高中化学课件必修二《第四章 第一节 开发利用金属矿物和海水资源》

高中化学课件必修二《第四章 第一节 开发利用金属矿物和海水资源》

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 》 学科网 第一课时 4.1.1《 金属矿物的开发利用 》 一、金属矿物的开发利用 黄铜矿 赤铁矿 铝矿 锰矿 钨矿 锌矿 金 银 人类最早发现和应用的金属分别是： 铜 学科网 思考：分析一下这是什么原因呢？ Cu 2 （ OH ） 2 CO 3 ===== 2CuO + H 2 O + CO 2 ↑ C + 2CuO ===== CO 2 + 2Cu 高温 铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的“石器时代” . 在公元前 6000 年到 7000 年左右，人类开始迈进了象征古代文明开端的“ 铜器时代 ”。 铜 镜 汉武帝时铜币 先秦刀币 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。 记住我们的国耻：中国还有上百万件珍贵文物流失海外 我国古代炼铁工业长期领先于世界，我们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。 古代中国劳动人民用木炭炼铁 学科网 “金属的冶炼”的实质是什么？ 冶炼金属的实质是用还原的方法 使金属化合物中的金属离子得到 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。 金属活动性顺序 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 金属活动性逐渐减弱 金属离子的得电子能力逐渐增强 1 、热分解法 （适合一些不活泼金属） 2HgO === 2Hg + O 2 ↑ 加热 2Ag 2 O === 4Ag + O 2 ↑ 加热 归纳冶炼金属的几种方法 2 、物理提取法：适用于极不活泼的 金属 ——Pt 、 Au 3 、热还原法（适用于大部分金属） CuO+H 2 === Cu + H 2 O 高温 Fe 2 O 3 +3CO === 2Fe + 3CO 2 ↑ 高温 铝热反应 实验 4 － 1 注意观察现象 反应现象 ： 镁条剧烈燃烧，放出大量的热，火星四射，发出耀眼的白光 ，纸漏斗被烧穿，有红热熔融物落入沙中，冷却后变成黑色固体。 Fe 2 O 3 +2Al === 2Fe + Al 2 O 3 高温 1 、镁条的作用是什么？ 2 、氯酸钾的作用是什么？ 铝热剂 问题 Fe 2 O 3 +2Al === 2Fe + Al 2 O 3 高温 其它铝热反应 3MnO 2 +4Al === 3Mn+ 2Al 2 O 3 高温 Cr 2 O 3 +2Al === 2Cr + Al 2 O 3 高温 3V 2 O 5 +10Al === 6 V + 5Al 2 O 3 高温 结论： 铝也是还原剂，在一定的条件下与某些金属氧化物反应，把其中的金属还原成单质。所以一些活泼的金属也可作还原剂。 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 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。 然而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 Al 2 O 3 ，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。 Al 4 、电解法（适合一 些非常活泼金属 ） MgCl 2 ( 熔融 ) === Mg + Cl 2 ↑ 电解 2Al 2 O 3 ( 熔融 ) === 4Al + 3O 2 ↑ 电解 冰晶石 2NaCl ( 熔融 ) === 2Na + Cl 2 ↑ 电解 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 电解法 热还原法 热分解法 物理提取法 金属的化学性质和冶炼方法 小结： （ 1 ）热分解法适用于金属活动顺序中氢以后的金属冶炼或精炼。 （ 2 ）热还原法适用于金属活动顺序中部的金属冶炼 （ 3 ）电解熔盐或氧化物法选用于钾、钠、钙、铝等活泼金属的冶炼。 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 电解法 热还原法 热分解法 物理提取法 镁在地壳中含量只有铝的四分之一，而且镁比铝更加活泼，所以要想矿物质中获取镁，代价比铝更高。 Mg 海洋中含有大量的氯化镁，海水又咸又苦 。 咸是因为含有氯化钠， 苦是因为含有氯化镁 ， 同样道理，粗盐易潮解是因为其中含有较多的氯化镁，而氯化镁易吸水。 据估算，假如每年从海水中提取 1 亿吨镁再过一百万年，海水中镁的含量也只会从目前的 0.13% 降低到 0.12% ，即只减少了万分之一。可谓取之不尽，用之不竭。 1 、不同的金属，冶炼方法不同 +n M 得电子 M （被还原） 因为金属离子的得电子能力不同，所以冶炼方法不同。 