开发利用金属矿物和海水资源(2).doc

第一节 开发利用金属矿物和海水资源 目的要求 1、掌握金属矿物的冶炼原理、步骤、方法。 2、了解金属元素在自然界中存在形态及与化学性质的关系 3、了解海水中水资源和化学资源的开发利用。 重点金属矿物的冶炼原理、步骤、方法，海水化学资源的开发利用。 难点金属矿物的冶炼原理、步骤、方法，海水化学资源的开发利用。 教学过程 【复习讨论1】从古至今，人类先后冶炼利用了哪些金属。（铜铁铝钛） 【复习讨论2】金属元素在自然界中以哪些形态存在与其化学性质有何关系 【板书】 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 1. 金属元素在自然界中的存在形态 化合态化学性质活泼的金属。 游离态化学性质不活泼的金属。 故除Pt和Au以外的金属元素均以化合态形式存在，且金属都呈正价。 2.金属的冶炼 ⑴原理依据氧化还原反应原理，将矿石中的金属阳离子用还原剂还原成金属单质。 Mn ne- M ⑵步骤 ①矿石的富集除杂，提高矿石中有用成分的含量。 ②冶炼利用氧化还原反应，将矿石中的金属阳离子用还原剂还原成金属单质。 ③精炼提纯金属。 ⑶方法 ①热分解法（Hg 、Ag） 2HgO 2Hg O2↑ 2AgO 2Ag O2↑ ②热还原法（Zn---Cu） 还原剂一般选择C、CO 、AI 、H2等 高炉炼铁Fe2O3 3CO2Fe3CO2 制还原铁粉Fe2O33H2＝2Fe3H2O 铝热反应Fe2O3 2AlAl2O32Fe（液） 在高温下铝将金属氧化物中化合态金属（Fe2O3、Fe3O4、MnO2、V2O5、Cr2O3还原为金属单质。铝热剂铝粉和金属氧化物的混合物。 实验现象 （1）镁条剧烈燃烧，放出大量的热使铝热剂发生反应。 （2）发出耀眼的光。 （3）产生大量的烟。 （4）纸漏斗下部被烧破，有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上。冷却观察为铁珠。 铝热反应的用途焊接铁轨；炼制钒（V）、铬（Cr）、锰（Mn）等金属。 ③电解法（K---AI）电解熔融的KCI、CaCI2、NaCI、MgCI2、AI2O3 2NaCl（熔） Cl2↑ 2Na MgCI2（熔） Cl2↑ Mg 2AI2O3 （熔） 3O2↑ 4AI 【总结】金属的冶炼依据氧化还原反应原理。根据金属活泼性的不同（或金属阳离子得电子能力）的不同确定金属的冶炼方法。 【典型例题】 1.冶炼金属一般有下列几种方法①热分解法②焦炭法③水煤气法（H2,CO）④活泼金属置换法⑤电解法.这几种方法各有优缺点，在工业上有应用。古代有A火烧孔雀石B湿法炼铜现代有C铝热法炼铁D光卤石法炼镁。对它们的冶炼方法分析不正确的是（ ） A A用② B B用③ C C用④ D D用⑤ 2．地壳中含钛矿石之一是金红石（主要成分TiO2）。目前大规模生产钛的方法 ①金红石与碳粉混合高温下通入CI2制得TiCI4和一种可燃气体。 化学方程式TiO2 2C 2 CI2 TiCI4 2C 该反应还原剂C ②在氩气的气氛中,用过量的镁在加热条件下与TiCI4反应得Ti 化学方程式TiCI4 2Mg Ti 2Mg CI2 步骤先加入足量的稀盐酸,除去镁,过滤,用蒸馏水洗涤固体,干燥后得钛. 氩气的作用______________________ 3. 钛Ti被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白TiO2是目前最好的白色颜料。制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿，我国的钛铁矿储量居世界首位。含有Fe2O3的钛铁矿（主要成分为FeTiO3）制取TiO2的流程如下 ⑴Ti的原子序数为22，Ti位于元素周期表中第_____________周期，第__________族。 ⑵步骤①加Fe的目的是____________________________________________________； 步骤②冷却的目的是___________________________________________________。 ⑶上述制备TiO2的过程中，可以利用的副产物是_____________；考虑成本和废物综合利用因素，废液中应加入__________________处理。 ⑷由金红石TiO2制取单质Ti，涉及到的步骤为 己知①C s O2 g＝CO2 g； △H －393.5 kJmol－1 ②2CO g O2 g＝2CO2 g； △H －566 kJmol－1 ③TiO2s 2Cl2 g＝TiCl4s O2g； △H 141 kJmol－1 则TiO2g2Cl2g2Cs ＝TiCl4s 2CO g的△H _____ __________。 