第四章化學與自然資源的開發利用第一節開發利用金屬礦物和海水資源

金屬元素種類多，分布廣，活動性差別大，在自然界的存在形式各異，少數不活潑金屬以游離態存在（如金和鉑等），多數金屬以化合態存在。人們在生活和生產中使用的金屬材料多是合金或純金屬，這就需要把金屬從礦石中提煉出來，提煉的過程就是金屬的冶煉過程。金屬冶煉的原理是什么？金屬的冶煉的步驟：礦石的富集、冶煉、精煉金屬冶煉有哪些方法？你們覺得金屬活動順序與金屬冶煉方法有沒有聯系呢？如果有，有什么規律嗎？一、金屬礦物的開發利用黃銅礦赤鐵礦鋁礦錳礦鎢礦鋅礦一、金屬礦物的開發利用1、金屬元素的存在：

除了金、鉑等極少數金屬外，絕大多數金屬以化合物的形式存在于自然界。2、金屬的冶煉

冶煉金屬的實質是用還原的方法使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬原子。n+M得電子M（被還原）金屬活動性順序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金屬活動性逐漸減弱金屬離子的得電子能力逐漸增強金屬冶煉的方法

要根據金屬的活動性順序不同，采取不同的冶煉方法（2）熱分解法（適合一些不活潑金屬）2HgO===2Hg+O2↑加熱2Ag2O===4Ag+O2↑加熱3、金屬冶煉的方法（1）物理提取法：適用于極不活潑的金屬——Pt、Au（3）熱還原法（適用于大部分金屬）CuO+H2===Cu+H2O△Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2高溫鋁熱反應實驗4－1注意觀察現象反應現象：鎂條劇烈燃燒，放出大量熱，發出耀眼白光，紙漏斗內劇烈反應，紙漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3高溫鋁熱劑

鋁——還原劑（活潑金屬——可作還原劑）3MnO2+4Al===3Mn+2Al2O3高溫Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高溫3Co3O4+8Al===9Co+4Al2O3高溫其它的鋁熱反應：應用：(1)焊接鋼軌，(2)冶煉金屬。

由于早期煉鋁十分困難，所以鋁的價格十分昂貴，一度超越金銀之上，直至19世紀上半葉，鋁還是歐洲許多高級珠寶店的高檔貨。

然而自從美國青年化學家霍爾發明電解制鋁法后，制鋁工藝不斷改進，現在人們已經熟練掌握了從鋁土礦（主要成分是Al2O3，當然還是有很多其它雜質的）中冶煉鋁的技術了，使得制鋁成本大大下降，鋁的價格也一降千丈，走入千家萬戶。Al（4）電解法（適合一些非常活潑金屬）MgCl2(熔融)===Mg+Cl2↑電解2Al2O3(熔融)===4Al+3O2↑電解冰晶石2NaCl(熔融)===2Na+Cl2↑電解

今天鋁的產量已經僅次于鋼鐵了，鋁及鋁合金成為現代文明不可缺少的金屬，鋁在工業上被稱為“鋼精”，是因為它的合金不但輕，而且強度足以替代鋼鐵，鋁除了用于建材之外，還被用于航天工業，如我國第一顆人造衛星東方紅一號，外殼全部用鋁合金制成，美國的阿波羅—11號，宇宙飛船所用的金屬材料中，鋁及合金75%左右，可以說人類送上太空的金屬中，鋁是最多的了。注意：正常人的人體，每70公斤體重約含61毫克鋁。

但鋁攝入過多卻是對人體有害的，經研究表明，鋁元素能滲入人腦，與神經元細胞釋放出來的具有傳遞信息功能的有機堿反應，導致神經系統傳遞信息受阻，引起老年癡呆。鎂在地殼中含量只有鋁的四分之一，而且鎂比鋁更加活潑，所以要想礦物質中獲取鎂，代價比鋁更高。Mg海洋中含有大量的氯化鎂，海水又咸又苦。咸是因為含有氯化鈉，苦是因為含有氯化鎂，同樣道理，粗鹽易潮解是因為其中含有較多的氯化鎂，而氯化鎂易吸水。據估算，假如每年從海水中提取1億噸鎂再過一百萬年，海水中鎂的含量也只會從目前的0.13%降低到0.12%，即只減少了萬分之一。可謂取之不盡，用之不竭。KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg金屬活動性（還原性）：強弱電解法熱還原法熱分解法KCaNaMgAl

