高中化學(xué)課件 4-1 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源

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歡迎進(jìn)入化學(xué)課堂 第四章 化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用 第一節(jié) 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源 一 金屬礦物的開發(fā)利用 我國21世紀(jì)初可持續(xù)發(fā)展的總體目標(biāo)是 可持續(xù)發(fā)展能力不斷增強(qiáng) 經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整取得顯著成效 人口總量得到有效控制 生態(tài)環(huán)境明顯改善 資源利用率顯著提高 促進(jìn)人與自然的和諧 推動(dòng)整個(gè)社會(huì)走上生產(chǎn)發(fā)展 生活富裕 生態(tài)良好的文明發(fā)展道路 自然資源與可持續(xù)發(fā)展 金屬的冶煉 自然界中的金屬大都以化合態(tài)存在 用化學(xué)的方法把化合態(tài)的金屬變成游離態(tài) 要考慮的問題 礦石的富集 合適的冶煉方法 如何精煉 礦石中的金屬是 分析 得電子 被還原 化合態(tài) KCaNaMgAlZnFeSnPb H CuHgAgPtAu 金屬活動(dòng)性逐漸減弱 KCaNaMgAlZnFeSnPb H CuHgAgPtAu 金屬活動(dòng)性不同 還原方法一樣嗎 p88 1 熱分解法 適用于金屬活動(dòng)性順序表中氫以后的金屬冶煉 HgAg 2 熱還原法 適用于金屬活動(dòng)性順序表中部的金屬冶煉ZnFeSnPb H Cu 3 電解法 適用于鉀 鈉 鈣 鋁等活潑金屬的冶煉 KCaNaMgAl 4 物理提取法 適用于極不活潑的金屬的冶煉 PtAu 簡單 實(shí)用 節(jié)省的原則 1 熱分解法有些不活潑金屬僅用熱分解法就能制得 在金屬活動(dòng)性順序表中 位于氫后面的某些金屬的氧化物受熱就能分解 冶煉方法的選擇原則 2 熱還原法多數(shù)金屬的冶煉過程屬于熱還原法常用的還原劑有焦炭 一氧化碳 氫氣和活潑金屬等 3 電解法在金屬活動(dòng)性順序中 鉀 鈉 鈣 鋁等幾種金屬的還原性很強(qiáng) 這些金屬都很容易失去電子 因此不能用一般的方法和還原劑使其從化合物中還原出來 而只能用通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來冶煉 KCaNaMgAlZnFeSnPb H CuHgAg 電解法 熱還原法 不同金屬冶煉方法的選擇 KCaNaMgAlZnFeSnPb H CuHgAg 同種金屬可以有不同的冶煉方法 如Mg既可用還原法 也可用電解法 根據(jù)其不同用途選擇不同的冶煉方法 活潑中等活潑不活潑 C CO H2 Al等 氧化物 氯化物 氧化物 練習(xí) 1 下列各組金屬最適合用H2或CO把它從化合物中還原出來的是A Ca MgB Al FeC Fe CuD Hg Ag 2 列金屬氧化物不能用焦炭還原的是 解題思路 碳的還原性一般介于A1 Zn之間 故一般比碳還原性強(qiáng)的金屬 不能用碳還原 A CaOB Ag2OC CuOD Fe2O3 C A 3 下列各種冶煉方法中 可以制得相應(yīng)金屬的是 A 加熱氧化鋁B 加熱碳酸鈣C 電解熔融氯化鈉D 氯化鈉與鋁粉高溫共熱4 根據(jù)金屬在金屬活動(dòng)順序表中的位置及性質(zhì) 推測制取下列金屬最適宜的方法 Na Zn Hg Au C 電解法 加熱還原法 加熱分解法 物理提取法 實(shí)驗(yàn)4 1鋁熱反應(yīng)p89 1 鎂條的作用是什么 2 氯酸鉀的作用是什么 問題 引燃劑 反應(yīng)現(xiàn)象 鎂條劇烈燃燒 放出大量的熱 發(fā)出耀眼的白光 紙漏斗內(nèi)劇烈反應(yīng) 紙漏斗被燒穿 有熔融物落入沙中 鋁熱劑 反應(yīng)現(xiàn)象 劇烈反應(yīng) 發(fā)出強(qiáng)光 紙漏斗被燒穿 沙子上落有黑色鐵珠 結(jié)論 鋁是常用的還原劑 在一定的條件下與某些金屬氧化物反應(yīng) 把其中的金屬還原成單質(zhì) 