开发利用金属矿物资源

第四章化学与可持续发展第一节开发利用金属矿物和海水资源殷墟考古发现，3000多年前我国古代劳动人民就掌握了孔雀石炼铜工艺。孔雀石Cu2(OH)2CO3Cu2(OH)2CO3＝2CuO+H2O+CO2↑孔雀石C+2CuO==CO2↑+2Cu高温他们将孔雀石，主要成分Cu2（OH）2CO3和木炭一起加热就可得到红色的金属铜．秦始皇地宫埋“水银”之谜《史记》记载：始皇陵有大量水银。地质学家先后两次来始皇陵采样。发现始皇陵封土土壤样品中果然出现“汞异常”。科学家由此得出初步结论:《史记》中关于始皇陵中埋藏上百吨汞的记载是可靠的。地宫埋“水银”的千古谜案终于解开了。单质的汞，在自然界中是极为罕见的。为什么两千多年前就能得到上百吨的水银呢？汞矿(HgO)秦始皇陵墓世界文化遗产2HgO2Hg＋O2↑加热炼丹术起于战国兴于汉初九转大还丹————将天然丹砂（HgS）在空气中加热炼成水银，再将水银和硫混合后放在密闭的鼎中升炼成纯的硫化汞，硫化汞再加热炼成水银，水银再炼成硫化汞如此反复九次，就炼成了“九转大还丹”。上述材料中发生了什么反应？HgS+O2==Hg+SO2Hg+S=HgS加热常见的金属矿物资源金矿Au铂矿Pt人类最早发现和应用的金属分别是：天然金朱砂HgS翠铜矿CuSiO3.6H2O黄铁矿FeS2钙铀云母Ca(UO2)2(PO4)2•12H2O黄铜矿赤铁矿铝矿锰矿钨矿锌矿白云石CaMg[CO3]2辰砂HgS黄铜矿CuFeS2菱镁矿MgCO3大多数金属以化合态存在如果需要金属单质，那怎么办？——冶炼金属人类最早是在由天而降的陨石中获得单质铁的，陨石中含铁量高达90%以上。古代阿拉伯人曾传说“天上的金雨落进沙漠里变成了黑色的铁”。济南陨铁新疆陨铁南极洲陨铁在公元前6000年到7000年左右，人们就能冶炼出铜铜镜汉武帝时铜币先秦刀币冶炼金属要追溯到古代因为我们的生活生产需要金属，所以必须要开发利用金属资源但金属资源是不可再生资源，不是取之不尽的利用化学知识，在科学开发利用金属矿物的基础上，使金属矿物资源得到可持续发展那如何解决金、铂等为游离态得电子，被还原Mn+M+ne-主要是化合态将金属从其化合物中还原出来，使之转变为单质的过程。(1)金属在自然界中的存在形式？(2)金属冶炼指的是什么？一、金属矿物的开发利用1、金属的冶炼冶炼金属的步骤：矿石富集→金属冶炼→精炼法国皇帝拿破仑是一个喜欢炫耀自己的人。他常常大摆宴席，宴请天下宾客。每次宴会，他总是摆出一副高人一等的样子。餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的那一个碗却是铝制品。思考与交流为什么贵为法国皇帝，在当时却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢？100多年前，为了表彰门捷列夫对化学的杰出贡献，英国皇家学会不惜重金制作了一个比黄金还要贵重的奖杯——铝杯，赠送给门捷列夫。由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银之上，直至19世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。为什么铝比黄金还要贵？自从美国青年化学家霍尔发明电解制铝法后，制铝工艺不断改进，现在人们已经熟练掌握了从铝土矿（主要成分是Al2O3）中冶炼铝的技术，使得制铝成本大大下降，使铝走入千家万户。电解槽2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑电解冰晶石反应原理:降低熔点古代中国劳动人民用木炭炼铁西汉初时，用木炭与铁矿石混合高温冶炼生铁，南宋末年的工匠又掌握了用焦炭炼铁，而欧洲最早的英国直到500年后（相当于清朝乾隆末年），才掌握这一技术。反应原理:Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高温铁矿石焦炭空气石灰石主要原料：电解法热还原法热分解法工业上如何冶炼铝和铁?为什么铁和铝的冶炼方法不同？