化學與自然資源的開發利用第四章知識內容

1.開發利用金屬礦物和海水資源2.資源綜合利用環境保護化學與自然資源的開發利用第四章知識體系金屬礦物海水化石燃料……..利用化學變化獲得有用物質獲得能量①資源綜合利用②環境保護③綠色化學金屬冶煉從海水中獲取有用物質化石燃料的綜合利用石油的分餾、裂化、裂解和催化重整煤的干餾、氣化、液化天然氣化工化石燃料的燃燒….化學與自然資源的開發利用第四章教學目標

1.以金屬礦物的開發和利用為例，認識化學方法在實現物質轉化中的作用，體會保護金屬資源的重要性。

2.了解海水資源開發和利用的前景及化學在其中可以發揮的作用。

3.認識煤、石油和天然氣等化石燃料綜合利用的含義。

4.以聚乙烯為例，認識聚合反應、高分子化合物并了解高分子材料在生活等領域中的應用及可能帶來的環境問題。

5.認識化學在環境保護中的作用，樹立綠色化學的觀點。AgAlAuCuFeMgCoMn第四章化學與自然資源的開發利用前言

利用化學變化，可以改變物質的組成、結構，可以合成自然界原本沒有的物質；可以開發人類社會發展所需的能源；可以擴大利用自然資源的范圍。01二月20231開發利用金屬礦物和海水資源化學與自然資源的開發利用41.絕大多數金屬在自然界中以什么樣的化合價形態存在？將化合態的金屬轉化為金屬單質在工業上叫什么？（在自然界中）其逆過程叫什么？

2.工業上常見的金屬冶煉方法分為哪三種？是按金屬的什么性質分類的？按金屬活動順序表來劃分，哪些金屬的冶煉采用哪些方法？請對應。

3.熱還原法冶煉金屬常用的還原劑有哪些物質？金屬鐵的冶煉在工業上常用的還原劑是CO，而不用氫氣，為什么？

4.電解法冶煉金屬鋁，原料選用熔點高達2050℃的Al2O3而不選用熔點很低的

AlCl3?冶煉鎂時原料選用MgCl2而不是MgO，為什么？

5.冶煉金屬除了上述三種方法外，人類還使用了哪些冶煉金屬的方法？

6.表4-1中，鋁熱法煉鐵、炭還原MgO得鎂實質都可以歸類于什么法冶煉？

7.地球上的任何資源都是有限的，從保護金屬礦物資源的角度談談你對利用該資源的看法。

一、開發利用金屬礦物和海水資源一、金屬礦物的開發利用1．金、鉑等極少數金屬以_________形式存在。2．絕大多數金屬以_________形式存在。在金屬化合物中，金屬元素都顯_________。Ⅰ.金屬在自然界中的存在形式游離態化合態正價Ⅱ.金屬在自然界中的轉化化合態

游離態（即單質）金屬的冶煉（被還原）金屬的腐蝕（被氧化）Ⅲ.金屬的冶煉1．冶煉原理金屬冶煉的實質是根據___________反應，使金屬礦物中的金屬陽離子______電子生成金屬單質的過程。即：

Mn＋＋ne－===M氧化還原得到2．冶煉方法實例分析1.活潑金屬（如Na、Mg、Al等）的冶煉常用電解法。即電解熔融的氯化物或氧化物。2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑電解MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑電解特例KCl+NaK↑+NaCl850℃左右2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑電解冰晶石注：對于非?；顫娊饘俨捎靡话愕倪€原劑很難將其還原出來，故選電解法。(利用平衡原理)2.大部分金屬介于活潑金屬（如Na、Mg、Al等）和不活潑金屬（如Hg等）之間，都是通過高溫下發生氧化還原反應完成的。常見的還原劑有CO、C、H2Fe2O3+3CO2Fe+3CO2高溫(工業煉鐵原理)試寫出鐵的其它氧化物與C、CO反應的化學方程式。試思考工業煉鐵不用H2代替C、CO的原因。Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3高溫(鋁熱法煉鐵等高熔點金屬)試寫出鐵的其它氧化物與Al反應的化學方程式。TiCl4(熔融)+4NaTi+4NaCl高溫(冶煉貴重金屬)Fe+CuSO4=FeSO4+Cu(濕法煉銅)3.不活潑金屬（如Hg、Ag等）的冶煉。2HgO2Hg+O2↑加熱2Ag2O4Ag+O2↑加熱

