第四章化學與自然資源的開發利用

第一節開發利用金屬礦物和海水資源開發利用金屬礦物和海水資源人類最早發現和應用的金屬開發利用金屬礦物和海水資源C+2CuO==CO2↑+2Cu高溫銅是人類第一種大量使用的金屬，結束了漫長的“石器時代”。銅鏡漢武帝時銅幣先秦刀幣在公元前6000年到7000年左右，人類開始邁進了象征古代文明開端的“銅器時代”。資料卡片Cu2(OH)2CO3＝2CuO+H2O+CO2↑孔雀石開發利用金屬礦物和海水資源青銅：主要含銅和錫、鉛，有良好的強度和塑性、耐磨、耐腐蝕，主要用于制機器零件如軸承、齒輪等。黃銅：主要含銅和鋅，有良好的強度和塑性、易加工、耐腐蝕，主要用于制機器零件、儀表和日用品。白銅：主要含銅和鎳，它不容易生銅綠，常用于制造精密儀器和裝飾品。開發利用金屬礦物和海水資源這是英法聯軍洗劫焚毀世界建筑史上最杰出的園林—圓明園后，被劫掠到國外的珍貴文物——銅虎頭，2000年在香港被拍賣。由中國派員出高價將其贖回。請同學們勿忘我們的國恥：中國還有上百萬件珍貴文物流失海外。開發利用金屬礦物和海水資源人類最早是在由天而降的隕石中獲得單質鐵的，隕石中含鐵量高達90%以上。古代阿拉伯人曾傳說“天上的金雨落進沙漠里變成了黑色的鐵”。濟南隕鐵新疆隕鐵南極洲隕鐵開發利用金屬礦物和海水資源金、鉑等為游離態得電子，被還原Mn+M+ne-主要是化合態將金屬從其化合物中還原出來，使之轉變為單質的過程。(1)金屬在自然界中的存在形式？

(2)金屬冶煉指的是什么？

一、金屬礦物的開發利用

1、金屬的冶煉冶煉金屬的步驟：礦石富集→金屬冶煉→精煉開發利用金屬礦物和海水資源法國皇帝拿破侖是一個喜歡炫耀自己的人。他常常大擺宴席，宴請天下賓客。每次宴會，他總是擺出一副高人一等的樣子。餐桌上的用具幾乎全是用銀制成的，唯有他自己用的那一個碗卻是鋁制品。思考與交流由于早期煉鋁十分困難，所以鋁的價格十分昂貴，一度超越金銀之上，直至19世紀上半葉，鋁還是歐洲許多高級珠寶店的高檔貨。為什么貴為法國皇帝，在當時卻不用高貴而亮麗的銀碗，而用色澤要暗得多的鋁碗呢？開發利用金屬礦物和海水資源自從美國青年化學家霍爾發明電解制鋁法后，制鋁工藝不斷改進，現在人們已經熟練掌握了從鋁土礦（主要成分是Al2O3）中冶煉鋁的技術，使得制鋁成本大大下降，使鋁走入千家萬戶。開發利用金屬礦物和海水資源電解槽2Al2O3

(熔融)4Al＋3O2↑電解冰晶石反應原理:開發利用金屬礦物和海水資源古代中國勞動人民用木炭煉鐵我國古代煉鐵工業長期領先于世界，我國在西漢初時已經懂得用木炭與鐵礦石混合高溫冶煉生鐵，領先歐洲一千余年，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭煉鐵，而歐洲最早的英國直到500年后（相當于清朝乾隆末年），才掌握這一技術。開發利用金屬礦物和海水資源反應原理:Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高溫鐵礦石焦炭空氣石灰石主要原料：開發利用金屬礦物和海水資源電解法熱還原法熱分解法工業上如何冶煉鋁和鐵?為什么鐵和鋁的冶煉方法不同？金屬越活潑，越難冶煉2、金屬冶煉方法的確定—由金屬活潑性決定KCaNaMgAl

ZnFeSnPb（H）CuHgAg弱強電解法還原法Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高溫2Al2O3

(熔融)4Al＋3O2↑電解冰晶石開發利用金屬礦物和海水資源

3、金屬冶煉的方法舉例（1）熱分解法2HgO2Hg＋O2↑加熱2Ag2O4Ag＋O2↑加熱適合一些不活潑金屬（一般是H后的金屬）開發利用金屬礦物和海水資源（2）電解法MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑電解2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑電解2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑電解冰晶石鋁土礦適合一些非常活潑金屬（Zn前金屬）開發利用金屬礦物和海水資源（常用的還原劑有：焦炭、CO、H2