金属越活泼，越难冶炼2、金属冶炼方法的确定—由金属活泼性决定KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg弱强电解法还原法Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高温2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑电解冰晶石3、金属冶炼的方法举例（1）热分解法2HgO2Hg＋O2↑加热2Ag2O4Ag＋O2↑加热适合一些不活泼金属（一般是H后的金属）Cu2S+O22Cu+SO2高温火法炼铜（2）电解法MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑电解2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑电解2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑电解冰晶石铝土矿适合一些非常活泼金属（Zn前金属）（常用的还原剂有：焦炭、CO、H2等）（3）热还原法（Zn—Cu中等活泼金属）Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2高温2CuO+C2Cu+CO2高温高炉炼铁主要反应WO3+3H2W+3H2O高温常用的还原剂还有哪些?实验4－1反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入漏斗。铝热反应的应用：2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3高温3MnO2＋4Al2Al2O3＋3Mn高温Cr2O3+2Al2Cr+Al2O33Co3O4+8Al9Co+4Al2O3高温高温其它铝热反应：铝热反应：铝＋某些金属氧化物Al2O3＋金属高温铝热剂铝热反应的应用：铝热反应应用冶炼难熔的金属焊接钢轨（冶练常用的还原剂有：焦炭、CO、H2、Al等活泼金属）4、合理开发和利用矿物资源的途径：（1）废旧金属回收；（2）矿物资源保护；（3）寻找金属替代品。金属铝的回收与利用（1）节约矿物资源；（2）节约能源；（3）减少环境污染（1）废旧钢铁用于炼钢；（2）废铁屑用于制铁盐；（3）定影液用于回收银回收金属的意义回收金属的实例古代炼铜比炼铁早得多。原因在于：一、铜矿石比铁矿石易识别。孔雀石颜色呈翠绿(即铜绿)，易引起人们的注意联想。进而用其炼铜。二、早在新石器时代，人类就发明了制陶术。窑温达1000℃多度，已超过铜的熔点(1083．4℃)，而远低于铁的(1536℃)，可炼得红铜。开阔视野课堂练习:2、下列关于金属冶炼的说法不正确的是()A、金属冶炼是由人类生产生活需要发展起来的B、天然矿藏很少只含一种金属元素往往含有较多杂质C、金属的冶炼主要有矿石的富集、冶炼还原和精炼三个步骤D、金属冶炼一定要用到还原剂D1、金属冶炼的目的是（）A、把金属化合物还原为金属单质B、除去金属中的杂质C、把金属单质变为氧化物D、把电能转变为化学能A5、冶炼金属常用以下几种方法：①以C或H2、CO作为还原剂还原法；②热分解法；③电解法；④铝热法。现冶炼下列金属：Al、Mg、Cu、Hg、Mn，试标明适宜的冶炼方法。Al：；Mg：；Cu：；Hg：；Mn：。③③①①④3、工业上常采用电解法冶炼的金属是（）A、FeB、CuC、AlD、Ag4、可用热分解法就可能制得的金属有（）A.CuCrB.TiWC.AgHgD.NaAlCCFe＋Cu2+＝Cu＋Fe2+6、宋代时期，人们发现江西上饶有一口苦泉，蒸发这种苦泉水会得到胆矾，熬苦泉水的铁锅用久了会变成铜锅，这是湿法炼铜的起源，请写出该反应的离子方程式。二、海水资源的开发和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是“历史留给人类的资源储备”海洋是美丽的，也是富饶的海水资源主要分为几大类？海水中蕴含着的丰富资源。21世纪人类将重点开发海洋资源。海水资源的多样性水资源生物资源能源化学资源海水水资源海水中的水1.3X109亿吨占地球总水量97%（3%在陆地、淡水）海洋生物资源海水能源具有商业开发价值的：潮汐发电和波浪发电含80多种元素，含O、H及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共13种元素的质量占总水量的99%，其余1%为70多种含量微少的元素。