1、第八章化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展第一節(jié)自然資源的開發(fā)利用第1課時(shí)金屬礦物、海水資源的開發(fā)利用一、自然資源一、自然資源1分類分類2可持續(xù)發(fā)展可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、社會可持續(xù)發(fā)展資源可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展1992年6月于巴西里約熱內(nèi)盧舉行的聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會二、金屬礦物的開發(fā)利用二、金屬礦物的開發(fā)利用1金屬元素金屬元素的存在形式的存在形式金鉑金、鉑等極少數(shù)金屬元素以單質(zhì)的形式存在于自然界中。輝銅礦(Cu2S)赤鐵礦(Fe2O3)閃鋅礦(立方ZnS)菱鎂礦（MgCO3）孔雀石Cu2(OH)2CO3方鉛礦(PbS)絕大多數(shù)金屬元素以化合物的形式存在于自然界中2金屬元素金屬元素不同存在形式的原因不同存在

2、形式的原因金屬活動(dòng)性順序：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au金屬活潑性逐漸減弱化合態(tài)游離態(tài)3冶煉冶煉金屬的方法金屬的方法將金屬從其化合物中還原出來，用于生產(chǎn)各種金屬材料的過程。原理： Mn+(化合態(tài)) M(游離態(tài)) +ne-得到電子，被還原（1）金 鉑物理方法2HgO 2Hg+O22Ag2O 4Ag+O2（2）不活潑金屬熱分解法（3）活潑金屬電解法2Al2O3(熔融) 4Al+3O2電解冰晶石2NaCl(熔融) 2Na+Cl2電解冰晶石：降低氧化鋁的熔化溫度MgCl2(熔融) Mg+Cl2電解（4）其他金屬高溫還原法Fe2O3+3CO 2F

3、e+3CO2高溫CuO+H2 Cu+H2O高溫實(shí)驗(yàn)：鋁熱反應(yīng)一些活潑金屬也可做還原劑，將相對不活潑的金屬從其化合物中置換出來。鋁熱反應(yīng)鋁熱反應(yīng)反應(yīng)現(xiàn)象：鎂條劇烈燃燒，放出大量的熱，發(fā)出耀眼白光，紙漏斗內(nèi)劇烈反應(yīng)，紙漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中。引燃劑：鎂條助燃劑：氯酸鉀化學(xué)方程式：Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3高溫應(yīng)用：利用鋁熱反應(yīng)焊接鋼軌。冶金工業(yè)中，冶煉釩、鉻、錳等金屬?；瘜W(xué)方程式：Cr2O3+2Al 2Cr+Al2O3高溫3MnO2+4Al 3Mn+2Al2O3高溫為什么不同的金屬冶煉方法不同？不同金屬離子得電子能力不同。思考思考交流交流原理： Mn+(化合態(tài)) M(游離態(tài)) +

4、ne-得到電子，被還原金屬活動(dòng)性順序：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au電解法熱還原法 常用還原劑： C、CO、H2、Al熱分解法 物理提取法為什么人類使用鐵器比使用銅器晚？思考思考交流交流金屬使用的先后順序與金屬冶煉難易有關(guān)。金屬活動(dòng)性順序中，金屬的位置越靠后，越容易被還原，用一般的還原方法就能使金屬還原。金屬的位置越靠前，越難被還原。金屬的冶煉歷史青銅時(shí)代古法煉銅鐵器時(shí)代古法煉鐵近代冶煉鉀、鈉、鎂、鋁的冶煉常見金屬的冶煉原理常見金屬的冶煉原理金屬金屬冶煉原理冶煉原理FeCuMgAlNaCu2S+O2 2Cu+SO2（火法煉銅）高溫Fe+

5、CuSO4 FeSO4+Cu（濕法煉銅）Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2（高爐煉鐵）高溫Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3（鋁熱法煉鐵）高溫2Al2O3(熔融) 4Al+3O2電解冰晶石2NaCl(熔融) 2Na+Cl2電解MgCl2(熔融) Mg+Cl2電解4金屬金屬資源利用的可持續(xù)發(fā)展資源利用的可持續(xù)發(fā)展(1)提高金屬礦物的利用率(2)開發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法(3)防止金屬腐蝕(4)加強(qiáng)廢舊金屬的回收和再利用(5)使用其他材料代替金屬材料計(jì)算表明，生產(chǎn)1 mol鋁消耗的電能至少為1.8106 J，回收鋁制飲料罐得到鋁與從鋁土礦制鋁相比，前者的能耗僅為后者的3%5%。通過對上述數(shù)據(jù)

6、的分析和比較，結(jié)合圖1和圖2，你想到了什么？請將你的想法與同學(xué)交流。圖1圖2思考思考與討論與討論1實(shí)際過程中必須考慮投入與產(chǎn)出，要 考慮成本。2加強(qiáng)廢舊金屬的回收和再利用是合理 開發(fā)和利用金屬資源的重要途徑。3必須考慮廢棄物的處理和生產(chǎn)對環(huán)境 的影響，形成綠色化學(xué)觀念和可持續(xù) 發(fā)展意識。圖1圖2金屬礦物的開發(fā)利用冶煉金屬的原料冶煉金屬的方法金屬資源利用的可持續(xù)發(fā)展金屬在自然界的存在形態(tài)冶煉原理與方法主要途徑生產(chǎn)實(shí)際很不活潑的金屬物理提取法不活潑的金屬熱分解法活潑的金屬熱還原法很活潑的金屬電解法小結(jié)小結(jié)海洋約占地球表面積的71%。海洋中水的儲量約為1.31018噸，約占地球上總水量的97%。從太