等）（3）熱還原法（Zn—Cu中等活潑金屬）

Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高溫2CuO+C2Cu+CO2↑高溫高爐煉鐵主要反應WO3+3H2W+3H2O高溫其他方法：火法煉銅Cu2S+O2====2Cu+SO2

濕法煉銅：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu高溫開發利用金屬礦物和海水資源實驗4－1反應現象：鎂條劇烈燃燒，放出大量的熱，發出耀眼的白光，紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入漏斗。鋁熱反應的應用：2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3高溫3MnO2＋4Al2Al2O3＋3Mn高溫Cr2O3+2Al2Cr+Al2O33Co3O4+8Al9Co+4Al2O3高溫高溫其它鋁熱反應：鋁熱反應：鋁＋某些金屬氧化物Al2O3＋金屬高溫開發利用金屬礦物和海水資源鋁熱反應的應用：鋁熱反應應用冶煉難熔的金屬焊接鋼軌（冶練常用的還原劑有：焦炭、CO、H2

、Al等活潑金屬）開發利用金屬礦物和海水資源4、合理開發和利用礦物資源的途徑：（1）廢舊金屬回收和再利用；（2）礦物資源保護；（3）尋找金屬替代品;(4)提高金屬礦物的利用率金屬鋁的回收與利用開發利用金屬礦物和海水資源（1）節約礦物資源；（2）節約能源；（3）減少環境污染（1）廢舊鋼鐵用于煉鋼；（2）廢鐵屑用于制鐵鹽；（3）定影液用于回收銀回收金屬的實例：回收金屬的意義：開發利用金屬礦物和海水資源課堂練習:2、下列關于金屬冶煉的說法不正確的是()

A、金屬冶煉是由人類生產生活需要發展起來的B、天然礦藏很少只含一種金屬元素往往含有較多雜質C、金屬的冶煉主要有礦石的富集、冶煉還原和精煉三個步驟D、金屬冶煉一定要用到還原劑D1、金屬冶煉的目的是（）A、把金屬化合物還原為金屬單質B、除去金屬中的雜質C、把金屬單質變為氧化物D、把電能轉變為化學能A開發利用金屬礦物和海水資源5、冶煉金屬常用以下幾種方法：①以C或H2、CO作為還原劑還原法；②熱分解法；③電解法；④鋁熱法?，F冶煉下列金屬：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，試標明適宜的冶煉方法。Al：；Mg：；Cu：；Hg：；Mn：。③③①②④3、工業上常采用電解法冶煉的金屬是（）A、FeB、CuC、AlD、Ag4、可用熱分解法就可能制得的金屬有（）A.CuCrB.TiWC.AgHgD.NaAlCC開發利用金屬礦物和海水資源Fe＋Cu2+＝Cu＋Fe2+6、宋代時期，人們發現江西上饒有一口苦泉，蒸發這種苦泉水會得到膽礬，熬苦泉水的鐵鍋用久了會變成銅鍋，這是濕法煉銅的起源，請寫出該反應的離子方程式

。開發利用金屬礦物和海水資源二、海水資源的開發和利用開發利用金屬礦物和海水資源

從太空觀察地球，看到地球上有七片陸地“漂浮”在一大片藍色的海洋之中是“歷史留給人類的資源儲備”海洋是美麗的，也是富饒的開發利用金屬礦物和海水資源

海水資源主要分為幾大類？

海水中蘊含著的豐富資源。21世紀人類將重點開發海洋資源。海水資源的多樣性水資源生物資源海洋能化學資源開發利用金屬礦物和海水資源

海水水資源海水中的水1.3X109

億噸占地球總水量97%（3%在陸地、淡水）開發利用金屬礦物和海水資源

海水生物資源開發利用金屬礦物和海水資源

海水能源具有商業開發價值的：潮汐發電和波浪發電開發利用金屬礦物和海水資源含80多種元素，含O、H及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共11種元素的質量占總水量的99%，其余1%為70多種含量微少的元素。被稱為“元素的故鄉”。海水化學資源大陸架的淺海海底：石油、天然氣、煤、硫、磷等近岸帶的濱海砂礦：砂、貝殼等建筑材料和金屬礦產開發利用金屬礦物和海水資源海水因為量太大、面太廣，大多數元素盡管總量很大但由于太分散，含量極微少如：海水中金元素總含量約為50000000t（5千萬噸）但一噸海水中只含金元素0.000004g（10億分之四克）

海水資源的分散性開發利用金屬礦物和海水資源海水水資源的利用：

主要有：1.