其它鋁熱反應(yīng) 鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用 鋁熱反應(yīng)的原理可以應(yīng)用在生產(chǎn)上 如用于焊接鋼軌等 在冶金工業(yè)上也常用這一反應(yīng)原理 使鋁與金屬氧化物反應(yīng) 冶煉釩 鉻 錳等等高熔點(diǎn)金屬 KCaNaMgAl ZnFeSnPb H Cu HgAg PtAu 電解法 熱還原法 熱分解法 物理提取法 C CO H2 Al等 不同金屬冶煉方法的選擇歸納 金屬的回收和資源保護(hù)p89 回收金屬的意義 1 節(jié)約礦物資源 2 節(jié)約能源 3 減少環(huán)境污染 二 海水資源的開發(fā)利用 從太空觀察地球 看到地球上有七片陸地 漂浮 在一大片藍(lán)色的海洋之中 是 歷史留給人類的資源儲(chǔ)備 海洋是美麗的 也是富饒的 海洋生物資源 含80多種元素 以氫 氧 氯 鈉 鎂 硫 鈣 鉀等較多 被稱為 元素的故鄉(xiāng) 海水中鈾多達(dá)45億噸是已知陸地鈾礦儲(chǔ)量的4500倍 氘有50億噸足夠人類用上千萬年 海水中的化學(xué)資源 海洋中的礦產(chǎn)資源 海水資源的廣泛性 海洋約占地球表面積71 海洋中的資源 動(dòng)物 魚類 海獅 海馬 貝類 植物 海草 海帶 礦物 各種鹽 NaCl MgCl2 海底金屬結(jié)核礦 石油 水資源及各種溶解的鹽類 海水中的水1 3 109億噸占地球總水量97 3 在陸地 淡水 海水中除了水以外 還含有80多種元素 有的含量很大 如NaCl 有的含量很少 如Au 海水資源的多樣性 海水中溶解和懸浮大量的無機(jī)物和有機(jī)物 按含量計(jì) 含O H及Cl Na S C F B Br Sr共13種元素的質(zhì)量占總水量的99 其余1 為70多種含量微少的元素 海水資源的分散性 海水因?yàn)榱刻?面太廣 大多數(shù)元素盡管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 但一頓海水中只含金元素0 000004g 10億分之四克 百分之0 000004克 海水綜合利用的重要方向 海水綜合利用的重要方向是 海水淡化同化工生產(chǎn)結(jié)合 同能源技術(shù)結(jié)合 如從海水中制得的氯化鈉除食用外 還用作工業(yè)原料 如生產(chǎn)燒堿 純堿 金屬鈉以及氯氣 鹽酸 漂白粉等含氯化工產(chǎn)品 從海水中制取鎂 鉀 溴及其化工產(chǎn)品 是在傳統(tǒng)制鹽工業(yè)上的發(fā)展 從海水中獲得其他物質(zhì)和能量具有廣闊的前景 例如 鈾和重水目前是核能開發(fā)中的重要原料 從海水中提取鈾和重水對(duì)一個(gè)國家來說具有戰(zhàn)略意義 化學(xué)在開發(fā)海洋藥物方面也將發(fā)揮越來越大的作用 潮汐能 波浪能等也是越來越受到重視和開發(fā)的新型能源 海水資源的利用 主要有 1 海水中水資源的利用海水的淡化 咸水 淡水 2 直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻 作冷卻用水 海水的淡化 1 海水淡化的途徑 從海水中提取淡水 從海水中分離出鹽 2 海水淡化的方法 p90 蒸餾法 最先使用 技術(shù)成熟 但成本高 電滲析法 成本低 但未能大量生產(chǎn) 離子交換法 目前正迅速發(fā)展 但需要不斷更新離子交換樹脂 蒸餾法所用的裝置及原理 原理 加熱到水的沸點(diǎn) 使水汽化變成水蒸氣 再冷凝得淡水 進(jìn) 冷卻水出 煮海 為鹽 海水濃縮 過濾 蒸發(fā)結(jié)晶 過量 食鹽的提取 海水的綜合利用 1 海水制鹽 生產(chǎn)NaCl 2 NaCl的水溶液制NaOH 3 制金屬Na 4 制Na2CO3 2NaOH CO2 Na2CO3 H2O 海水蒸發(fā) 母液 Mg OH 2 MgCl2 Ca OH 2 Mg OH 2 CaCl2 從海水中制金屬鎂 Mg OH 2 2HCl MgCl2 H2O 海水中提取溴的實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)方法 1 用蒸餾法將海水濃縮 用硫酸將濃縮的海水酸化 2 向酸化的海水中通入適量的氯氣 使溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì) 