第一节开发利用金属矿物和海水资源

铁磁矿(Fe3O4）褐铁矿[Fe(OH)3]黄铁矿（FeS2）高炉炼铁导入新课拖网获取锰结核矿机械化收盐在海洋中存在着多种元素1.金属矿物的开发利用2.海水资源的开发利用第一节开发利用金属矿物和海水资源1.了解金属原色在自然界的存在形态；2.掌握金属冶炼的原理和方法；3.了解海水资源开发和利用的前景及化学在其中可以发挥的作用。知识与能力体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，揭示化学与可持续发展的重要关系，树立资源保护意识及合理开发意识。教学目标情感、态度与价值观体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，揭示化学与可持续发展的重要关系，树立资源保护意识及合理开发意识。情感、态度与价值观化学方法在金属冶炼中的应用；海水提碘海水提溴的原理。重点难点海水提碘、海水提溴原理。教学重难点1.1金属冶炼的涵义（本质）绝大多数金属以化合态形式存在，将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造金属材料的过程，即金属冶炼。Mn++ne-=M1.金属矿物的开发利用1.2金属冶炼的步骤矿石的富集（除去杂质）冶炼（一定条件下，把矿石中的金属离子还原成金属单质）精炼（采用一定的方法提炼纯金属）1.3金属冶炼的方法根据金属离子得电子能力的不同（活泼性不同）采用不同的冶炼方法。金属活动性顺序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金属活动性由强逐渐减弱1.3.1热分解法（适合一些不活泼金属）2HgO=2Hg+O2↑加热2Ag2O=4Ag+O2↑加热1.3.2电解法（适合一些非常活泼金属）MgCl2(熔融)=Mg+Cl2↑电解2Al2O3(熔融)=4Al+3O2↑电解冰晶石2NaCl(熔融)=2Na+Cl2↑电解1.3.3热还原法（适合大部分金属）CuO+H2=Cu+H2O高温Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2高温其实，一些活泼金属也可作还原剂，将相对不活泼的金属从其金属化合物中置换出来。比如铝热反应铝热反应实验现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al=2Fe+Al2O3高温1、镁条的作用是什么？2、氯酸钾的作用是什么？铝热剂问题：镁条用于引发氯酸钾分解；氯酸钾和镁条共同引发铝热反应。3MnO2+4Al=3Mn+2Al2O3高温Cr2O3+2Al=2Cr+Al2O3高温3Co3O4+8Al=9Co+4Al2O3高温其它铝热反应铝热反应应用于焊接钢轨、冶炼钒、铬、锰等。铝热反应的应用金属的活动顺序KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAg金属原子失电子能力强→弱金属离子得电子能力弱→强主要冶炼方法电解法热还原法热分解法小结:1.4合理开发和利用的主要途径：1.提高金属矿物的利用率2.减少金属的使用量3.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2.1海水水资源的利用直接利用海水进行循环冷却和海水淡化等。海水淡化的方法主要有：蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。2.海水资源的开发利用蒸馏法电渗析法离子交换法2.2海水化学资源的开发利用海水中含有氢、氧、氯、钠、镁、硫、钙、钾等80多种元素，被誉为“元素的故乡”。从海水中可获得除氯化钠外，还有烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸和漂白粉等化工产品。产品简图2.2.1制食盐海水直接晒可得食盐，然后再加工可得精盐。长芦盐场2.2.2制烧碱2NaCl+2H2O=H2+Cl2+2NaOH电解2.2.3制金属钠2NaCl(熔融)=2Na+Cl2↑电解2.2.4制纯碱2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O2.2.5制漂白粉2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O2.2.6制金属镁海水蒸发后母液Mg(OH)2盐酸,浓缩MgCl2•6H2OMgCl2脱水电解Mg石灰乳CaO贝壳水煅烧2.2.7海水提碘2KI+H2O2+H2SO4=I2+K2SO4+2H2O实验方法：1.将干海带剪碎、灼烧成灰烬；2.将海带灰移至烧杯，加适量蒸馏水、搅拌、煮沸，过滤；3.向滤液中加入几滴稀硫酸，再加入约1mLH2O2(30%)；原理：2.2.8海水提溴实验方法：1.用硫酸将浓缩的海水酸化；2.将其中通入适量氯气，使溴离子转化为溴单质；3.将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内；原理：4.向吸收塔中通入适量氯气；5.用四氯化碳萃取吸收塔溶液中的溴。Br2+2H2O+SO2=H2SO4+2HBr2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl2HBr+Cl2=Br2+2HCl1.常见金属冶炼方法2.海水淡化的主要方法3.从海水中提取碘和溴的原理蒸馏法、电渗析法和离子交换法课堂小结电解法：KCaNaMgAl热还原法：ZnFeSnPb(H)Cu热分解法：HgAg物理提取法：PtAu高考链接1（2004年全国高考）粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。进行如下实验：①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；②另取20gA全部溶于0.15L6.0mol·L-1盐酸中，得溶液C；③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12L(标况)气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色；请填空：(1)①中引发铝热反应的实验操作是。