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1、 第四章第四章 化学与自然资源的开发利用化学与自然资源的开发利用 第一节第一节 开发利用金属矿物和海水资源开发利用金属矿物和海水资源2023/1/15一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用1 1、金属元素的存在：、金属元素的存在：除了金、铂等极少数金属外，绝除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于大多数金属以化合物的形式存在于自然界。自然界。2023/1/15 冶炼金属的实质是用还原的方冶炼金属的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。到电子变成金属原子。n+M得电子得电子M（被还原）（被还原）2、金属的冶炼、金属的冶
2、炼2023/1/15金属活动性顺序金属活动性顺序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属活动性逐渐减弱金属活动性逐渐减弱金属离子的得电子能力逐渐增强金属离子的得电子能力逐渐增强2023/1/15（2）热分解法）热分解法（适合一些不活泼金属）（适合一些不活泼金属）2HgO=2Hg+O2加热加热2Ag2O=4Ag+O2加热加热（1）物理提取法：）物理提取法：适用于极不活泼的金属适用于极不活泼的金属Pt、Au3、金属冶炼的方法、金属冶炼的方法2023/1/15（3）热还原法（适用于大部分金属）热还原法（适用于大部分金属）CuO+H2=Cu+H2OFe2O3+3CO=2Fe+3
3、CO2高温高温2023/1/15铝热反应铝热反应实验实验412023/1/15反反应应现现象象：镁镁条条剧剧烈烈燃燃烧烧，放放出出大大量量热热，发发出出耀耀眼眼白白光光，纸纸漏漏斗斗内内剧剧烈烈反反应应，纸纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3高温高温铝热剂铝热剂 铝铝还原剂还原剂（活泼金属（活泼金属可作还原剂）可作还原剂）2023/1/153MnO2+4Al=3Mn+2Al2O3高温高温Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3高温高温3Co3O4+8Al=9Co+4Al2O3高温高温其它的铝热反应：其它的铝热反应：2023/1/15
4、铝热反应的应用铝热反应的应用 铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨等。在冶金工业上也常用这一反应原理，接钢轨等。在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝与金属氧化物反应，冶炼使铝与金属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰钒、铬、锰等等2023/1/15（4）电解法（适合一）电解法（适合一些非常活泼金属些非常活泼金属）MgCl2(熔融熔融)=Mg+Cl2电解电解2Al2O3(熔融熔融)=4Al+3O2电解电解冰晶石冰晶石2NaCl(熔融熔融)=2Na+Cl2电解电解2023/1/15小结金属的不同冶炼方法：小结金属的不同冶炼方法：金属活动顺金属活动顺序序金属失
5、电子金属失电子能力能力 金属离子的金属离子的得电子得电子主要冶炼方主要冶炼方法法K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）、）、CuHg、Ag、Pt、Au强强弱弱弱弱强强电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法2023/1/15合理开发和利用矿物资源，主要途径有：合理开发和利用矿物资源，主要途径有：1、提高金属矿物的利用率、提高金属矿物的利用率2、减少金属的使用量、减少金属的使用量3、加强金属资源的回收和再利用、加强金属资源的回收和再利用4、使用其他材料代替金属材料、使用其他材料代替金属材料2023/1/15二、海水资源的开发利用二、海水资源的开发利用2023/1/15 主要包
6、括主要包括海水的淡化海水的淡化和和直接利用海水进直接利用海水进行循环冷却行循环冷却。通过从海水中提取淡水或从海。通过从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水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。目的。1、海水水资源的利用：、海水水资源的利用：海洋约占地球面积的海洋约占地球面积的71%。海水中海水中的水的水1.3X109 亿吨。占地球总水量亿吨。占地球总水量97%（3%在陆地、淡水）。在陆地、淡水）。2023/1/15 海水淡化的方法主要有海水淡化的方法主要有蒸馏法、蒸馏法、电渗析法、离子交换法电渗析法、离子交换法等。等。海水蒸馏原理示意图：海水蒸馏原理示意图：2023
7、/1/15太阳能蒸发海水示意图：太阳能蒸发海水示意图：2023/1/15海水资源的多样性：海水中溶解和悬浮大量的无机物和有机物海水中溶解和悬浮大量的无机物和有机物按含量计：含按含量计：含O O、H H及及ClCl、NaNa、S S、C C、F F、B B、BrBr、SrSr共共1313种元素的质量占总水量的种元素的质量占总水量的99%99%，其余，其余1%1%为为7070多种含量微少的元素。多种含量微少的元素。海水中除了水以外，还含有海水中除了水以外，还含有8080多种元素，有的多种元素，有的含量很大（如含量很大（如NaCl NaCl）有的含量很少（如）有的含量很少（如AuAu）2、海水化学资
