第四章第四章 化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用 第一節(jié)第一節(jié) 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源開發(fā)利用金屬礦物和海水資源一、金屬礦物的開發(fā)利用一、金屬礦物的開發(fā)利用1 1、金屬元素的存在：、金屬元素的存在： 除了金、鉑等極少數(shù)金屬外，絕除了金、鉑等極少數(shù)金屬外，絕大多數(shù)金屬以化合物的形式存在于大多數(shù)金屬以化合物的形式存在于自然界。自然界。 冶煉金屬的實(shí)質(zhì)是用還原的方冶煉金屬的實(shí)質(zhì)是用還原的方法使金屬化合物中的金屬離子得法使金屬化合物中的金屬離子得到電子變成金屬原子。到電子變成金屬原子。n+M得得電子電子M （被還原）被還原）2、金屬的冶煉、金屬的冶煉金屬活動性順序金屬活動性順序K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au金屬活動性逐漸減弱金屬活動性逐漸減弱金屬離子的得電子能力逐漸增強(qiáng)金屬離子的得電子能力逐漸增強(qiáng)（2）熱分解法）熱分解法（適合一些不活潑金屬）（適合一些不活潑金屬）2HgO = 2Hg + O2 加熱加熱2Ag2O = 4Ag + O2 加熱加熱（1）物理提取法：）物理提取法： 適用于極不活潑的金屬適用于極不活潑的金屬Pt、Au3、金屬冶煉的方法、金屬冶煉的方法（3）熱還原法（適用于大部分金屬）熱還原法（適用于大部分金屬）CuO+H2 = Cu + H2O Fe2O3+3CO = 2Fe + 3CO2高溫高溫鋁鋁熱反應(yīng)熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)41 反應(yīng)現(xiàn)象反應(yīng)現(xiàn)象：鎂條劇烈燃燒，放出大量熱，鎂條劇烈燃燒，放出大量熱，發(fā)出耀眼白光，紙漏斗內(nèi)發(fā)出耀眼白光，紙漏斗內(nèi)劇烈反應(yīng)，紙劇烈反應(yīng)，紙漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中。漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al = 2Fe + Al2O3高溫高溫鋁熱劑鋁熱劑 鋁鋁還原劑還原劑（活潑金屬（活潑金屬可作還原劑）可作還原劑）3MnO2+4Al = 3Mn+ 2Al2O3高溫高溫Cr2O3+2Al = 2Cr + Al2O3高溫高溫3Co3O4+8Al = 9Co + 4Al2O3高溫高溫其它的鋁熱反應(yīng)：其它的鋁熱反應(yīng)：鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用 鋁熱反應(yīng)的原理可以應(yīng)用在生產(chǎn)上，如用于焊鋁熱反應(yīng)的原理可以應(yīng)用在生產(chǎn)上，如用于焊接鋼軌等。在冶金工業(yè)上也常用這一反應(yīng)原理，接鋼軌等。在冶金工業(yè)上也常用這一反應(yīng)原理，使鋁與金屬氧化物反應(yīng)，冶煉使鋁與金屬氧化物反應(yīng)，冶煉釩、鉻、錳釩、鉻、錳等等（4）電解法（適合一）電解法（適合一些非?；顫娊饘傩┓浅；顫娊饘伲?MgCl2 (熔融熔融) = Mg + Cl2 電解電解2Al2O3 (熔融熔融) = 4Al + 3O2 電解電解冰晶石冰晶石2NaCl (熔融熔融) = 2Na + Cl2 電解電解小結(jié)金屬的不同冶煉方法：小結(jié)金屬的不同冶煉方法：金屬活動順金屬活動順序序金屬失電子金屬失電子能力能力 