8.1.1 金属矿物、海水资源的开发利用 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第一节 第1课时 金属矿物、海水资源的开发利用 了解金属在自然界中的存在形式，理解金属冶炼的一般原理，掌握活泼性不同的金属冶炼的一般方法。 了解海水的主要组成元素，了解海水资源及开发利用的主要方式。 学习目标 情境课堂 古代炼丹术士葛洪所著《抱朴子》中记载：“丹砂烧之成水银。”北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中写道：“信州铅山县有哭泉，流水为涧。揖其水熬之，则成胆矾，烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜，久之化为铜。” 以上文献中涉及了哪些金属的冶炼？ 金属矿物的开发利用 1. 金属元素的存在形式 矿石 富集 冶炼 精炼 金属单质 除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界。 金 银 黄铜矿 辉铜矿 2. 金属的冶炼 Mn+(化合态） 得电子，被还原 M （游离态） 如何冶炼金属呢？ 从人类使用金属的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的使用是近百年的事，人类使用金属由早到晚的顺序恰好是金属活动性由弱到强的顺序，金属越活泼冶炼越困难，利用的越晚。 活泼性不同则方法不同 实质：用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。 金属矿物的开发利用 金属活动性（还原性） K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag Pt Au 强 弱 电解法 热还原法 热分解法 3. 金属的冶炼方法 物理方法 金属矿物的开发利用 方法 适用对象 冶炼原理(举例) 热分解法 在金属活动性顺序中排在铜之后的不活泼金属 热还原法 在金属活动性顺序中位于铝之后和汞之前的大多数金属 电解法 非常活泼的金属(一般的还原剂很难将它们从它们的化合物中还原出来) CuO+H2===Cu+H2O △ Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2（高炉炼铁） 高温 2Al+Fe2O3===2Fe+Al2O3（铝热反应） 高温 金属矿物的开发利用 7 思考与讨论 为什么工业上采用电解法冶炼铝和镁的原料分别为Al2O3和MgCl2，而不是均采用相应的氯化物或氧化物？ 因为AlCl3是共价化合物，AlCl3在熔融状态下不导电，而MgO虽然是离子化合物，但其熔点高，熔化时会消耗大量的能量，成本较高。 金属矿物的开发利用 铝与某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)在高温条件下发生的置换反应称为铝热反应。 反应原理(以铝和氧化铁反应为例)： Fe2O3＋2Al 2Fe＋Al2O3， 实验如图。 拓展——铝热反应 金属矿物的开发利用 金属矿物的开发利用 铝热剂：铝粉和某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)的混合物。 反应特点：在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3(固态)分离。 应用：在冶金工业上常用这一原理制取熔点较高的金属，如Fe、Cr、Mn等；也可用于焊接钢轨等。 金属矿物的开发利用 开发环保高效的金属冶炼方法 防止金属的腐蚀 提高金属矿物的利用率 加强废旧金属的回收和再利用 使用其他材料代替金属材料 4. 合理开发利用金属资源 金属矿物的开发利用 思考与讨论 计算表明，生产 1mol 铝消耗的电能至少为1.8×106 J。回收铝制饮料罐得到铝与从铝土矿制铝相比，前者的能耗仅为后者的3%~5%。通过对上述数据的分析和比较。结合图8-1和图8-2，你想到了什么？ 铝土矿 萤石 氧化铝 冰晶石 铝锭 碳素电极 液态铝 石油焦和沥青焦 电解 图8-1 铝的生产原理示意图 金属矿物的开发利用 金属矿物的开发利用 启示一：从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝制饮料罐得到铝消耗的能量，因而在实际生产过程中要考虑成本。 启示二：加强废旧金属的回收和再利用是合理开发和利用金属资源的重要途径。在日常生活中要大力倡导金属垃圾的分类回收和再利用。 启示三：实际生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，在得到所需产品的同时也会产生废弃物，因此必须考虑废弃物的处理对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展的意识。 金属矿物的开发利用 海水资源的开发利用 海洋约占地球表面积的71%。海洋中水的储量约为1.3×1018吨，约占地球上总水量的97%。 从太空观察地球，会看到地球上有七片陆地“漂浮”在一大片蓝色的海洋之中。 由于与岩石、大气和生物的相互作用，海水中溶解和悬浮着大量的无机物和有机物。海水中主要含有H、O元素，还含有丰富的Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等多种元素。 海水资源 化学资源 水资源 新型能源 海水资源的开发利用 1. 海水水资源的利用 海水淡化的方法主要有： 蒸馏法、电渗析法、离子交换法 主要包括海水淡化和直接利用海水进行循环冷却。 电渗析法 离子交换法 蒸馏法 海水资源的开发利用 主要仪器：蒸馏烧瓶(A)，直形冷凝管(B)，锥形瓶(C)。 冷凝水的流向：a口进，b口出。（下进上出） A中加入碎瓷片的作用：防止液体暴沸。 海水资源的开发利用 2. 海水中化学资源的利用 （1）海水制盐 侯德榜（化学家） 侯氏制碱法流程图 煅烧炉 合成氨 沉淀池 CO2 NH3 NH3 母液 食盐水 CO2 NH4Cl NaCl Na2CO3 循环Ⅰ 循环Ⅱ 海水资源的开发利用 （2）海水提溴 （吹出法） 海水资源的开发利用 海水 氧化室 吹出塔 吸收塔 蒸馏塔 冷凝器 Br2 SO2和H2O Cl2和H2O 酸和Cl2 空气 溴 的 富 集 主要反应：Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－(氧化) Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4(富集) Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－(提取) 海水资源的开发利用 海水 淡水 钾盐 溴化物 食盐 钾 溴 镁盐 镁 火电厂、核电厂的循环冷却水 氢气 烧碱 纯碱 氯气 钠 （3）海水资源的综合利用 海水资源的开发利用 1. 已知锂的金属性介于钠和镁之间，则下列能冶炼出金属锂的方法是（ ） A.电解法 B.热还原法 C.热分解法 D.铝热法 2. 人类对某金属冶炼技术的掌握程度决定了其应用的广泛性。影响冶炼方法的主要因素是（ ） A.金属的活泼性强弱 B.金属在地壳中的含量多少 C.金属的化合价高低 D.金属的导电性强弱 A A 随堂练习 3. 若将海水淡化作为饮用水使用，下列方法在原理上完全不可行的是（ ） 　 A A. 加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化 B. 利用太阳能使海水蒸馏淡化 C．利用电渗析法可以获取淡化的饮用水 D．将海水通过离子交换树脂，以除去所含离子 随堂练习 4．下图为海水提镁的工艺流程，写出下列步骤中的化学方程式。 (1)分解贝壳(主要成分是CaCO3)、制备Ca(OH)2：_______________________， _____________________________。 (2)沉淀Mg2＋：____________________________________(离子方程式)。 (3)制备MgCl2：__________________________________________________。 (4)制取Mg：___________________________________________。 CaO＋H2O===Ca(OH)2　 Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓ Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O CaCO3 === CaO＋CO2↑ 高温 MgCl2(熔融) === Mg＋Cl2↑ 电解 随堂练习 26 本节内容结束 Lavf58.12.100 $$