开发利用金属矿物和海水资源(主)概要ppt课件.ppt

化学与自然资源的开发利用,第四章,知识内容,1. 开发利用金属矿物和海水资源,2.资源综合利用 环境保护,化学与自然资源的开发利用,第四章,知识体系,化学与自然资源的开发利用,第四章,教学目标,1. 以金属矿物的开发和利用为例，认识化学方法在实现物质转化中的作用， 体会保护金属资源的重要性。,2. 了解海水资源开发和利用的前景及化学在其中可以发挥的作用。,3. 认识煤、石油和天然气等化石燃料综合利用的含义。,4. 以聚乙烯为例，认识聚合反应、高分子化合物并了解高分子材料在生活等 领域中的应用及可能带来的环境问题。,5. 认识化学在环境保护中的作用，树立绿色化学的观点。,Ag,Al,Au,Cu,Fe,Mg,Co,Mn,第四章,化学与自然资源的开发利用,前言,利用化学变化，可以改变物质的组成、结构，可以合成自然界原本没有的物质；可以开发人类社会发展所需的能源；可以扩大利用自然资源的范围。,2022年12月25日星期日,1,开发利用金属矿物和海水资源,化学与自然资源的开发利用,4,1.绝大多数金属在自然界中以什么样的化合价形态存在？将化合态的金属转 化为金属单质在工业上叫什么？（在自然界中）其逆过程叫什么？ 2.工业上常见的金属冶炼方法分为哪三种？是按金属的什么性质分类的？按 金属活动顺序表来划分，哪些金属的冶炼采用哪些方法？请对应。 3.热还原法冶炼金属常用的还原剂有哪些物质？金属铁的冶炼在工业上常用 的还原剂是CO，而不用氢气，为什么？ 4.电解法冶炼金属铝，原料选用熔点高达2050的Al2O3而不选用熔点很低的 AlCl3?冶炼镁时原料选用MgCl2而不是 MgO，为什么？ 5.冶炼金属除了上述三种方法外，人类还使用了哪些冶炼金属的方法？ 6.表4-1中，铝热法炼铁、炭还原MgO得镁实质都可以归类于什么法冶炼？ 7.地球上的任何资源都是有限的，从保护金属矿物资源的角度谈谈你对利用 该资源的看法。,一、开发利用金属矿物和海水资源,一、金属矿物的开发利用,1金、铂等极少数金属以_形式存在。2绝大多数金属以_形式存在。在金属化合物中，金 属元素都显_。,.金属在自然界中的存在形式,游离态,化合态,正价,.金属在自然界中的转化,化合态,游离态（即单质）,金属的冶炼（被还原）,金属的腐蚀（被氧化）,.金属的冶炼,1冶炼原理 金属冶炼的实质是根据_反应，使金属矿物中的金属阳离子_电子生成金属单质的过程。即： Mnne= M,氧化还原,得到,2冶炼方法,实例分析,1. 活泼金属（如Na、Mg、Al等）的冶炼常用电解法。 即电解熔融的氯化物或氧化物。,特例,注：对于非常活泼金属采用一般的还原剂很难将其还原出来，故选电解法。,(利用平衡原理),2. 大部分金属介于活泼金属（如Na、Mg、Al等）和不活泼金属 （如Hg等）之间，都是通过高温下发生氧化还原反应完成的。 常见的还原剂有CO、C、H2,(工业炼铁原理),试写出铁的其它氧化物与C、CO反应的化学方程式。,试思考工业炼铁不用H2代替C、CO的原因。,(铝热法炼铁等高熔点金属),试写出铁的其它氧化物与Al反应的化学方程式。,(冶炼贵重金属),Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu,(湿法炼铜),3. 不活泼金属 （如Hg、Ag等）的冶炼。,金属活动顺序表中，越到后面的金属的化合物，热稳定性越差。,4. 其它冶炼金属的方法。,(火法炼铜),淘金法等,实验4-1【铝热反应】,1.把两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状套在一 起，取出内层滤纸，在其底部剪一小孔后 用水润湿，再套回原处，并架在铁圈上 （如图所示），下面放置 一盛沙子的蒸发皿。,2.将5g干燥的氧化铁粉末和2g铝粉均匀混合后放入纸漏斗中，在 混合物上面加少量氯化钾固体，中间插一根用砂纸打磨过的镁 带。,3. 用燃着的小木条点燃镁带。