8、源的开发和利用、海水化学资源的开发和利用2023/1/15海水资源的分散性：海水因为量太大、面太广，大多数元素尽海水因为量太大、面太广，大多数元素尽管总量很大但由于太分散管总量很大但由于太分散 ，含量极微少，含量极微少如：海水中金元素总含量约为如：海水中金元素总含量约为50000000t50000000t（5 5千万吨）但一顿海水中只含金元素千万吨）但一顿海水中只含金元素0.000004g0.000004g（1010亿分之四克）亿分之四克）（百分之（百分之0.0000040.000004克）克）2023/1/15从海水中提取食盐的主要工艺流程从海水中提取食盐的主要工艺流程 从海从海水中制取盐的
9、水中制取盐的方法主要有：方法主要有：盐田法、电渗盐田法、电渗析法和冷冻法。析法和冷冻法。2023/1/15从海水中制得的从海水中制得的NaClNaCl除使用外，还除使用外，还用作工业原料：用作工业原料：1 1、制烧碱、纯碱、金属钠以、制烧碱、纯碱、金属钠以及氯气、盐酸、漂白粉等。及氯气、盐酸、漂白粉等。.制取镁、钾、溴及其化工产品。制取镁、钾、溴及其化工产品。2023/1/15科学探究：科学探究：如何证明海带中有碘离子？如何证明海带中有碘离子？2023/1/15 海带中的碘元素主要以海带中的碘元素主要以I I-的形式的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成
10、I I2 2,再萃取出来。再萃取出来。用用H H2 2O O2 2做氧化剂，反应的离子方程式：做氧化剂，反应的离子方程式：2I 2I-+H+H2 2O O2 2+2H+2H+=I=I2 2+2H+2H2 2O O 反应原理反应原理 2023/1/15海带海带海带灰海带灰溶解过滤溶解过滤灼烧灼烧残渣残渣含含I-的溶液的溶液稀稀H2SO4H2O2含含I2的溶液的溶液含含I2的有机溶液的有机溶液萃取萃取提取流程提取流程2023/1/15（1 1）称取）称取3g3g干海带，用刷子把干海带表面的干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净（附着物刷净（不要用水洗，有不要用水洗，有I I-）。）。将海带剪将海带
11、剪碎，用酒精润湿（碎，用酒精润湿（便于灼烧便于灼烧）后，放在坩埚中。）后，放在坩埚中。（2 2）用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带）用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完全成灰，停止加热，冷却。完全成灰，停止加热，冷却。（3 3）将海带灰转移到小烧杯中，再向烧杯中）将海带灰转移到小烧杯中，再向烧杯中加入加入10ml10ml蒸馏水，搅拌，煮沸蒸馏水，搅拌，煮沸2min2min3min3min，使，使可溶物溶解，过滤。可溶物溶解，过滤。（4 4）向滤液中滴入几滴稀硫酸，再加入约）向滤液中滴入几滴稀硫酸，再加入约1ml 1ml H H2 2O O2 2溶液，观察现象。溶液，观察现象。（5 5）取少量上
12、述滤液，加几滴淀粉溶液，观）取少量上述滤液，加几滴淀粉溶液，观察现象。察现象。实验方法实验方法2023/1/15从海水中提取溴的主要工艺流程从海水中提取溴的主要工艺流程用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。用蒸馏法将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化。用蒸馏法将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化。向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：溴单质：2NaBr+Cl2NaBr+Cl2 2=Br=Br2 2+2NaCl+2NaCl向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质向含溴单质的水溶液
13、中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的：吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的：BrBr2 2+SO+SO2 2+2H+2H2 2O=2HBr+HO=2HBr+H2 2SOSO4 4向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：2HBr+Cl2HBr+Cl2 2=2HCl+Br=2HCl+Br2 22023/1/15从海水中获得其他物质和能量具有广从海水中获得其他物质和能量具有广阔的前景。阔的前景。例如，例如，铀和重水铀和重水目前是核能开发中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。个国家来说具有战略意义。化学在开发化学在开发海洋药物海洋药物方面也将发挥方面也将发挥越来越大的作用。越来越大的作用。潮汐能、波浪能潮汐能、波浪能等也是越来越受到等也是越来越受到重视和开发的新型能源。重视和开发的新型能源。2023/1/152023/1/15