化学与自然资源的开发利用.ppt

第四章化学与自然资源的开发利用,第一节开发利用金属矿物和海水资源,一、金属矿物的开发利用,一、金属矿物的开发利用,1、金属元素的存在除了金、铂等极少数金属外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界。,2、金属的冶炼原理,冶炼金属的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。,3、冶炼金属的方法,a、热分解法（对于不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来）,2HgO2HgO2↑,加热,2Ag2O4AgO2↑,加热,b、电解法（适合一些非常活泼金属）,电解什么状态的金属化合物,c、热还原法〔在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属，通常是用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来〕,写出符合上述条件的几个方程式,铝热反应,注意观察演示实验现象,反应现象镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的光芒。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，除去外层熔渣，可以发现落下的是铁珠。,其它铝热反应,铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨等。在冶金工业上也常用于冶炼高熔点金属，如冶炼钒、铬、锰等,铝热反应的应用,小结结合金属活动顺序表思考不同金属的冶炼方法,KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAg,思考,为什么人类使用铁器比使用铜器晚,金属使用的先后与金属冶炼的难易有关,,,,4、金属的冶炼的步骤矿石的富集、冶炼、精炼,5、金属的回收和资源保护,回收金属的意义（1）节约矿物资源；（2）节约能源；（3）减少环境污染,回收金属的实例（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,以铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨铝土矿资源。当前全球原铝的年产量约2500万吨，年消耗铝土矿超过一亿吨，如果照此发展下去，地球上的铝土矿资源就会越来越少，直至有一天枯竭。如果人类消费的铝能够回收利用，只要回收利用量达到产量的二分之一，每年就将减少铝土矿消耗量约5000万吨，这对保护全球铝土矿资源具有极为重要的意义。其次，利用废杂原料生产一吨合金铝锭与用铝土矿原料生产一吨原铝锭相比，可以节省95％以上的能源消耗。,你知道吗,据有关资料统计，每生产一吨原铝锭需要消耗能源213．2TJ电能约占82％，而生产一吨再生铝合金锭所需能源消耗为5．5TJ燃料约占80％，仅为原铝锭生产能源消耗的2．6％，优势比较明显。由于铝可以反复循环使用，从再生铝废料中再生产铝，其节能效果更加显著。另外，再生铝生产中二氧化碳的产生量和排放量与原铝生产相比，大为减少。有资料统计，再生铝生产可比用水电生产原铝减少二氧化碳排放量91，比用燃油发电减少二氧化碳排放量97％以上，比用煤发电减少的二氧化碳排放量更多，环保效益十分显著。,小资料,练习,1、冶炼金属一般有下列4种方法①焦炭法②水煤气法（或CO、H2法）③活泼金属置换法④电解法，4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，下列对这四种金属制备方法的分类中不正确的是（）A、I①B、II②C、III③D、IV④,,B,练习,2、根据下图所示实验室用一氧化碳还原氧化铁的实验装置，回答以下问题①反应过程中发生的现象是；②塑料袋的作用是。,海水资源的开发和利用,含80多种元素，以氢、氧、氯、钠、镁、硫、钙、钾等较多。被称为“元素的故乡”。,海水中铀多达45亿吨是已知陆地铀矿储量的4500倍。氘有50亿吨足够人类用上千万年,海水中的化学资源,海洋中的矿产资源,海水资源的广泛性,海洋中的资源动物（鱼类、海狮、海马、贝类植物（海草、海带矿物（各种盐、NaCl、MgCl2.海底金属结核矿、石油水（水资源及各种溶解的盐类,海水资源的多样性,海水中溶解和悬浮大量的无机物和有机物按含量计含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。,海水资源的分散性,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）（百分之0.000004克）,海水中的水1.3X109亿吨占地球总水量97（3在陆地、淡水）海水中除了水以外，还含有80多种元素，有的含量很大（如NaCl）有的含量很少（如Au）,海水资源的利用,海水水资源的利用海水化学资源的利用,1、从海水中提取淡水海水淡化海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。,海水蒸馏原理示意图,进,出,原理加热到水的沸点，液态水变为水蒸气与海水中的盐分离，水蒸汽冷凝得到淡水。,太阳能蒸发海水示意图,2、海水化学资源的利用,种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。,⑴．从海水中提取食盐的主要工艺流程,从海水中制取盐的方法主要有盐田法、电渗析法和冷冻法。,海水晒盐（煮海为盐）,科学探究如何证明海带中有碘离子阅读P91实验4-2,化学方程式2KIH2O2H2SO4I2K2SO42H2O,海带提碘,海带,海带灰,溶解过滤,灼烧,,,残渣,,含I-的溶液,,稀H2SO4H2O2,含I2的溶液,含I2的有机溶液,,萃取,证明海带中含有碘，有以下步骤,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__________________________,③①④②,②,滴入淀粉溶液，溶液变蓝,,思考与交流如何将海水中的溴离子转变成溴单质阅读教材P91页资料卡片海水提溴。,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,3．从海水中提取溴的主要工艺流程,⑤用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。,①用蒸馏法将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化。