金屬活動順序表中，越到后面的金屬的化合物，熱穩定性越差。4.其它冶煉金屬的方法。Cu2S+O22Cu+SO2高溫(火法煉銅)淘金法等實驗4-1【鋁熱反應】1.把兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀套在一起，取出內層濾紙，在其底部剪一小孔后用水潤濕，再套回原處，并架在鐵圈上（如圖所示），下面放置一盛沙子的蒸發皿。2.將5g干燥的氧化鐵粉末和2g鋁粉均勻混合后放入紙漏斗中，在混合物上面加少量氯化鉀固體，中間插一根用砂紙打磨過的鎂帶。3.用燃著的小木條點燃鎂帶?，F象結論鎂條劇烈燃燒，發出耀眼的白光，放出大量的熱，使氧化鐵粉末和鋁粉在較高溫度下發生劇烈的反應。紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中在高溫下，鋁與Fe2O3發生反應，放出大量的熱使生成的鐵熔化。Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3高溫鋁熱反應分析(鋁熱劑)Mg為引燃劑和KClO3為助燃劑。特別提醒：實驗注意事項：(1)鎂帶要打磨凈表面的氧化膜，否則難以點燃；(2)氧化鐵粉末要干燥，鋁粉要沒有被氧化，否則難以反應；(3)要保證紙漏斗重疊時四周均為四層，且內層紙漏斗一定要用水潤濕，以防高溫物質從四周濺出；(4)蒸發皿中的細沙要適量，既要防止蒸發皿炸裂，又要防止熔融的液體濺出傷人；(5)實驗裝置要與人有一定距離，防止人被燒傷。注：冶煉高熔點金屬。試寫三例。鋁熱反應不僅可以用于冶煉高熔點的金屬如W、Cr、Mn、V等，還用于定向爆破及野外的鋼軌焊接。冶煉金屬焊接鋼軌定向爆破【例】Cu2S是火法煉銅一種重要的原料，下面是由Cu2S冶煉銅及制取CuSO4·5H2O的流程圖：⑴

Cu2S中銅元素的化合價為

，火法煉銅的反應原理

是

(用化學方程式表示)。⑵

Cu2O，CuO加入足量稀硫酸得到的體系A中看到溶液呈藍色，且有紅色物質生成，

請寫出生成紅色物質的離子方程式：

。⑶

若將A中單質反應掉,操作加入試劑最好是

。

A.加入適量的NaNO3

B.適量的HNO3

C.適量的H2O2⑷

取5.0g膽礬樣品逐漸升高溫度使其分解，分解過程的熱重曲線如下圖所示：通過

計算確定258℃時發生反應的化學方程式

，e點的化學式

(計算過程略去)。(1)+1

(2分)

Cu2S

+

O2

2Cu

+SO2(2分)

(2)

Cu2O+2H+=

Cu+Cu2+

+H2O(2分)(3)

C(2分)(4)

CuSO4·H2O

CuSO4+H2O(2分)

Cu2O(2分)化學與自然資源的開發利用4

1.海水水資源利用有哪些方面？

二、海水資源的開發利用

【淡化、循環冷卻、潮汐能和波浪能等】2.當你在海上遇險被拋在沒有淡水的救生筏上，你如何將海水變成淡水來自救？簡述你用的材料，畫出圖示。3.海水淡化的方法有哪些？各有哪些優缺點？蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。前二者成本較高，目前主要采用離子交換法。4.除水外，我們現在從海水中提取了哪些物質？從海水中提取這些物質最大的難度是什么？一般采用什么方法？5.NaCl有哪些用途？寫出用NaCl作化工原料的方程式。

【Mg、K、NaCl、Br2；富集程度低；濃縮富集。】

【燒堿、純堿、金屬鈉、氯氣、鹽酸、漂白粉等】5.實驗4-2的目的是什么？干海帶用剪刀剪碎的目的是什么？整個實驗使用了哪些分離提純的方法？根據什么現象證明海帶中還有碘元素？寫出實驗步驟3中反應的化學方程式。6.完成《思考與交流》?！咎崾荆簩懛匠淌絽⒄铡顿Y料卡片》】7.《資料卡片》中關于從海水中提取溴使用了“空氣吹出法”，該法是將空氣鼓入含溴的溶液中，利用空氣將溴帶出。該溴是化合態還是游離態的？在化學實驗室也可以用什么方法代替“空氣吹出法”實現溴的濃縮或富集？

