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1、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,一、金属矿物的开发利用,人类最早发现和应用的金属,铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的“石器时代”。,资料卡片,青铜：主要含铜和锡、铅，有良好的强度和塑性、耐磨、耐腐蚀，主要用于制机器零件如轴承、齿轮等。 黄铜：主要含铜和锌，有良好的强度和塑性、易加工、耐腐蚀，主要用于制机器零件、仪表和日用品。 白铜：主要含铜和镍，它不容易生铜绿，常用于制造精密仪器和装饰品。,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。,请同学们勿忘我们的国耻： 中国还
2、有上百万件珍贵文物流失海外。,人类最早是在由天而降的陨石中获得单质铁的，陨石中含铁量高达90%以上。,古代阿拉伯人曾传说“天上的金雨落进沙漠里变成了黑色的铁”。,济 南 陨 铁,新 疆 陨 铁,南极洲陨铁,金、铂等为游离态,主要是化合态,将金属从其化合物中还原出来，使之转变为单质的过程。,(1)金属在自然界中的存在形式？ (2)金属冶炼指的是什么？,一、金属矿物的开发利用,1、金属的冶炼,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。,为什么贵为法国皇帝，在当时却不用高贵而亮 丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢？,由于早期炼
3、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Al2O3，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,电解槽,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
4、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。,工业上 如何冶炼铝和铁?为什么铁和铝的冶炼方法不同？,金属越活泼，越难冶炼,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,电解法,热还原法,热分解法,2、金属冶炼方法的确定由金属活泼性决定,因为金属离
5、子的得电子能力不同，所以冶炼方法不同。,2、热分解法 适合一些不活泼金属(一般是H后的金属 ),冶炼金属的几种方法,1、物理提取法：适用于极不活泼的 金属Pt、Au,（3）电解法,适合一些非常活泼金属（ Zn前金属）,（常用的还原剂有：焦炭、CO、H2 等）,（4）热还原法（ZnCu中等活泼金属）,常用的还原剂还有哪些?,实验41,反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入漏斗。,其它铝热反应：,铝热反应：,铝热反应的应用：,（冶练常用的还原剂有： 焦炭、CO、H2 、Al等活泼金属 ）,K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) C
6、u Hg Ag Pt Au,电解法,热还原法,热分解法,物理提取法,4、合理开发和利用矿物资源的途径：,（1）废旧金属回收； （2）矿物资源保护； （3）寻找金属替代品。,金属铝的回收与利用,（1）节约矿物资源； （2）节约能源； （3）减少环境污染,（1）废旧钢铁用于炼钢； （2）废铁屑用于制铁盐； （3）定影液用于回收银,回收金属的实例：,回收金属的意义：,课堂练习:,2、下列关于金属冶炼的说法不正确的是( ) A、金属冶炼是由人类生产生活需要发展起来的 B、天然矿藏很少只含一种金属元素往往含有较多 杂质 C、金属的冶炼主要有矿石的富集、冶炼还原和精 炼三个步骤 D、金属冶炼一定要用到还原
7、剂,D,1、金属冶炼的目的是 （ ） A、把金属化合物还原为金属单质 B、除去金属中的杂质 C、把金属单质变为氧化物 D、把电能转变为化学能,A,5、冶炼金属常用以下几种方法：以C或H2、CO作为还原剂还原法 ；热分解法 ；电解法 ；铝热法。现冶炼下列金属：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，试标明适宜的冶炼方法。 Al： ；Mg： ；Cu： ； Hg： ；Mn： 。,3、工业上常采用电解法冶炼的金属是 （ ） A、Fe B、Cu C、Al D、Ag,4、可用热分解法就可能制得的金属有（ ） A . Cu Cr B . Ti W C . Ag Hg D . Na Al,C,C,FeCu2+ CuFe
8、2+,6、宋代时期，人们发现江西上饶有一口 苦泉，蒸发这种苦泉水会得到胆矾，熬苦泉水 的铁锅用久了会变成铜锅，这是湿法炼铜的起 源，请写出该反应的离子方程式 。,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,海水资源主要分为几大类？,海水中蕴含着的丰富资源。21世纪人类将重点开发海洋资源。,海水资源的多样性,水资源,生物资源,能源,化学资源,海水资源的多样性：,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
