8.1.1 金属矿物和海水资源的开发利用【核心素养新教学】2025-2026学年高一化学同步优质教学课件（人教版必修第二册）

高中化学人教版（2019）必修第二册 第1课时 第一节 自然资源的开发利用  第八章 化学与可持续发展 金属矿物和海水资源的开发利用 【资料卡片】 自然资源与可持续发展 自然资源是人类社会发展不可或缺的自然物质基础，包括土地与土壤资源、矿产资源、生物资源、水资源、能源资源、环境资源等，根据其能否再生可以分为可再生资源和不可再生资源。可持续发展的目标是在满足人类需要的同时，强调人类的行为要受到自然界的制约，强调人类代际之间、人类与其他生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。它包括经济可椅续发展、社会可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展等方面。 化学与生活 学习目标 重点： 1. 不同金属的冶炼方法，如加热分解法、电解法、热还原法等，以及对应的 原理和典型反应。 2. 金属矿物资源的综合利用途径。 3. 以金属矿物为例，理解自然资源开发利用中的环境与发展问题。 难点： 1. 从氧化还原反应的本质理解不同金属冶炼方法的选择依据。 2. 如何引导学生建立资源有限和可持续发展的观念，将科学知识转化为社会 责任感，落实到实际行动中。 金属冶炼原理 1.金属在自然界中的存在形式 2.金属冶炼的原理 将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程。 得电子，被还原 Mn+ 　　　 M + ne- 3.冶炼金属的步骤 采矿→矿石富集→金属冶炼→精炼 游离态 铂 金 陨铁 化合态 金属矿物资源的开发利用 从课本中找出获得金属单质的方法有哪些？ 直接开采 热分解法 热还原法 电解法 为什么不同金属的冶炼方法不同？ 金属活泼性不同，金属越活泼，越难冶炼 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 富集法 金属矿物资源的开发利用 金属冶炼的方法 金属冶炼的方法 —— 富集法（物理方法） K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金。 美人首饰侯王印，尽是沙中浪底来。 ——刘禹锡《浪淘沙》 金属矿物资源的开发利用 金属冶炼的方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 不活泼的金属 —— 热分解法 古代炼丹术家葛洪，曾经在他的著作《抱朴子》中记载有“丹砂烧之成水银”。 HgS == Hg + S 2HgO === 2Hg+O2 ↑ 加热 2Ag2O === 4Ag+O2 ↑ 加热 金属矿物资源的开发利用 金属冶炼的方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 非常活泼金属冶炼的方法 ——电解法 冶炼钠的方法 2NaCl (熔融) === 2Na + Cl2 ↑ 电解 冶炼镁的方法 MgCl2 (熔融) === Mg + Cl2 ↑ 电解 冶炼铝的方法 2Al2O3 (熔融) === 4Al + 3O2 ↑ 电解 冰晶石 注： ①“熔融”不是水溶液。 ②必须是离子化合物， 共价化合物熔融不导电。 金属矿物资源的开发利用 物质 MgCl2 MgO AlCl3 Al2O3 熔点/℃ 714 2852 190 2054 冶炼镁时，选择MgCl2还是MgO？冶炼铝时，选择AlCl3还是Al2O3？为什么？ 金属氧化物熔点高，金属氯化物熔点低，耗能少，成本低。 AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电。 