7、空觀察地球，會看到地球上有七片陸地“漂浮”在一大片藍(lán)色的海洋之中。由于與巖石、大氣和生物的相互作用，海水中溶解和懸浮著大量的無機(jī)物和有機(jī)物。海水中主要含有H、O元素，還含有豐富的Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等多種元素。二、海水資源的開發(fā)利用二、海水資源的開發(fā)利用海水資源海水資源化學(xué)資源水資源新型能源1海水海水水資源的水資源的利用利用海水淡化的方法主要有：蒸餾法電滲析法離子交換法最先使用，技術(shù)成熟，但成本高成本低，但未能大量生產(chǎn)目前正迅速發(fā)展，但需要不斷更新離子交換樹脂主要包括海水淡化和直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻。方法方法原理原理蒸餾法將海水加熱至沸騰汽化，然后將蒸氣冷凝

8、而得到蒸餾水電滲析法在外加直流電場的作用下，利用陰、陽離子交換膜對水中陰、陽離子的選擇透過性，使水中的一部分離子轉(zhuǎn)移到另一部分水中而達(dá)到除鹽的目的離子交換法用陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂除去海水中的陰離子、陽離子，得到去離子水2海水海水中化學(xué)資源的利用中化學(xué)資源的利用（1）海水制鹽侯德榜（化學(xué)家）侯氏制堿法流程圖煅燒爐合成氨沉淀池CO2NH3NH3母液食鹽水CO2NH4ClNaClNa2CO3循環(huán)循環(huán)（2）海水提溴（吹出法）海水氧化室吹出塔吸收塔蒸餾塔 冷凝器Br2SO2和H2OCl2和H2O酸和Cl2空氣溴 的 富 集（2）海水提溴（吹出法）氧化：2Br- + Cl2 Br2+2Cl-吸收

9、：2H2O + Br2+SO2 +2Br- +4H+24SO（3）海水提鎂石灰乳溶液Mg(OH)2沉淀鹽酸MgCl2溶液Mg無水MgCl2熔融 電解海水(含Mg2+)過濾就地取材貝殼(CaCO3)（3）海水提鎂CaCO3 CaO+CO2 CaO+H2O Ca(OH)2MgCl2+Ca(OH)2 Mg(OH)2+CaCl2Mg(OH)2+2HCl MgCl2+2H2OMgCl2(熔融) Mg+Cl2電解海帶海帶灰浸泡過濾灼燒殘?jiān)琁-的溶液稀H2SO4 H2O2含I2的溶液含I2的有機(jī)溶液萃取2H+2I-+H2O2 I2+2H2O或Cl2+2I - 2Cl-+I2氧化（4）海水提碘如何驗(yàn)證海帶中

10、含有碘元素？海帶中含有碘元素的檢驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)原理：2H+2I-+H2O2 I2+2H2O 淀粉遇碘單質(zhì)變藍(lán)實(shí)驗(yàn)步驟：思考思考與討論與討論小結(jié)小結(jié)三、從海水中獲取能量三、從海水中獲取能量1從海水提取鈾和重水，用于核能開發(fā)。2 開發(fā)潮汐能、波浪能等新型能源。1A金屬的活潑性大小 B金屬在地殼中的含量多少C金屬的化合價(jià)高低D金屬的導(dǎo)電性強(qiáng)弱K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au電解法熱還原法熱分解法物理提取法鞏固練習(xí)鞏固練習(xí)A2A熱分解法 B熱還原法 C置換法 D淘取法 鞏固練習(xí)鞏固練習(xí)HgS Hg+SA3AMnO2 BWO3CCr2O3DCo3O4鞏固

11、練習(xí)鞏固練習(xí)D制得1 mol Co轉(zhuǎn)移 mol e-38制得1 mol Mn轉(zhuǎn)移4 mol e- 制得1 mol W轉(zhuǎn)移6 mol e-制得1 mol Cr轉(zhuǎn)移3 mol e-4(2)利用下圖裝置完成鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。該鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式是_。 (3)工業(yè)上根據(jù)鋁熱反應(yīng)的原理，用鋁和軟錳礦(MnO2)冶煉錳，反應(yīng)的化學(xué)方程式是 _。鞏固練習(xí)鞏固練習(xí)A3MnO2+4Al 3Mn+2Al2O3高溫Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3高溫5海水是一個(gè)巨大的化學(xué)資源庫，下列有關(guān)海水綜合利用的說法正確的是（ ）A海水中含有鉀元素，只需經(jīng)過物理變化就能得到鉀單質(zhì)B海水蒸發(fā)制海鹽的過程中只發(fā)生了化學(xué)變化C從海水中可以得到NaCl，電解熔融NaCl可制備NaD利用潮汐發(fā)電是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能C鞏固練習(xí)鞏固練習(xí)6海水中溴元素以Br形式存在，工業(yè)上用空氣吹出法從海水中提取溴的工藝流程圖如右所示：(1)步驟反應(yīng)的離子方程式是 。(2)步驟反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。(3)步驟中，用熱空氣將Br2吹出，利用溴的性質(zhì)為 ，從步驟到步驟的目的是 。2BrCl2=Br22ClSO2Br22H2O = H2