,②向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质2NaBrCl2Br22NaCl,③向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的Br2SO22H2O2HBrH2SO4,④向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气2HBrCl22HClBr2,2NaBrCl2Br22NaCl,2H2OBr2SO2H2SO42HBr,2HBrCl2Br22HCl,海水提溴的实验室模拟装置,[课堂练习],海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示,（1）若在空气中加热MgCl26H2O，生成的是MgOHCl或MgO，写出相应反应的化学方程式。,用电解法制取金属镁时，需要无水氯化镁。在干燥的HCl气流中加热MgCl26H2O时，能得到无水MgCl2，其原因是,在干燥的HCl气流中，抑制了MgCl2水解，且带走MgCl26H2O受热产生的水气，故能得到无水MgCl2,（2）MgOH2沉淀中混有的CaOH2应怎样除去写出实验步骤。,加入MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤。,（3）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的①溶解②过滤③蒸发,4获得HCl的反应为2CH4O24Cl22CO8HCl不考虑其他反应。事实上，生产中HCl一直在循环使用。试从理论上分析是否需要补充HCl，简要说明理由,不需要补充HCl,因为Cl2～2HCl～MgOH2～MgCl2～Cl2；依氯元素守恒可以看出理论上不要补充HCl。,二、海水资源的开发利用,海洋水资源海水中水的储量约为1.3109亿吨，约占全球总水量的97％。,化学资源含元素80多种，海洋资源中，利用潜力最大的是海水中的化学资源。目前，在陆地上发现的１００多种化学元素，在海水中已找到８０多种，其中７０多种可供提取。如，氯化钠（即食盐）有４亿亿吨，镁约有１８００万亿吨，钾有５００万亿吨，溴约有９０万亿吨，核燃料约４０亿吨－５０亿吨。,矿产资源海洋中所贮存的各种矿物约500亿吨。通常只要每平方米有5㎏的矿物。锰结核、可燃冰、砂和砾石，用于冶金、燃料、建筑、石英砂用制玻璃等。,含80多种元素，以氢、氧、氯、钠、镁、硫、钙、钾等较多。被称为“元素的故乡”。,海水中铀多达45亿吨是已知陆地铀矿储量的4500倍。氘有50亿吨足够人类用上千万年,海水中的化学资源,海洋中的矿产资源,空间资源海洋可利用空间包括海上、海中、海底三个部分。海洋空间利用已从传统的交通运输扩大到生产、通信、电力输送、储藏、文化娱乐等诸多领域。我国拥有18000公里的大陆海岸线，管辖的海域面积近300万平方公里。,能源海水运动中蕴藏着巨大的能量，包括潮汐能资源、波浪能资源、海流能资源、温差和盐差能资源、海上水能资源，它们都属于可再生能源，而且没有污染。,生物资源由鱼、虾、贝、藻等组成的海洋生物资源，除了直接捕捞供食用和药用外，通过养殖、增殖等途径还可实现可持续利用。海洋生物品种繁多，我国就有20278种，其中入药的有700种。,图4-5海水综合利用联合工业体系一例,1、海水水资源的利用,海水中水资源的利用主要包括海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却。通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。,海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。,2、海水化学资源的利用,a、海水中含有的各种元素的特点,种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。,b．从海水中提取物质的方法,⑴．从海水中提取食盐的主要工艺流程,从海水中制取盐的方法主要有盐田法、电渗析法和冷冻法。,盐田法制得的粗盐中含较多的氯化镁和氯化钙及泥沙，请设计实验室除去NaCl中混有的泥沙、Ca2、Mg2离子的方法（需要仪器及实验步骤）,先将样品溶解，加稍过量的氢氧化钙，再加入稍过量的碳酸钠溶液，过滤；在滤液中加入稍过量的盐酸，蒸发结晶即可。,思考,2．从海水中提取溴的主要工艺流程,⑤用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。,①用蒸馏法将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化。,②向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质2NaBrCl2Br22NaCl,③向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的Br2SO22H2O2HBrH2SO4,④向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气2HBrCl22HClBr2,海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2,再萃取出来。用H2O2做氧化剂，反应的离子方程式是2I-H2O22HI22H2O,3．从海带中提取碘的实验,②提取流程,①反应原理,,,（1）称取3g干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净（不要用水洗，有I-）。将海带剪碎，用酒精润湿（便于灼烧）后，放在坩埚中。（2）用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完全成灰，停止加热，冷却。（3）将海带灰转移到小烧杯中，再向烧杯中加入10ml蒸馏水，搅拌，煮沸2min－3min，使可溶物溶解，过滤。（4）向滤液中滴入几滴稀硫酸，再加入约1mlH2O2溶液，观察现象。（5）取少量上述滤液，加几滴淀粉溶液，观察现象。,④实验注意事项,③实验方法,海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；用干海带从而易于燃烧；灼烧海带的地方要注意通风。,3.海水综合利用联合工业体系一例（如下图）,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,海洋是“历史留给人类的资源储备”,海洋是美丽的，也是富饶的,