ZnFeSnPb（H）Cu

HgAg離子的氧化性弱強KCaNaMgAl

ZnFeSnPb(H)Cu

HgAgPtAu電解法熱還原法熱分解法物理提取法

以鋁為例，生產一噸原鋁至少要消耗四噸鋁土礦資源。當前全球原鋁的年產量約2500萬噸，年消耗鋁土礦超過一億噸，如果照此發展下去，地球上的鋁土礦資源就會越來越少，直至有一天枯竭。如果人類消費的鋁能夠回收利用，只要回收利用量達到產量的二分之一，每年就將減少鋁土礦消耗量約5000萬噸，這對保護全球鋁土礦資源具有極為重要的意義。其次，利用廢雜原料生產一噸合金鋁錠與用鋁土礦原料生產一噸原鋁錠相比，可以節省95％以上的能源消耗。你知道嗎？據有關資料統計，每生產一噸原鋁錠需要消耗能源213．2TJ(電能約占82％)，而生產一噸再生鋁合金錠所需能源消耗為5．5TJ(燃料約占80％)，僅為原鋁錠生產能源消耗的2．6％，優勢比較明顯。由于鋁可以反復循環使用，從再生鋁廢料中再生產鋁，其節能效果更加顯著。另外，再生鋁生產中二氧化碳的產生量和排放量與原鋁生產相比，大為減少。有資料統計，再生鋁生產可比用水電生產原鋁減少二氧化碳排放量91%，比用燃油發電減少二氧化碳排放量97％以上，比用煤發電減少的二氧化碳排放量更多，環保效益十分顯著。

小資料合理開發和利用礦物資源，主要途徑有：1、提高金屬礦物的利用率2、減少金屬的使用量3、加強金屬資源的回收和再利用4、使用其他材料代替金屬材料……………練習1、下列各種冶煉方法中，可以制得相應金屬的是（）A、加熱氧化鋁B、加熱碳酸鈣C、電解熔融氯化鈉D、氯化鈉與鋁粉高溫共熱2、根據金屬在金屬活動順序表中的位置及性質，推測制取下列金屬最適宜的方法：①Na

②Zn

③Hg

④Au

C電解法加熱還原法加熱分解法物理提取法濕法煉銅:Fe+CuSO4==FeSO4+Cu火法煉銅:Cu2S+O2==2Cu+SO2高溫海水資源的開發利用第四章第一節第2課時為什么中日在釣魚島問題上互不相讓?釣魚島又稱釣魚臺、釣魚臺群島、釣魚臺列島（日本人稱其為“尖閣列島”），位于中國東海大陸架的東部邊緣，在地質結構上是附屬于臺灣的大陸性島嶼。釣魚列島周圍海域面積約為17萬平方公里，相當于5個臺灣本島面積。釣魚諸島及其附近海域，不僅蘊藏有大量石油資源，在其他方面也有巨大的經濟價值。問題與討論：

海水中蘊含著豐富的水資源和化學資源，21世紀人類將重點開發海洋資源。1、海水資源海洋約占地球表面積71%海洋中的資源：動物:（魚類、海獅、海馬、貝類………植物:（海草、海帶…………礦物:（各種鹽、NaCl、MgCl2、海底金屬結核礦、石油水:海水中的水約1.3X109

億噸,占地球總水量97%還含有80多種元素含80多種元素，以氫、氧、氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀等較多。被稱為“元素的故鄉”。海水中鈾多達45億噸是已知陸地鈾礦儲量的4500倍。氘有50億噸足夠人類用上千萬年海水中的化學資源海洋中的礦產資源

從太空觀察地球，看到地球上有七片陸地“漂浮”在一大片藍色的海洋之中海洋是“歷史留給人類的資源儲備”海洋是美麗的，也是富饒的海水資源的廣泛性：海洋約占地球表面積71%海洋中的資源：動物:（魚類、海獅、海馬、貝類………植物:（海草、海帶…………礦物:（各種鹽、NaCl、MgCl2……….