被称为“元素的故乡”。大陆架的浅海海底：石油、天然气、煤、硫、磷等近岸带的滨海砂矿：砂、贝壳等建筑材料和金属矿产海水化学资源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，含量极微少如：海水中金元素总含量约为50000000t（5千万吨）但一顿海水中只含金元素0.000004g（10亿分之四克）海水资源的特点——分散性海水水资源的利用：主要有：1.海水中水资源的利用海水的淡化（咸水淡水）2.直接利用海水进行循环冷却（作冷却用水）海水蒸馏原理示意图1、海水淡化原理：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如何用海水制备淡水？•海洋中的化学资源的提取和检验太阳能蒸发海水示意图：2、科学探究：如何将海水中的Br-转变成Br2？1、推测海水提溴的步骤和实验装置；2、写出相关的化学方程式。浓缩海水溴单质氢溴酸单质溴通入Cl2①通入空气，SO2吸收②通入Cl2③2NaBr+Cl2==Br2+2NaCl2H2O+Br2+SO2==H2SO4+2HBr2HBr+Cl2==Br2+2HCl海水提溴的实验室模拟装置溴的用途溴化银是一种重要的感光材料，被用于制作胶卷和相纸等。当按下快门的时候，相片上的部分溴化银就分解出银，从而得到我们所说的底片。溴化锂制冷技术则是最近广为使用的一项环保的空调制冷技术，其特点是不会有氟利昂带来的污染，所以很有发展前景。灭火器中也有溴，我们平时看到的诸如“1211”灭火器，就是分子里面有一个溴原子的多卤代烷烃，不仅能扑灭普通火险，在泡沫灭火器无法发挥作用的时候，例如油火。现在医院里普遍使用的镇静剂，有一类就是用溴的化合物制成的，如溴化钾、溴化钠、溴化铵等，通常用以配成“三溴片”，可治疗神精衰弱。大家熟悉的红药水，也是溴与汞的化合物。青霉素等抗菌素生产也需要溴，溴还是制造农业杀虫剂的原料。溴可以用来制作防爆剂。把溴的一种化合物与铅的一种有机化合物同时掺入汽油中，可以有效地防止发动机爆炸。只不过这种含铅汽油燃烧会造成空气污染，在我国许多大城市已不再允许销售、使用掺加这种防爆剂的汽油。3、科学探究：如何证明海带中有碘离子？①灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；②在滤液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入几滴淀粉溶液；③用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中；④海带灰转移到小烧杯，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤。(1)合理的步骤是：(2)证明含碘的步骤是：现象是：反应的离子方程式是：③①④②②滴入淀粉溶液，溶液变蓝。2I-+2H++H2O2I2+2H2O证明海带中有碘，有以下步骤提取海带中的碘元素得到单质碘思考与归纳燃烧加水加热溶解过滤稀硫酸过氧化氢溶液CCl4蒸馏海带灰海带悬浊液滤液碘水碘的CCl4溶液单质碘操作1操作2操作3操作4操作5试剂1试剂2萃取分液生物富集海水海水晒盐（煮海为盐）4、从海水中提取NaCl方案蒸发法：得到粗盐粗盐提取NaCl方案①Na2CO3②NaOH③BaCl2②③①或③②①或③①②粗盐中的杂质：泥沙、Ca2+、Mg2+、SO42-除杂试剂：试剂加入顺序：主要操作：溶解、过滤、蒸发④盐酸滤液沉淀适量盐酸溶解BaCl2NaOHNa2CO3过滤蒸发结晶海水淡水粗盐盐水操作Ⅰ（）5、实验方案设计：从海水中提取镁元素得到单质镁卤水Ｍg(OH)2ＭgCl2金属Mg电解海水富集加碱过滤盐酸蒸发干燥海水提取镁的工艺流程图从海水中的Mg2+到金属镁，经历了哪些化学变化，用化学方程式表示。这个生产流程采用了哪些措施来提高经济效益？你获得了哪些启示？就地取材、使用廉价原料，充分利用副产物引入海水贝壳（CaCO3)过滤网工业制镁流程沉降池过滤槽Mg(OH)2盐酸蒸发干燥锻烧产物电解MgCl2金属镁MgCl2溶液锻烧与水反应氯气海水提镁的步骤为：贝壳生石灰石灰乳氢氧化镁氯化镁镁写出有关的化学反应方程式：a、；b、；c、；d、；e、。煅烧a水b海水cde海水综合利用联合工业体系一例