9、2 . 海底金属结核矿、石油 水 : （水资源及各种溶解的盐类,海水水资源,海水中的水1.3X109 亿吨 占地球总水量97% （3%在陆地、淡水）,海水生物资源,海水能源,具有商业开发价值的：潮汐发电和波浪发电,含80多种元素，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。被称为“元素的故乡”。,海水化学资源,大陆架的浅海海底：石油、天然气、煤、硫、磷等 近岸带的滨海砂矿：砂、贝壳等建筑材料和金属矿产,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,
10、一、海水水资源的利用：,主要有： 1.海水中水资源的利用 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）,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。,海水蒸馏原理示意图,1、海水淡化,原理：加热到 水的沸点，液态水 变为水蒸汽与海水 中的盐分离，水蒸 汽冷凝得到淡水,如何用海水制备淡水？,海洋中的化学资源的提取和检验,太阳能蒸发海水示意图：,二、海水化学资源的开发
11、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。,海水晒盐（煮海为盐）,1、从海水中提取NaCl方案,蒸发法：得到粗盐,粗盐提取NaCl方案,Na2CO3,NaOH,Ba
12、Cl2,或或,溶解、过滤、蒸发,盐酸,滤液,沉淀,适量 盐酸,溶解,过滤,蒸发 结晶,操作（ ）,2、科学探究： 如何将海水中的Br-转变成Br2？,1、推测海水提溴的步骤和实验装置； 2、写出相关的化学方程式。,2NaBr + Cl2= Br2+2NaCl,2H2O + Br2+SO2= H2SO4+2HBr,2HBr + Cl2= Br2+2HCl,海水提溴的实验室模拟装置,溴的用途,溴化银是一种重要的感光材料，被用于制作胶卷和相纸等。当按下快门的时候，相片上的部分溴化银就分解出银，从而得到我们所说的底片。 溴化锂制冷技术则是最近广为使用的一项环保的空调制冷技术，其特点是不会有氟利昂带来的
13、污染，所以很有发展前景。 灭火器中也有溴，我们平时看到的诸如“1211”灭火器，就是分子里面有一个溴原子的多卤代烷烃，不仅能扑灭普通火险，在泡沫灭火器无法发挥作用的时候，例如油火。 现在医院里普遍使用的镇静剂，有一类就是用溴的化合物制成的，如溴化钾、溴化钠、溴化铵等，通常用以配成“三溴片”，可治疗神精衰弱。 大家熟悉的红药水，也是溴与汞的化合物。 青霉素等抗菌素生产也需要溴，溴还是制造农业杀虫剂的原料。 溴可以用来制作防爆剂。把溴的一种化合物与铅的一种有机化合物同时掺入汽油中，可以有效地防止发动机爆炸。只不过这种含铅汽油燃烧会造成空气污染，在我国许多大城市已不再允许销售、使用掺加这种防爆剂的汽
14、油。,3 、科学探究： 如何证明海带中有碘离子？,证明海带中含有碘，有以下步骤：,灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却； 在滤液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入几滴淀粉溶液； 用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中； 海带灰转移到小烧杯，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤。,(1)合理的步骤是：,(2)证明含碘的步骤是： 现象是： 反应的离子方程式是：,滴入淀粉溶液，溶液变蓝。,燃烧,加水 加热 溶解,过滤,CCl4,蒸馏,萃取 分液,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
15、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。,4 、实验方案设计： 从海水中提取镁元素得到单质镁,卤水,g(OH)2,gCl2,金属Mg,海水,海水提取镁的工艺流程图,从海水中的Mg2+到金属镁，经历了哪些化学变化，用化学方程式表示。,这个生产流程采用了哪些措施来提高经济效益？你获得了哪些启示？,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50000
16、000t（5千万吨）但一顿海水中只含金元素0.000004g（10亿分之四克）,海水资源的分散性,海水综合利用联合工业体系一例,大陆架的浅海海底有：石油、天然气、煤、硫、磷等； 近岸带的滨海有：砂矿、贝壳等建筑材料和金属矿产； 多数海盆中有：深海锰结核。,知识拓展： 海底矿产资源,海洋石油、天然气开发,海洋能源的利用,具有开发价值的：潮汐发电和波浪发电,此外，铀和重水目前是核能开发的重要原料，从海水中提铀和重水对一个国家来说具有战略意义。,引入海水,贝壳（CaCO3),工业制镁流程,沉降池,过滤槽 Mg(OH)2,盐酸,锻烧产物,电解 MgCl2,金属镁,氯气,海水提镁的步骤为： 贝壳 生石灰 石灰乳 氢氧化镁 氯化镁 镁 写出有关的化学反应方程式： a、 ； b、 ； c、 ； d、 ； e、 。,煅烧 a,水 b,海水 c,d,e,