冶炼金属的反应，一定是置换反应下列冶炼金属的反应，一定是置换反应 的是的是 A A热分解法热分解法 B B电解法电解法 C C铝热法炼铁铝热法炼铁 D D高炉炼铁高炉炼铁 C C4.4.下下列说法中不正确的是列说法中不正确的是 A A金属的冶炼原理，就是利用氧化还原反应金属的冶炼原理，就是利用氧化还原反应 原理，用还原剂在一定条件下将金属从矿原理，用还原剂在一定条件下将金属从矿 石中还原出来石中还原出来 B B冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂 C C金属由化合态变为游离态，都是被还原金属由化合态变为游离态，都是被还原 D D金属单质被发现和应用得越早，其活动性一金属单质被发现和应用得越早，其活动性一 般较弱般较弱A B A B 315.5.下列金属冶炼方法与其他三种不同的是下列金属冶炼方法与其他三种不同的是 A AFe BFe BK CK CMg DMg DAlAl A A6.6.下列哪种方法不能实现海水的淡化下列哪种方法不能实现海水的淡化 A A蒸馏法蒸馏法 B B电渗析法电渗析法 C C离子交换法离子交换法 D D电解法电解法 D D327.7.下列属于海水化学资源利用的是下列属于海水化学资源利用的是 A A海水淡化海水淡化 B B海水提盐海水提盐 C C海水提溴海水提溴 D D海水发电海水发电8.8.用用 H H2 2 做还原剂和用金属做还原剂相比做还原剂和用金属做还原剂相比 较，所得金属的纯度较，所得金属的纯度 A A用用 H H2 2 高高 B B用金属的高用金属的高 C. C. 二者相同二者相同 D D无法比较无法比较 用用 H H2 2 还原的产物是金属和水，水受热还原的产物是金属和水，水受热挥发，只得到金属；用金属还原所得的是挥发，只得到金属；用金属还原所得的是混合物（金属与金属的化合物）。混合物（金属与金属的化合物）。B CB C A A33