金屬離子的金屬離子的得電子得電子主要冶煉方主要冶煉方法法K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）、）、CuHg、Ag、Pt、Au強(qiáng)強(qiáng)弱弱弱弱強(qiáng)強(qiáng)電解法電解法熱還原法熱還原法熱熱分解法分解法合理開發(fā)和利用礦物資源，主要途徑有：合理開發(fā)和利用礦物資源，主要途徑有：1、提高金屬礦物的利用率、提高金屬礦物的利用率2、減少金屬的使用量、減少金屬的使用量3、加強(qiáng)金屬資源的回收和再利用、加強(qiáng)金屬資源的回收和再利用4、使用其他材料代替金屬材料、使用其他材料代替金屬材料二、海水資源的開發(fā)利用二、海水資源的開發(fā)利用 主要包括主要包括海水的淡化海水的淡化和和直接利用海水進(jìn)直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻行循環(huán)冷卻。通過從海水中提取淡水或從海。通過從海水中提取淡水或從海水中把鹽分離出去，都可以達(dá)到淡化海水的水中把鹽分離出去，都可以達(dá)到淡化海水的目的。目的。1、海水水資源的利用：、海水水資源的利用： 海洋約占地球面積的海洋約占地球面積的71%。 海水中海水中的水的水1.3X109 億噸。占地球總水量億噸。占地球總水量97% （3%在陸地、淡水）。在陸地、淡水）。 海水淡化的方法主要有海水淡化的方法主要有蒸餾法、蒸餾法、電滲析法、離子交換法電滲析法、離子交換法等。等。 海水蒸餾原理示意圖：海水蒸餾原理示意圖：太陽能蒸發(fā)海水示意圖：太陽能蒸發(fā)海水示意圖： 海水資源的多樣性： 海水中溶解和懸浮大量的無機(jī)物和有機(jī)物海水中溶解和懸浮大量的無機(jī)物和有機(jī)物 按含量計(jì)：含按含量計(jì)：含O O、H H及及ClCl、NaNa、S S、C C、F F、B B、BrBr、SrSr共共1313種元素的質(zhì)量占總水量的種元素的質(zhì)量占總水量的99%99%，其余，其余1%1%為為7070多種含量微少的元素。多種含量微少的元素。 海水中除了水以外，還含有海水中除了水以外，還含有8080多種元素，有的多種元素，有的含量很大（如含量很大（如NaClNaCl ）有的含量很少（如）有的含量很少（如AuAu）2、海水化學(xué)資源的開發(fā)和利用、海水化學(xué)資源的開發(fā)和利用海水資源的分散性： 海水因?yàn)榱刻?、面太廣，大多數(shù)元素盡海水因?yàn)榱刻?、面太廣，大多數(shù)元素盡管總量很大但由于太分散管總量很大但由于太分散 ，含量極微少，含量極微少 如：海水中金元素總含量約為如：海水中金元素總含量約為50000000t50000000t（5 5千萬噸）但一頓海水中只含金元素千萬噸）但一頓海水中只含金元素0.000004g0.000004g（1010億分之四克）億分之四克） （百分之（百分之0.0000040.000004克）克）從海水中提取食鹽的主要工藝流程從海水中提取食鹽的主要工藝流程 從海從海水中制取鹽的水中制取鹽的方法主要有：方法主要有：鹽田法、電滲鹽田法、電滲析法和冷凍法。析法和冷凍法。 從海水中制得的從海水中制得的NaClNaCl除使用外，還除使用外，還用作工業(yè)原料：用作工業(yè)原料： 1 1、制燒堿、純堿、金屬鈉以、制燒堿、純堿、金屬鈉以及氯氣、鹽酸、漂白粉等。及氯氣、鹽酸、漂白粉等。. . 制取鎂、鉀、溴及其化工產(chǎn)品。制取鎂、鉀、溴及其化工產(chǎn)品?？茖W(xué)探究：科學(xué)探究：如何證明海帶中有碘離子？如何證明海帶中有碘離子？ 海帶中的碘元素主要以海帶中的碘元素主要以I I- -的形式的形式存在，提取時(shí)用適當(dāng)?shù)难趸瘎⑵溲趸纱嬖?，提取時(shí)用適當(dāng)?shù)难趸瘎⑵溲趸蒊 I2 2, ,再萃取出來。再萃取出來。 用用H H2 2O O2 2做氧化劑，反應(yīng)的離子方程式：做氧化劑，反應(yīng)的離子方程式： 2I 2I- -+ H+ H2 2O O2 2 +2H +2H+ +=I=I2 2+2H+2H2 2O O 反應(yīng)原理反應(yīng)原理 海海帶帶海海帶灰?guī)Щ胰芙膺^濾溶解過濾灼燒灼燒殘?jiān)鼩堅(jiān)琁- -的溶液的溶液稀稀H2SO4 H2O2含含I2的溶液的溶液含含I2的有機(jī)溶液的有機(jī)溶液萃取萃取提取流程提取流程（1 1）稱?。