注意事项： 1、电解熔融状态而不是水溶液 2、冰晶石的作用是降低Al2O3的熔点 思考： 金属矿物资源的开发利用 金属冶炼的方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 金属冶炼的方法 —— 热还原法 还原剂＋金属氧化物 氧化物＋金属单质 高温 H2、焦炭、CO、 Al H2O、CO2、Al2O3 3CO+Fe2O3 3CO2 + 2Fe 高温 金属矿物资源的开发利用 ★铝热反应 现象： 镁条剧烈燃烧； 铝热剂发生剧烈的反应； 反应放出大量的热，并发出耀眼的白光； 纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙子 以铝粉和金属氧化物反应获得金属单质的反应。 镁条为引燃剂， 氯酸钾为助燃剂 Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3 高温 金属矿物资源的开发利用 应用： ①焊接钢轨； ②定向爆破； ③冶炼熔点高的金属（如钨、钒、铬、锰等） 3V2O5+10Al === 6V + 5Al2O3 高温 写出Al和V2O5、MnO2、Cr2O3发生铝热反应的方程式。 3MnO2+4Al === 3Mn+ 2Al2O3 高温 Cr2O3+2Al === 2Cr + Al2O3 高温 铝热剂： 铝和金属氧化物组成的混合物。 金属矿物资源的开发利用 ①_________________________； ②开发环保高效的金属冶炼方法； ③________________________； ④___________________________； ⑤使用其他材料代替金属材料。 提高金属矿物的利用率 防止金属的腐蚀 加强废旧金属的回收和再利用 ①资源有限且分布不均 ②金属的冶炼消耗许多能量 ③金属冶炼造成环境污染 ④金属腐蚀造成大量损失 1）原因： 2）措施： 合理开发利用金属资源的原因及途径 金属矿物资源的开发利用 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 活泼 (氧化物、氯化物) 中等活泼 (C、CO、H2、Al等) 不活泼 (氧化物) 电解法 物理法 热分解法 热还原法 火法炼铜 (高温冶炼黄铜矿) 2CuFeS2+4O2 Cu2S+3SO2↑+2FeO 高温 Cu2S+O2 2Cu+SO2↑ 高温 湿法炼铜 Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu 课堂小结 金属矿物资源的开发利用 1、判断题 (1)在自然界中金属元素都以化合态的形式存在(　　) (2)利用化合物冶炼金属时，金属元素一定发生还原反应(　　) (3)越活泼的金属元素，人类利用的越晚(　　) (4)用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从化合物中还原出来(　　) (5)铝热反应的本质是用铝将比铝活泼性弱的金属从其化合物中置换出来 (6)可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠(　　) (7)可以通过电解熔融的MgO和AlCl3来制备金属Mg、Al(　　) × √ √ × √ × × 课堂检测 金属矿物资源的开发利用 课堂检测 2.在熔融状态下 可用Na与KCl反应制金属K： Na+KCl=K+NaCl。调整合适的温度，可以分离出K单质。已知四种物质的熔、沸点如下：   K Na KCl NaCl 熔点(℃) 63.65 97.8 770 801 沸点(℃) 774 882.9 1500(升华) 1 431 根据上表数据，用Na与KCl反应制K的适宜温度是(　　) A．97.8～770 ℃ B．770～774 ℃ C．774～882.9 ℃ D．1 413～1 500 ℃ C 金属矿物资源的开发利用 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 地球表面海洋面积占到71%，海洋是人类千万年来取之不尽、用之不竭的巨大资源宝库。其中的水资源和其他化学资源具有十分巨大的开发潜力。 海水资源的开发利用 海水资源 水资源 化学资源 矿产资源 生物资源 能源 空间资源 海水资源的特点： 分散性 广阔性 多样性 海水资源的分类与特点 海水资源的开发利用 18 目的： 从海水中提取淡水 海水蒸馏原理示意图 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 1）蒸馏法 优点：历史最久，技术和工艺比较成熟； 缺点：成本较高 海水淡化 海水资源的开发利用 1.