海底金屬結核礦、石油水:（水資源及各種溶解的鹽類海水中的水1.3X109

億噸占地球總水量97%（3%在陸地、淡水）海水中除了水以外，還含有80多種元素，有的含量很大（如NaCl）有的含量很少（如Au）海水資源的多樣性：海水中溶解和懸浮大量的無機物和有機物按含量計：含O、H及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共13種元素的質量占總水量的99%，其余1%為70多種含量微少的元素。海水資源的分散性：海水因為量太大、面太廣，大多數元素盡管總量很大但由于太分散，含量極微少如：海水中金元素總含量約為50000000t（5千萬噸）但一頓海水中只含金元素0.000004g（10億分之四克）（百分之0.000004克）海水資源的利用海水水資源的利用海水化學資源的利用1、從海水中提取淡水——海水淡化

海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。

海水蒸餾原理示意圖進出原理：加熱到水的沸點，液態水變為水蒸氣與海水中的鹽分離，水蒸汽冷凝得到淡水。太陽能蒸發海水示意圖：

（1）海水的淡化：

海水淡化的方法:①蒸餾法（最先使用，技術成熟，但成本高）②電滲析法（成本低，但未能大量生產）③離子交換法（目前正迅速發展，但需要不斷更新離子交換樹脂）2、海水資源的利用：

大連石化公司海水淡化處理

海水過濾器經處理后海水就變成了可以飲用的純凈的水2、海水曬鹽（煮海為鹽）（2）海水的綜合利用①海水制鹽——生產NaCl②NaCl的水溶液制NaOH③制金屬Na2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O2NaCl+2H2O電解

H2+Cl2+2NaOH

2NaCl（熔融）電解2Na+Cl2④制Na2CO3⑤從海水中提取溴

科學探究：如何證明海帶中有碘離子？閱讀P91實驗4-2化學方程式：2KI+H2O2+H2SO4===I2+K2SO4+2H2O證明海帶中存在碘元素1、取約3克的干海帶，用刷子去凈其表面上的附著物，把海帶剪碎后，用適量酒精浸濕，放入坩堝中2、把泥三角放在鐵三腳架上，將坩堝放在泥三角上，點燃酒精燈將海帶灼燒至完全成灰，停止加熱，使海帶冷卻至室溫。3、將海帶灰轉移到小燒杯中，加入約10mg蒸餾水，攪拌，煮沸2-3min，過濾4、在濾液中滴入幾滴3mol/L的稀硫酸再加入約1ml3%的H2O2，觀察現象5、再向溶液中加入幾滴淀粉溶液，再觀察現象實驗現象：化學方程式：加入H2O2后，溶液由無色變為黃色，再加入淀粉溶液后，溶液又變為深藍色2KI+H2O2+H2SO4=I2+K2SO4+2H2O海帶提碘：海帶海帶灰溶解過濾灼燒殘渣含I-的溶液稀H2SO4H2O2含I2的溶液含I2的有機溶液萃取證明海帶中含有碘，有以下步驟①灼燒海帶至完全生成灰，停止加熱，冷卻；②在濾液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入幾滴淀粉溶液；③用剪刀剪碎海帶，用酒精潤濕，放入坩堝中；④海帶灰轉移到小燒杯，加蒸餾水，攪拌、煮沸、過濾.(1)合理的步驟是____________(2)證明含碘的步驟是_______,現象是_____________________,反應的離子方程式是__________________________③①④②②滴入淀粉溶液，溶液變藍2I-+2H++H2O2I2+2H2O

思考與交流：如何將海水中的溴離子轉變成溴單質？閱讀教材P91頁資料卡片——海水提溴。1、推測海水提溴的步驟和實驗裝置；2、寫出相關的化學方程式。濃縮海水溴單質氫溴酸單質溴通入Cl2①通入空氣，SO2吸收②通入Cl2③2NaBr+Cl2==Br2+2NaCl2H2O+Br2+SO2==H2SO4+2HBr2HBr+Cl2==Br2+2HCl海水提溴的實驗室模擬裝置

從海水中提取溴2NaBr

+Cl2=2NaCl

+Br2

Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO42HBr+Cl2

=2HCl+Br2⑥從海水中制金屬鎂

化學反應：

a.MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓

+CaCl2b.Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+H2O

c.MgCl