海水的淡化（咸水淡水）2.直接利用海水進行循環冷卻（作冷卻用水）開發利用金屬礦物和海水資源海水蒸餾原理示意圖1、海水淡化原理：加熱到水的沸點，液態水變為水蒸汽與海水中的鹽分離，水蒸汽冷凝得到淡水如何用海水制備淡水？海洋中的化學資源的提取和檢驗開發利用金屬礦物和海水資源

太陽能蒸發海水示意圖：

開發利用金屬礦物和海水資源

2、科學探究：如何將海水中的Br-轉變成Br2？1、推測海水提溴的步驟和實驗裝置；2、寫出相關的化學方程式。濃縮海水溴單質氫溴酸單質溴通入Cl2①通入空氣，SO2吸收②通入Cl2③開發利用金屬礦物和海水資源2NaBr+Cl2==Br2+2NaCl2H2O+Br2+SO2==H2SO4+2HBr2HBr+Cl2==Br2+2HCl海水提溴的實驗室模擬裝置開發利用金屬礦物和海水資源溴的用途溴化銀是一種重要的感光材料，被用于制作膠卷和相紙等。當按下快門的時候，相片上的部分溴化銀就分解出銀，從而得到我們所說的底片。溴化鋰制冷技術則是最近廣為使用的一項環保的空調制冷技術，其特點是不會有氟利昂帶來的污染，所以很有發展前景。

滅火器中也有溴，我們平時看到的諸如“1211”滅火器，就是分子里面有一個溴原子的多鹵代烷烴，不僅能撲滅普通火險，在泡沫滅火器無法發揮作用的時候，例如油火?，F在醫院里普遍使用的鎮靜劑，有一類就是用溴的化合物制成的，如溴化鉀、溴化鈉、溴化銨等，通常用以配成“三溴片”，可治療神精衰弱。大家熟悉的紅藥水，也是溴與汞的化合物。青霉素等抗菌素生產也需要溴，溴還是制造農業殺蟲劑的原料。

溴可以用來制作防爆劑。把溴的一種化合物與鉛的一種有機化合物同時摻入汽油中，可以有效地防止發動機爆炸。只不過這種含鉛汽油燃燒會造成空氣污染，在我國許多大城市已不再允許銷售、使用摻加這種防爆劑的汽油。

開發利用金屬礦物和海水資源

3、科學探究：如何證明海帶中有碘離子？開發利用金屬礦物和海水資源證明海帶中含有碘，有以下步驟：①灼燒海帶至完全生成灰，停止加熱，冷卻；②在濾液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入幾滴淀粉溶液；③用剪刀剪碎海帶，用酒精潤濕，放入坩堝中；④海帶灰轉移到小燒杯，加蒸餾水，攪拌、煮沸、過濾。(1)合理的步驟是：(2)證明含碘的步驟是：現象是：反應的離子方程式是：③①④②②滴入淀粉溶液，溶液變藍。2I-+2H++H2O2

I2+2H2O開發利用金屬礦物和海水資源提取海帶中的碘元素得到單質碘思考與歸納燃燒加水加熱溶解過濾稀硫酸過氧化氫溶液CCl4蒸餾海帶灰海帶懸濁液濾液碘水碘的CCl4溶液單質碘操作1操作2操作3操作4操作5試劑1試劑2萃取分液生物富集海水開發利用金屬礦物和海水資源海水曬鹽（煮海為鹽）4、從海水中提取NaCl方案蒸發法：得到粗鹽開發利用金屬礦物和海水資源粗鹽提取NaCl方案①Na2CO3②NaOH③BaCl2②③①或③②①或③①②粗鹽中的雜質：泥沙、Ca2+、Mg2+、SO42-除雜試劑：試劑加入順序：主要操作：溶解、過濾、蒸發④鹽酸濾液沉淀適量鹽酸溶解BaCl2NaOHNa2CO3過濾蒸發結晶海水淡水粗鹽鹽水操作Ⅰ（）過濾泥沙開發利用金屬礦物和海水資源5、實驗方案設計：

從海水中提取鎂元素得到單質鎂

鹵水Ｍg(OH)2ＭgCl2金屬Mg

電解

海水富集加堿過濾鹽酸蒸發