,镁条剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量的热，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中,在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热使生成的铁熔化。,铝热反应分析,(铝热剂),Mg为引燃剂和KClO3为助燃剂。,特别提醒：实验注意事项：(1)镁带要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃；(2)氧化铁粉末要干燥，铝粉要没有被氧化，否则难以反应；(3)要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用 水润湿，以防高温物质从四周溅出；(4)蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔 融的液体溅出伤人；(5)实验装置要与人有一定距离，防止人被烧伤。,注：冶炼高熔点金属。试写三例。,铝热反应不仅可以用于冶炼高熔点的金属如W、Cr、Mn、V等，还用于定向爆破及野外的钢轨焊接。,冶炼金属,焊接钢轨,定向爆破,【例】Cu2S是火法炼铜一种重要的原料，下面是由Cu2S冶炼铜及制取CuSO45H2O的流程图：, Cu2S中铜元素的化合价为 ，火法炼铜的反应原理 是 (用化学方程式表示)。 Cu2O，CuO加入足量稀硫酸得到的体系A中看到溶液呈蓝色，且有红色物质生成， 请写出生成红色物质的离子方程式： 。 若将A中单质反应掉,操作加入试剂最好是 。 A. 加入适量的NaNO3 B. 适量的 HNO3 C. 适量的H2O2, 取5.0 g胆矾样品逐渐升高温度使其分解，分解过程的热重曲线如下图所示：通过 计算确定258时发生反应的化学方程式 ，e点的化学式 (计算过程略去)。,(1)+1 (2分)Cu2S + O2 2Cu +SO2 (2分)(2) Cu2O + 2H+ = Cu + Cu2+ +H2O(2分)(3) C(2分)(4) CuSO4H2O CuSO4 + H2O (2分) Cu2O(2分),化学与自然资源的开发利用,4,1.海水水资源利用有哪些方面？,二、海水资源的开发利用,【淡化、循环冷却、潮汐能和波浪能等】,2.当你在海上遇险被抛在没有淡水的救生筏上，你如何将海水 变成淡水来自救？简述你用的材料，画出图示。,3.海水淡化的方法有哪些？各有哪些优缺点？,蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。前二者成本较高，目前主要采用离子交换法。,4.除水外，我们现在从海水中提取了哪些物质？从海水中提取 这些物质最大的难度是什么？一般采用什么方法？,5.NaCl有哪些用途？写出用NaCl作化工原料的方程式。,【Mg、K、NaCl、Br2；富集程度低；浓缩富集。】,【烧碱、纯碱、金属钠、氯气、盐酸、漂白粉等】,5.实验4-2的目的是什么？干海带用剪刀剪碎的目的是什么？整个 实验使用了哪些分离提纯的方法？根据什么现象证明海带中还 有碘元素？写出实验步骤3中反应的化学方程式。6.完成思考与交流。【提示：写方程式参照资料卡片】7.资料卡片中关于从海水中提取溴使用了“空气吹出法”，该 法是将空气鼓入含溴的溶液中，利用空气将溴带出。该溴是化 合态还是游离态的？在化学实验室也可以用什么方法代替“空气 吹出法”实现溴的浓缩或富集？,【从海带中提取碘并检验之；增大接触面积，提高反应速率； 溶解、过滤、萃取分液、蒸馏。溶液变蓝。】,二、海水资源的开发利用,海洋约占地球表面积的71%,海水中水的储量约为1.3109亿吨，约占地球总水量的97%,含80多种元素，其中H、O、Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr占99%以上。,Au：约5107t，海水,广泛性,多样性,分散性,1海水水资源的利用,海水的淡化,海水淡化的主要方法：_、_、_等。,蒸馏法,电渗析法,离子交换法,海水蒸馏原理示意图,仪器辨认,圆底烧瓶,冷凝管,牛角管（尾接管）,锥形瓶,优缺点：,技术和工艺成熟，但成本高。,太阳能蒸发海水示意图,直接利用海水进行循环冷却,如原子反应堆的冷却。