海水资源的特点（100页资料卡片） 元素种类多 总量很大 富集程度很低 2.海水水资源的开发利用 （2）海水淡化 海 水 淡 化 方 法 蒸馏法 电渗析法 离子交换法 （1）海水直接利用--用海水进行循环冷却 海水资源的开发利用 2）电渗析法 + - 【原理】离子交换膜，通电后海水中的阳离子和阴离子在电场的作用下渗出膜外 海水淡化 海水资源的开发利用 3、离子交换法 阳离子交换树脂: HR + Na+ = NaR + H+ 阴离子交换树脂: ROH + Cl— = RCl +OH— 阳离子交换树脂 H++OH- =H2O 阴离子交换树脂 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 海水淡化 海水资源的开发利用 海水制盐 浓缩海水 盐田法 (太阳能蒸发法) 蒸发池 日晒风吹蒸发水分 结晶池 继续日晒风吹成为过 饱和溶液,析出晶体 蒸发结晶 粗盐 母液 这里的“母液”也叫“苦卤”，含有高浓度的K+、Mg2+、Br-和SO42-等，可从中提取多种化工原料。 海水日晒制盐 海水资源的开发利用 海水制盐 拓展链接——结晶 ①定义：在一定条件下,溶液中的溶质以晶体的形式从溶液中析出的过程 不饱和溶液→饱和溶液→过饱和溶液→晶体析出 蒸发结晶(蒸发溶剂) 降温结晶(冷却热饱和溶液) ②方法 海水资源的开发利用 课堂检测 A溶液：NaCl(含少量KNO3)；提纯NaCl 的方法是 。 B溶液：KNO3(含少量NaCI)；提纯KNO3的方法是 。 蒸发结晶、趁热过滤 冷却结晶 海水资源的开发利用 海水提溴 ③海水提溴（吹出法） Br- Br2 ? 海水资源的开发利用 【思考与讨论】请绘制出运用“吹出法”从海水中制备溴的工业流程图？ 浓缩 海水(Br-) ① 吹 出 塔 空气 酸和氯气 吸 收 塔 水 SO2 ② HBr溶液 蒸 馏 塔 氯气 ③ 溴蒸气 液 溴 2Br- + Cl2=2Cl-+Br2 Br2+SO2+2H2O=H2SO4+2HBr 2HBr+Cl2=2HCl+Br2 海水资源的开发利用 贝壳——CaO——Ca(OH)2 苦卤 Mg(OH)2 MgCl2溶液 试剂2 MgCl2·6H2O 操作B 无水MgCl2 Cl2 Mg 电解 海水 提取 粗盐 试剂1 操作A 在HCl气流中脱水 思考1:流程中试剂1可能是_____，充分反应后进行的操作A是____。 思考2:试剂2可能是_____，操作B是_________过滤、洗涤、干燥。 煅烧 水 操作C 过滤 过量的 稀盐酸 碱液 蒸发浓缩冷却结晶 含Mg2+等 石灰乳 思考3:操作HCl气流的作用是 。 抑制氯化镁与水发生反应 思考4:该流程中的试剂1是否可用石灰乳？为什么？ （从实际生产的成本考虑） 海水提镁 海水资源的开发利用 根据原料廉价易得、能耗、海洋资源的再利用等各个方面综合考量，选择石灰乳更合适 28 课堂检测 (1)海洋约占地球表面积的71%，因此地球不缺水，人类可以任意使用，不用节约(　　) (2)海水淡化的方法中，蒸馏法成本最低(　 　) (3)海水中含量最多的两种元素为Na元素和Cl元素( 　) (4)可以通过电解饱和食盐水的方式获取金属钠和氯气(　　) (5)从溴化钾中获取单质溴发生了氧化还原反应(　 　) (6)除了从海水中获取淡水和化学物质外，其他就没有什么价值了(　　) × × × × × √ 海水资源的开发利用 课堂检测 2.从海水中提取镁的工艺流程可表示如下，下列说法不正确的是(　　) A．用此法提取镁的优点之一是原料来源丰富 B．步骤⑥电解MgCl2时阴极产生氯气 C．步骤⑤可将晶体置于HCl气体氛围中脱水 D．上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应 B 海水资源的开发利用 课堂小结 海水资源 海水水资源的利用 海水化学资源的开发利用 海水冷却循环 海水淡化 蒸馏法、电渗析法、 离子交换法 淡水 浓缩海水 海水制盐 海水提镁 海水提溴 海带提碘 H2O2+2I- +2H+=I2＋2H2O 31 $