2 、金属活动 性顺序金属的冶炼 金属活动顺序 金属失电子能力 金属离子的得电子 主要冶炼方法 K 、 Ca 、 Na 、 Mg 、 Al Zn 、 Fe 、 Sn 、 Pb （ H ）、 Cu Hg 、 Ag 、 强 ———————————— → 弱 弱 ———————————— → 强 电解法 热还原法 热分解法 练习 1 、下列各种冶炼方法中，可以制得 相应金属的是（ ） A 、加热氧化铝 B 、加热碳酸钙 C 、电解熔融氯化钠 D 、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 及性质，推测制取下列金属最适宜的方法： ① Na ②Zn ③Hg ④ Au C 电解法 加热还原法 加热分解法 物理提取法 第二课时 4.1.2《 海水资源的开发利用 》 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 海洋生物资源 含 80 多种元素，以氢、氧、 氯、钠、镁、硫、钙、钾等 较多。被称为“元素的故乡”。 海水中铀多达 45 亿吨 是已知陆地铀矿储量 的 4500 倍。氘有 50 亿 吨足够人类用上千万 年 海水中的化学资源 海洋中的矿产资源 1. 海水资源的广泛性 ： 海洋约占地球表面积 71% 海洋中的资源 ： 动物 : （鱼类、海狮、海马、贝类 ……… 植物 : （海草、海带 ………… 矿物 : （各种盐、 NaCl 、 MgCl 2 ………. 海底金属结核矿、石油 水 : （水资源及各种溶解的盐类 海水中的水 1.3X 10 9 亿 吨 占地球总水量 97% （ 3% 在陆地、淡水） 海水中除了水以外，还含有 80 多种元素，有的含量很大（如 NaCl ）有的含量很少（如 Au ） 2. 海水资源的多样性 ： 海水中溶解和悬浮大量的无机物和有机物 按含量计：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。 3. 海水资源的分散性： 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） （百分之 0.000004 克） 海水综合利用的重要方向 海水综合利用的重要方向是： 海水淡化同 化工生产结合、同能源技术结合 。如从海水中 制得的 氯化钠 除食用外，还用作工业原料，如 生产烧碱、纯碱、金属钠以及氯气、盐酸、漂 白粉等含氯化工产品。从海水中制取 镁、钾、 溴 及其化工产品，是在传统制盐工业上的发展。 从海水中获得其他物质和能量具有广阔的前景。 例如， 铀和重水 目前是核能开发中的重要原料， 从海水中提取铀和重水对一个国家来说具有战 略意义。化学在开发 海洋药物 方面也将发挥越 来越大的作用。 潮汐能、波浪能 等也是越来越 受到重视和开发的新型能源。 2 、 海水资源的多样性： 海水中溶解和悬浮大量的无机物和有机物 按含量计：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。 4 、 海水资源的利用： 主要有： 1. 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） 5 、 海水的淡化： （ 1 ）海水淡化的途径 : 从海水中提取淡水 从海水中分离出盐 （ 2 ）海水淡化的方法 : 蒸 馏 法（最先使用，技术成熟，但成本高） 电渗析法（成本低，但未能大量生产） 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） 蒸馏法所用的装置及原理 原理：加热到水的沸点， 使水汽化变成水蒸气，再冷凝得淡水。 注意：图 4-3 海水 蒸馏 原理示意图 进 冷却水 出 图 4-4 太阳能蒸发原理示意图 6 、 海水的综合利用 （ 1 ）海水制盐 —— 生产 NaCl （ 2 ） NaCl 的水溶液制 NaOH （ 3 ）制金属 Na （ 4 ）制 Na 2 CO 3 2 NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O 2NaCl + 2H 2 O 电解 H 2  + Cl 2  + 2NaOH 2NaCl （熔融） 电解 2Na + Cl 2 （ 5 ）从海水中制金属镁 海水 蒸发  MgCl 2 + Ca(OH) 2 = Mg(OH) 2 ↓ + CaCl 2 Mg(OH) 2 + 2HCl = MgCl 2 + H 2 O  MgCl 2 通电 Mg + Cl 2  粗盐 水、重结晶 精盐 母液  Mg(OH) 2 盐酸、浓缩 MgCl 2 •H 2 O 脱水 MgCl 2 电解 Mg 贝壳 煅烧 CaO 水 石灰乳 课本 P 91 科学探究 1. （ 6 ）科学探究 1. 从海水中提取溴 ( 写出有关的化学方程式 ) 课本资料卡片 P 91 2 NaBr + Cl 2 =2 NaCl + Br 2 Br 2 + SO 2 + 2H 2 O = 2HBr + H 2 SO 4  2HBr + Cl 2 = 2HCl + Br 2 实验探究： 2. 如何证明海带中存在碘元素 实验 4-2 课本 P91 实验方法： 1 、 取约 3 克的干海带，用刷子去净其表面上的附着物，把海带剪碎后，用适量酒精浸湿，放入坩埚中 2 、 把泥三角放在铁三脚架上，将坩埚放在泥三角上，点燃酒精灯将海带灼烧至完全成灰，停止加热，使海带冷却至室温。 3 、 将海带灰转移到小烧杯中，加入约 10mg 蒸馏水，搅拌，煮沸 2-3min ，过滤 4 、 在滤液中滴入几滴 3mol/ L 的稀硫酸再加入约 1ml3% 的 H 2 O 2 ， 观察现象 5 、 再向溶液中加入几滴淀粉溶液，再观察现象 实验现象 ：加入 H 2 O 2 后，溶液由无色变为深黄色，再加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色 化学方程式 ： 2KI+ H 2 O 2 +H 2 SO 4 =I 2 +K 2 SO 4 +2H 2 O 图 4-5 海水综合利用联合工业体系一例 再见