【從海帶中提取碘并檢驗之；增大接觸面積，提高反應速率；溶解、過濾、萃取分液、蒸餾。溶液變藍?！慷⒑ＫY源的開發利用海洋約占地球表面積的71%海水中水的儲量約為1.3×109億噸，約占地球總水量的97%含80多種元素，其中H、O、Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr占99%以上。Au：約5×107t，４×１０－６ｇＡｕ／１ｔ海水廣泛性多樣性分散性1．海水水資源的利用Ⅰ．海水的淡化海水淡化的主要方法：_______、______、__________等。蒸餾法電滲析法離子交換法海水蒸餾原理示意圖儀器辨認圓底燒瓶冷凝管牛角管（尾接管）錐形瓶優缺點：技術和工藝成熟，但成本高。太陽能蒸發海水示意圖Ⅱ．直接利用海水進行循環冷卻

如原子反應堆的冷卻。2．海水化學資源的開發利用雖然海水中元素的種類很多，總儲量也很大，但很多元素的富集程度卻很低。目前從海水中提取的常見的有NaCl、MgCl2、Br2、I2等.從海水中提取鈾和重水具有戰略意義。海水曬鹽（煮海為鹽）

目前，從海水中提取食鹽的方法主要是“鹽田法”這是一種古老的而至今仍廣泛沿用地方法。使用該法。需要在氣候溫和，光照充足的地區選擇大片平坦的海邊灘涂，構建鹽田。

鹽田一般分成兩部分：蒸發池和結晶池?，F將海水引入蒸發池，經日曬蒸發水分到一定程度時，再倒入結晶池，繼續日曬，海水就會成為食鹽的飽和溶液，再曬就會逐漸析出食鹽來。這是得到的晶體就是我們常見的粗鹽。剩余的液體稱為母液，可從中提取多重化工原料。海水→蒸發池→結晶池→粗鹽和母液

從海水到粗鹽

在一望無垠的海灘上，海水被攔截在一方方鹽池里，太陽把鹽水曬干了，海水里溶解的氯化鈉結晶出來。從一噸海水里可以得到約三十公斤食鹽。這是粗鹽。曬鹽時日曬，風吹有利于加速水分子的運動，從而利于食鹽晶體的析出。日曬時溫度升高，對于NaCl來說它的溶解度隨溫度變化不明顯，但由于水分的蒸發（溶劑）的量減少，NaCl飽和析出晶體。而對于MgCl2，CaCl2來說，盡管水蒸發了，但由于它們各自的溶解能力（溶解度）增強了，所以不會析出。因為食鹽主要成分是NaCl。NaCl的溶解度隨溫度變化不明顯，而且是降低溫度，溶劑的量又不變，所以NaCl不會析出，不利于制取NaCl。粗鹽從海水里結晶出來的時候，難免夾帶一些泥沙和雜質。海水里除了氯化鈉以外，還有氯化鎂、氯化鈣等，它們也混在氯化鈉里一塊兒結晶出來。不過，這些雜質和氯化鈉的脾氣不同。氯化鈉不吸濕，氯化鎂、氯化鈣很容易吸水返潮。廚房里的粗鹽在陰雨天氣變得濕漉漉的，就是這些雜質搗的鬼。粗鹽經過再結晶，就得到精鹽。精鹽是比較純凈的氯化鈉，長久存放仍然是干燥的。

海水——蒸發結晶——析出苦鹵水（含有鎂離子、溴離子、碘離子等）和粗鹽（含鈉離子、氯離子、鎂離子、硫酸根離子等）——依次加入氯化鋇、氫氧化鈉、碳酸鈉。去除雜志——過濾——得到沉淀和濾液——加入稀鹽酸溶液——蒸發結晶——得到純凈鹽（氯化鈉）。從海水到精鹽

指出以上用到的分離提純的方法，并試寫出以上涉及的離子方程式。海帶提碘實驗4-2操作1.取3g左右的干海帶，把干海帶表面的附著物用刷子刷凈，用剪刀剪碎后，用酒精潤濕，放入坩堝中。點燃酒精燈，灼燒海帶至完全變為灰燼，停止加熱，冷卻。2.將海帶灰轉移到小燒杯中，向其中加入10mL蒸餾水，攪拌、煮沸2~3分鐘，過濾。3.在濾液中滴入幾滴稀硫酸（3mol/L），再加入約

1mLH2O2(質量分數為3%)，觀察現象。加入幾滴淀粉溶液，觀察現象。現象加淀粉溶液前，溶液為無色；加入淀粉溶液后，溶液變為藍色。結論海帶中含有碘元素；通過上述方法可以從海帶中提取碘單質。海帶提碘過程流程圖：海帶灰溶解過濾灼燒殘渣

濾液(含I-)加入H2O2

稀H2