产物中的单质B是。(2)②中所发生反应的反应的化学方程式是。(3)③中所发生的各反应的离子方程式是。(4)若溶液D的体积仍视为0.15L，则该溶液中c（Mg2＋）为，c（Fe2＋）为。（1）加少量KClO3，插上镁条并将其点燃；Fe（2）Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，MgO+2HCl=MgCl2+H2O（3）Fe+2H＋=Fe2＋+H2↑；Fe+2Fe3＋=3Fe2＋（4）0.67mol•L-1；2.3mol•L-1答案：解析：高温MgO不能与铝发生置换反应，所以①发生的反应是Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3②中发生的反应是Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，MgO+2HCl=MgCl2+H2O③中发生的反应是Fe+2FeCl3=3FeCl2，Fe+2HCl=FeCl2+H2↑④中加入KSCN溶液不变色，说明Fe3+完全被还原为Fe2＋，溶液D为MgCl2、FeCl2的混合液。根据题意假设20gA中MgO和Fe2O3的物质的量均为x，则：40g·mol-1x+160g·mol-1x=20g，解得x=0.1mol。溶液中Mg2＋的物质的量等于MgO的物质的量，c（Mg2≠）==0.67mol·L-1Lmol15.01.0所以c（Fe2＋）==2.3molLmol15.035.0221.09.0molmol反应后原加入的盐酸中的Cl-全部转移到FeCl2和MgCl2中，Cl-守恒，所以溶液D中n（Cl-）=n（Mg2＋）×2+n（Fe2+）×2=6.0mol·L-1×0.15L=0.9moln（Fe2＋）==0.35mol·L-12（2007宁夏卷）冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气（或氢气，或一氧化碳）法；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有（Ⅰ）火烧孔雀石炼铜；（Ⅱ）湿法炼铜；现代有（Ⅲ）铝热法炼铬；（Ⅳ）从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是（）A.（Ⅰ）用①B.（Ⅱ）用②C.（Ⅲ）用③D.（Ⅳ）用④B对于（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）、（Ⅳ）发生的反应分别是(Ⅰ)Cu(OH)2CO2=2CuO+CO2↑+H2OC+2CuO=2Cu+CO2，符合①（Ⅱ）Fe+CuSO4=FeSO4+Cu，适合于③（Ⅲ）2Al+Cr2O3→Al2O3+2Cr，适合于③(Ⅳ)先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2，MgCl2=Mg+Cl2↑，符合④。解析：3(2000广东卷)某化学课外小组用海带为原料制取了少量的碘水。现有CCl4从碘水中萃取碘并用分液漏斗分离出两种溶液。其实验操作可分解为如下几步：(A)把盛有溶液的分液漏斗放在铁架台的铁圈中；(B)把50mL碘水和15mLCCl4加入分液漏斗中，并盖好玻璃塞；(C)检验分液漏斗活塞上的玻璃塞是否漏液；(D)倒转漏斗用力振荡，并不时旋开活塞放气，最后关闭活塞，把分液漏斗放正；(E)旋开活塞，用烧杯接收溶液；(F)从分液漏斗的上口倒出上层水溶液；(G)将漏斗上口的玻璃塞打开，使凹槽对准小孔；(H)静置，分层。(1)正确的操作顺序是：_____→_____→_____→(A)→(G)→_____→(E)→(F)(2)上述(E)步骤的操作应注意：________________________________________。上述(G)步骤操作的目的是_____________________________________________。(3)能用CCl4萃取碘的原因是__________________________________________。(4)下列物质，不能用作从溴水中萃取溴的溶剂是____________。A.苯B.四氯化碳C.酒精D.碘化钾⑴(C)(B)(D)(A)(G)(H)(E)(F)⑵使漏斗下端管口紧靠烧杯内壁，及时关闭活塞，不让上层液体流出使漏斗内外空气相通，以保证进行E操作时漏斗里液体能顺利流出⑶CCl4与水互不相溶，而且碘在CCl4中的溶解度比在水中的大得多。⑷苯及四氯化碳都是典型的有机溶剂，都能溶解溴，且都不溶于水，因而都可做溴的萃取剂，而酒精、碘化钾都溶于水，不能与水分层，所以不能做溴水的萃取剂，选(C)、(D)。解答：1.下列各种冶炼方法中，可以制得相应金属的是（）A.加热氧化铝B.加热碳酸钙C.电解熔融氯化钠D.氯化钠与铝粉高温共热C课堂练习2.根据金属在金属活动顺序表中的位置及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：①NaZn；③HgAu。电解法加热分解法加热还原法物理提取法3.单质A在一定条件下能从B的化合物中置换出单质B，则下列说法中，正确的是（）①A、B可能都是金属②A、B可能都是非金属③当A是金属时，B可能是非金属④当A是非金属时，B可能是金属A．只有①B．只有②C．①②D．①②③④D4.从海水中提取的溴占世界年产量的1/3。已知溴水呈橙色，将SO2气体通入溴水时，可以发现溴水褪色。则下列有关叙述中正确的是（）A.SO2使溴水褪色，显示了SO2的漂白性B.SO2使溴水褪色，显示了SO2的还原性C.从溴水提取溴单质，可以用乙醇萃取D.SO2是形成酸雨的唯一原因B5.利用海水为原料能不得到的是（）A.食盐B.淡水C.氯化镁D.石膏D2.氧化剂：SnO2课后习题答案4.(1)NaOH,过量(2)过滤(3)盐酸3.↑氧化还原反应↑5.生产过程中的(1)、(2)主要涉及中和反应，而中和反应为放热反应，故耗能较少；(4)中将氧化铝转化为铝较难实现，耗能最多。↓↑7.55.0%