,2海水化学资源的开发利用,虽然海水中元素的种类很多，总储量也很大，但很多元素的富集程度却很低。目前从海水中提取的常见的有NaCl、MgCl2、Br2、I2等.从海水中提取铀和重水具有战略意义。,海水晒盐（煮海为盐）,目前，从海水中提取食盐的方法主要是“盐田法”这是一种古老的而至今仍广泛沿用地方法。使用该法。需要在气候温和，光照充足的地区选择大片平坦的海边滩涂，构建盐田。,盐田一般分成两部分：蒸发池和结晶池。现将海水引入蒸发池，经日晒蒸发水分到一定程度时，再倒入结晶池，继续日晒，海水就会成为食盐的饱和溶液，再晒就会逐渐析出食盐来。这是得到的晶体就是我们常见的粗盐。剩余的液体称为母液，可从中提取多重化工原料。,海水蒸发池结晶池粗盐和母液,从海水到粗盐,在一望无垠的海滩上，海水被拦截在一方方盐池里，太阳把盐水晒干了，海水里溶解的氯化钠结晶出来。从一吨海水里可以得到约三十公斤食盐。这是粗盐。晒盐时日晒，风吹有利于加速水分子的运动，从而利于食盐晶体的析出。 日晒时温度升高，对于NaCl来说它的溶解度随温度变化不明显，但由于水分的蒸发（溶剂）的量减少，NaCl饱和析出晶体。而对于MgCl2，CaCl2来说，尽管水蒸发了，但由于它们各自的溶解能力（溶解度）增强了，所以不会析出。 因为食盐主要成分是NaCl。NaCl的溶解度随温度变化不明显，而且是降低温度，溶剂的量又不变，所以NaCl不会析出，不利于制取NaCl。 粗盐从海水里结晶出来的时候，难免夹带一些泥沙和杂质。海水里除了氯化钠以外，还有氯化镁、氯化钙等，它们也混在氯化钠里一块儿结晶出来。 不过，这些杂质和氯化钠的脾气不同。氯化钠不吸湿，氯化镁、氯化钙很容易吸水返潮。厨房里的粗盐在阴雨天气变得湿漉漉的，就是这些杂质捣的鬼。粗盐经过再结晶，就得到精盐。精盐是比较纯净的氯化钠，长久存放仍然是干燥的。,海水蒸发结晶析出苦卤水（含有镁离子、溴离子、碘离子等）和粗盐（含钠离子、氯离子、镁离子、硫酸根离子等）依次加入氯化钡、氢氧化钠、碳酸钠。去除杂志过滤得到沉淀和滤液加入稀盐酸溶液蒸发结晶得到纯净盐（氯化钠）。,从海水到精盐,指出以上用到的分离提纯的方法，并试写出以上涉及的离子方程式 。,海带提碘,实验4-2,操作,1.取3g左右的干海带，把干海带表面的附着物用刷子刷 净，用剪刀剪碎后，用酒精润湿，放入坩埚中。点燃 酒精灯，灼烧海带至完全变为灰烬，停止加热，冷却。,2.将海带灰转移到小烧杯中，向其中加入10mL蒸馏水， 搅拌、煮沸23分钟，过滤。,3. 在滤液中滴入几滴稀硫酸（3mol/L），再加入约 1mLH2O2(质量分数为3%)，观察现象。加入几滴淀 粉溶液，观察现象。,现象,加淀粉溶液前，溶液为无色；加入淀粉溶液后，溶液变为蓝色。,结论,海带中含有碘元素；通过上述方法可以从海带中提取碘单质。,海带提碘,过程流程图：,海带灰,溶解过滤,灼烧,残渣,滤液(含I-),加入H2O2 稀H2SO4,含I2 溶液,含I2的有机溶液,加CCl4(萃取),海带,蒸馏,CCl4,I2,1.指出以上用到的化学仪器和分离提纯的方法，2.并试写出以上涉及的离子方程式 。,海水提溴,思考与交流,将Br-转变为Br2是海水提溴中的关键的化学反应，你能否设计一个实验方案模拟这一生产过程？写出有关反应的化学方程式。,海水提溴 目前，从海水中提取的溴占世界溴年产量的1/3左右。空气吹出法是用于工业规模海水提溴的常用方法，其中一种工艺是在预先经过酸化的浓缩海水中，用氯气置换溴离子使之成为单质溴，继而通入空气和水蒸气，将溴吹入吸收塔，使溴蒸气和吸收剂SO2发生作用转化成氢溴酸以达到富集的目的。然后，再用氯气将其氧化得到产品溴。,资料卡片,实验方案,海水,浓缩,苦卤水,通入氯气,溴水,通空气水蒸气,粗溴,SO2,氢溴酸,通入氯气,含溴的水溶液,蒸馏,液溴,反应原理,2NaBr + Cl2= Br2+2NaCl,2H2O + Br2+SO2= H2SO4+2HBr,2HBr + Cl2= Br2+2HCl,装置模拟,海水提镁,流程图,海水（主要含NaCl和MgSO4等）,加入CaO,溶液,Mg(OH)2沉淀,MgCl2溶液,盐酸,无水MgCl2,HCl气氛 加热,Mg,熔融 电解,试写出以上涉及的离子方程式 。,海水的综合利用,