┓Q取3g3g干海帶，用刷子把干海帶表面的干海帶，用刷子把干海帶表面的附著物刷凈（附著物刷凈（不要用水洗，有不要用水洗，有I I- -）。）。 將海帶剪將海帶剪碎，用酒精潤濕（碎，用酒精潤濕（便于灼燒便于灼燒）后，放在坩堝中。）后，放在坩堝中。 （2 2）用酒精燈灼燒盛有海帶的坩堝，至海帶）用酒精燈灼燒盛有海帶的坩堝，至海帶完全成灰，停止加熱，冷卻。完全成灰，停止加熱，冷卻。 （3 3）將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中，再向燒杯中）將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中，再向燒杯中加入加入10ml10ml蒸餾水，攪拌，煮沸蒸餾水，攪拌，煮沸2min2min3min3min，使使可溶物溶解，過濾。可溶物溶解，過濾。 （4 4）向?yàn)V液中滴入幾滴稀硫酸，再加入約）向?yàn)V液中滴入幾滴稀硫酸，再加入約1ml 1ml H H2 2O O2 2溶液，觀察現(xiàn)象。溶液，觀察現(xiàn)象。（5 5）取少量上述濾液，加幾滴淀粉溶液，觀）取少量上述濾液，加幾滴淀粉溶液，觀察現(xiàn)象。察現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)方法從海水中提取溴的主要工藝流程從海水中提取溴的主要工藝流程用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔內(nèi)的溶液中的溴單質(zhì)。用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔內(nèi)的溶液中的溴單質(zhì)。 用蒸餾法將海水濃縮，用硫酸將濃縮的海水酸化。用蒸餾法將海水濃縮，用硫酸將濃縮的海水酸化。向酸化的海水中通入適量的氯氣，使溴離子轉(zhuǎn)化為向酸化的海水中通入適量的氯氣，使溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)：溴單質(zhì)：2NaBr+Cl2NaBr+Cl2 2=Br=Br2 2+2NaCl+2NaCl向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸汽，將溴單質(zhì)向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸汽，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)以達(dá)到富集的目的：吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)以達(dá)到富集的目的： BrBr2 2+SO+SO2 2+2H+2H2 2O=2HBr+HO=2HBr+H2 2SOSO4 4向吸收塔內(nèi)的溶液中通入適量的氯氣：向吸收塔內(nèi)的溶液中通入適量的氯氣： 2HBr+Cl2HBr+Cl2 2=2HCl+Br=2HCl+Br2 2 從海水中獲得其他物質(zhì)和能量具有廣從海水中獲得其他物質(zhì)和能量具有廣闊的前景。闊的前景。 例如，例如，鈾和重水鈾和重水目前是核能開發(fā)目前是核能開發(fā)中的重要原料，從海水中提取鈾和重水中的重要原料，從海水中提取鈾和重水對一個(gè)國家來說具有戰(zhàn)略意義。對一個(gè)國家來說具有戰(zhàn)略意義。 化學(xué)在開發(fā)化學(xué)在開發(fā)海洋藥物海洋藥物方面也將發(fā)揮方面也將發(fā)揮越來越大的作用。越來越大的作用。 潮汐能、波浪能潮汐能、波浪能等也是越來越受到等也是越來越受到重視和開發(fā)的新型能源。重視和開發(fā)的新型能源。