3 向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸氣 將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi) 轉(zhuǎn)化為氫溴酸 4 向吸收塔中溶液內(nèi)通入適量的氯氣 最后經(jīng)蒸餾可得液溴 用CCl4萃取 海水中提取溴實(shí)驗(yàn)的方程式 2NaBr Cl2 Br2 2NaCl 上面置換反應(yīng)得到的Br2的濃度很低 難以收集 用空氣吹出Br2后用SO2吸收 使溴得到富集 Br2 SO2 2H2O 2HBr H2SO4 2HBr Cl2 Br2 2HCl 如何證明海帶中存在碘元素 實(shí)驗(yàn)4 2 一 實(shí)驗(yàn)方法 1 稱取3g干海帶 用刷子把干海帶表面的附著物刷凈 不要用水洗 有I 將海帶剪碎 用酒精潤濕 便于灼燒 后 放在坩堝中 2 用酒精燈灼燒盛有海帶的坩堝 至海帶完全成灰 停止加熱 冷卻 3 將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中 向燒杯中加入10ml蒸餾水 攪拌 煮沸2min 3min 使可溶物溶解 過濾 4 向?yàn)V液中滴入幾滴硫酸 再加入約1mlH2O2溶液 觀察現(xiàn)象 取少量上述濾液 滴加幾滴淀粉溶液 觀察現(xiàn)象 二 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 加入H2O2溶液后 溶液顏色變?yōu)樯铧S色 加入淀粉溶液后 溶液又變?yōu)樯钏{(lán)色 三 化學(xué)方程式 2KI H2O2 H2SO4 I2 K2SO4 2H2O 海水綜合利用聯(lián)合工業(yè)體系一例p92 由于鎂很活潑 是還原性很強(qiáng)的金屬 所以加熱時(shí)能與許多氣體物質(zhì)反應(yīng) 如空氣 二氧化碳 氮?dú)獾?但不與氫氣和稀有氣體反應(yīng) 練習(xí) 鎂粉是焰火 閃光粉中不可缺少的原料 工業(yè)制造鎂粉是鎂蒸氣在氣體中冷卻 下列可做冷卻劑的是 1 空氣 2 CO2 3 Ar 4 H2 5 N2A 1 2 B 2 3 C 3 4 D 4 5 C 2 下列敘述中所描述的物質(zhì)一定是金屬元素的是A 易失去電子的物B 原子最外層只有一個(gè)電子的元素C 單質(zhì)具有金屬光澤的元素D 第三周期中 原子的最外層上只有2個(gè)電子的元素 D 3 鋁加入下列物質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生氣體的是A 熔融NaOHB KOH溶液C Na2O2固體D Na2O2和水 4 鋁熱劑中鋁的作用是A 催化劑B 氧化劑C 還原劑D 填充劑 BD C 5 下列冶煉金屬的反應(yīng) 一定是置換反應(yīng)的是A 熱分解法B 電解法C 鋁熱法煉鐵D 高爐煉鐵 C 6 下列說法中不正確的是A 金屬的冶煉原理 就是利用氧化還原反應(yīng)原理 用還原劑在一定條件下將金屬從礦石中還原出來B 冶煉金屬時(shí) 必須加入一種物質(zhì)作為還原劑C 金屬由化合態(tài)變?yōu)橛坞x態(tài) 都是被還原D 金屬單質(zhì)被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用得越早 其活動(dòng)性一般較弱 AB 7 下列冶煉金屬的反應(yīng) 一定是分解反應(yīng)的是 A 熱分解法B 電解法C 鋁熱法煉鐵D 高爐煉鐵 AB 8 列金屬冶煉方法與其他三種不同的是A FeB KC MgD Al A 9 下列海洋資源中屬于可再生資源的是A 海底石油 天然氣B 潮汐能C 濱海砂礦D 錳結(jié)核 10 下列哪種方法不能實(shí)現(xiàn)海水的淡化A 蒸餾法B 電滲析法C 離子交換法D 電解法 B D 11 下列屬于海水化學(xué)資源利用的是A 海水淡化B 海水提鹽C 海水提溴D 海水發(fā)電 12 用H2做還原劑和用金屬做還原劑相比較 所得金屬的純度A 用H2高B 用金屬的高C 二者相同D 無法比較 用H2還原的產(chǎn)物是金屬和水 水受熱揮發(fā) 只得到金屬 用金屬還原所得的是混合物 金屬與金屬的化合物 BC A 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全