单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第一节 开发利用金属矿物和海水资源,第四章,化学与自然资源的开发利用,第一节 开发利用金属矿物和海水资源 第四章,一、金属矿物的开发利用,黄铜矿,赤铁矿,铝矿,锰矿,钨矿,锌矿,1.,金属矿物的冶炼步骤：,矿石富集,-,金属冶炼,-,精炼,一、金属矿物的开发利用黄铜矿赤铁矿铝矿锰矿钨矿,金,银,人类最早发现和应用的金属分别是：,铜,金银人类最早发现和应用的金属分别是：铜,“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。,2.,金属的冶炼原理：,M,n+,+ne,-,=M,“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,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,金属活动性顺序K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn,3.,冶炼金属的方法,要根据金属的活动性顺序不同，采取不同的冶炼方法,3.冶炼金属的方法要根据金属的活动性顺序不同，采取不同的冶炼,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。,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,、,Pt,、,Au,强,弱,弱,强,电解法,热还原法,热分解法,不同的金属，冶炼方法不同+nM得电子M（被还原）因为金属离子,（,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,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,（1）、热分解法（适合一些不活泼金属）2HgO =2,（,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,（3）、热还原法（适用于大部分金属）CuO+H2=C,铝热反应,实验,4,1,注意观察现象,铝热反应注意观察现象,反应现象,：,镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗内,剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。,Fe,2,O,3,+2Al=2Fe+Al,2,O,3,高温,铝热剂,铝是还原剂，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。,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,3MnO,2,+4Al=3Mn+2Al,2,O,3,高温,Cr,2,O,3,+2Al=2Cr+Al,2,O,3,高温,3Co,3,O,4,+8Al=9Co+4Al,2,O,3,高温,其它铝热反应,3MnO2+4Al=3Mn+2Al2O3高温Cr2,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,铝热反应的应用,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,由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，,（,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,（4）、电解法（适合一些非常活泼金属）MgCl2,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,K Ca Na Mg Al 电解法热还原法热分解法,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,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。,今天铝的产量已经仅次于钢铁了，铝及铝合金成为现代文,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。,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,4,、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,4、合理开发和利用矿物资源，主要途径有：（1）、提高金属矿物,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：,Na,Zn,Hg,Au,C,电解法,加热还原法,加热分解法,物理提取法,练习1、下列各种冶炼方法中，可以制得C电解法加热还原法加热分,海水资源的开发利用,二,、,海洋是,“历史留给人类的资源储备”,海水资源的开发利用二、海洋是“历史留给人类的资源储备”,1.,海水水资源的利用：海水的淡化,（,1,）使海水淡化的途径,通过海水中提取淡水或从海水中把盐分离,出去，都可以达到淡化海水的目的。,（,2,）海水淡化的方法及其特点,海水淡化的方法主要有,蒸馏法、电渗析法、,离子交换法,等。,其中,蒸馏法,的历史最久，,技术和工艺也比较完善，,但成本较高。,1.海水水资源的利用：海水的淡化（1）使海水淡化的途径,海水蒸馏原理示意图：,海水蒸馏原理示意图：,太阳能蒸发海水示意图：,太阳能蒸发海水示意图：,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,海水中含有的各种元素的特点：,种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中,提取物质需要解决物质的富集的问题。,含80多种元素，以氢、氧、海水中铀多达45亿吨海水中的化学资,海洋中的矿产资源,海洋中的矿产资源,海水中蕴藏的资源及其开发意义,海洋水资源：,海水中水的储量约为,1.310,9,亿吨，约占全球总水量的,97,。,化学资源：,含元素,80,多种，海洋资源中，利用潜力最大的是海水中的化学资源。目前，在陆地上发现的多种化学元素，在海水中已找到多种，其中多种可供提取。如，氯化钠（即食盐）有亿亿吨，镁约有万亿吨，钾有万亿吨，溴约有万亿吨，核燃料约亿吨亿吨。,矿产资源：,海洋中所贮存的各种矿物约,500,亿吨。通常只要每平方米有,5,的矿物。锰结核、可燃冰、砂和砾石，用于冶金、燃料、建筑、石英砂用制玻璃等。,海水中蕴藏的资源及其开发意义海洋水资源：海水中水的储量约为1,空间资源：,海洋可利用空间包括海上、海中、海底三个部分。海洋空间利用已从传统的交通运输扩大到生产、通信、电力输送、储藏、文化娱乐等诸多领域。我国拥有,18000,公里的大陆海岸线，管辖的海域面积近,300,万平方公里。,能源：,海水运动中蕴藏着巨大的能量，包括潮汐能资源、波浪能资源、海流能资源、温差和盐差能资源、海上水能资源，它们都属于可再生能源，而且没有污染。,生物资源：,由鱼、虾、贝、藻等组成的海洋生物资源，除了直接捕捞供食用和药用外，通过养殖、增殖等途径还可实现可持续利用。海洋生物品种繁多，我国就有,20278,种，其中入药的有,700,种。,空间资源：海洋可利用空间包括海上、海中、海底三个部分。海洋空,2.,海水化学资源的开发利用,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.海水化学资源的开发利用 海水综合利用的重要方,煮,海,为,盐,（,1,）从海水中提取,NaCl,从海水中制取盐的方法主要有：盐田法、电渗析法和冷冻法。,煮为（1）从海水中提取NaCl从海水中制取盐的方法主要有：盐,盐田法 制得的粗盐中含较多的氯化镁和氯化钙及泥沙，请设计实验除去,NaCl,中混有的泥沙、,Ca,2,+,、,Mg,2,+,离子的方法（需要仪器及实验步骤）,先将样品溶解，加稍过量的氢氧化钙，再加入稍过量的碳酸钠溶液，过滤；在滤液中加入稍过量的盐酸，蒸发结晶即可。,思考：,盐田法 制得的粗盐中含较多的氯化镁和氯化钙及泥沙，请设计实验,（,2),海水提溴：主要方法是空气吹出法,主要流程,海水,浓缩,酸化,浓缩海水,Br,-,通入,氯气,海水,Cl,-,Br,2,通入空气,水蒸气,(,吹入,),吸收塔,SO,2,反应后,富集溴,HBr,、,SO,4,2,通入,Cl,2,Cl,-,Br,2,分离,溴单质,化学方程式：,2NaBr,Cl,2,=Br,2,2NaCl,Br,2,SO,2,2H,2,O=2HBr,H,2,SO,4,2HBr,Cl,2,=Br,2,2HCl,（2)海水提溴：主要方法是空气吹出法主要流程海水浓缩浓缩海水,(2),从海水中提取溴的主要工艺流程,用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。,用蒸馏法将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化。,向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：,2NaBr+Cl,2,=Br,2,+2NaCl,向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，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：,Br,2,+SO,2,+2H,2,O=2HBr+H,2,SO,4,向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：,2HBr+Cl,2,=2HCl+Br,2,(2)从海水中提取溴的主要工艺流程用四氯化碳（或苯）萃取,(3),海带提碘：,海带,海带灰,溶解过滤,灼烧,残渣,含,I,-,的溶液,稀,H,2,SO,4,H,2,O,2,含,I,2,的溶液,含,I,2,的有机溶液,萃取,海带海带灰溶解过滤灼烧残渣含I-的溶液稀H2SO4含I2的溶,海带中的碘元素主要以,I,-,的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成,I,2,再萃取出来。,用,H,2,O,2,