反应TiCl4 2Mg＝2MgCl2 Ti在Ar气氛中进行的理由是_______________________。 答案 1 4ⅣB 2将Fe3还原为Fe2 析出（或分离、或得到）FeSO47H2O 3 FeSO47H2O 石灰（或碳酸钙、废碱） 4－ 80 kJmol－1 防止高温下MgTi与空气中的O2或CO2、N2作用 4.孔雀石的主要成分是CuOH2CuCO3.设计由孔雀石冶炼铜的方案. ①将孔雀石粉碎后加过量的烯H2SO4 ②反应后混合物过滤 ③向滤液中加入一种金属粉末 回答 第一步现象__________________________ 金属粉末可以是什么___________,原因__________________________________ 设计从滤液中制得铜的另一种方案_____________________________________ 5. 在一定条件下可实现下图所示物质之间的变化 请填写以下空白 1孔雀石的主要成分是CuCO3CuOH2碱式碳酸铜，受热易分解.下图中的F是 . 2写出明矾溶液与过量NaOH溶液反应的离子方程式 . 3图中所得G和D都为固体，混和后在高温下可发生反应，写出该反应的化学方程式 . 4每生成1摩D，同时生成 摩E. 答案 1CO2或二氧化碳 2Al34OH-＝AlO2-2H2O 33CuO2Al3CuAl2O3 43/4 6.如下图所示，用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状， 套在一起，使四周都有四层。把内层漏斗取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上， 下面放置盛沙的蒸发皿。把5 g炒干的氧化铁粉未和2 g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条。观察发生的现象。通过以上实验信息，回答下列问题 ⑴写出该反应的化学方程式 ；并指出 是氧化剂， 是还原剂，该反应称为 反应。 ⑵选出该实验的实验现象（将序号填写在横线上） 。 ①镁条剧烈燃烧；②放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射；③纸漏斗的下部被烧穿；④熔落物能够被磁铁吸引。 ⑶写出下列操作或物质的作用内层滤纸漏斗底部剪一个孔 ；内层滤纸漏斗用水润湿 ；蒸发皿盛沙 ；镁条 ；氯酸钾 。 ①乙醇 ②四氯化碳 ③硝酸 答案⑴Fe2O3＋2Al Al2O3＋2Fe；Fe2O3；Al；铝热；⑵①②③④；⑶使熔融物易于落下；防止纸漏斗着火；防止溅落物炸裂蒸发皿；引燃氯酸钾；引发铝热反应 二．海水资源的开发利用 海水是一个大的混合物。若将海水中的盐结晶后平铺于陆地上，地球将增高150米。海水中平均含盐3.5，含多种矿物质，如钠、钙、镁、钾、氯、溴、碘、锶等。海洋中还有大量的生物，是人类食物的来源之一。海水资源包括能量、生物、化学、矿物、及空间资源。利用潮汐能量发电，各种化学物质被综合利用 ，海洋生物为人类提供食物和保健用品；海水还是人类未来重要的淡水来源、新的能源和人类的空间资源。大海也是人类智慧的来源和情感的寄托之一 1.水资源的开发利用 海水淡化把海水中的盐与水分离，得到淡水。常用方法蒸馏法、电渗析法、离子交换法。 2.化学资源的利用 ⑴食盐的提取 盐田法（晒盐） 粗盐 提纯 精盐 电解 钠 氯气 【思考】请设计实验室除去NaCl中混有的Ca2、Mg2离子的方法（需要仪器及实验步骤） 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。 ⑵镁的提取 贝壳（CaCO3） CaO 水 浓缩结晶 HCI 熟石灰 过滤 海水（或苦卤） Mg（OH）2 MgCI2溶液 MgCI26H2O 脱水 电解 Mg MgCI2 ⑶溴单质的提取将海水中的溴离子Br-氧化成溴单质（Br2） 具体步骤如下 ① 蒸馏法浓缩海水，用H2SO4酸化 ② 通入适量氯气，使Br-氧化成Br2 2Cl2 2NaBr ＝ 2NaCl Br2 ③ 通入空气和水蒸气，将Br2吹入盛SO2溶液的吸收塔内富集 Br2SO2 2H2O＝H2SO4 2HBr ④向吸收塔内通入适量氯气 Cl2 2HBr＝2HCl Br2 ⑤用CCI4或苯萃取吸收塔内的溴单质（Br2） ⑷碘的提取将海水中的碘离子I-氧化成碘单质（I2） ①取3克干海带，用刷子除去表面附着物，剪碎后用适量酒精润湿放入坩埚 ②把泥三角放在三脚架上，把坩埚放在泥三角上，点燃酒精灯，将海带灼烧至完全成灰烬，停止加热，冷却至室温。 ③将海带灰转移至烧杯中，加适量蒸馏水浸泡，煮沸，冷却。得到含碘离子的溶液。 ④在滤液中滴几滴稀H2SO4酸化，再加1ml 3％双氧水（或碘酸钾溶液），溶液由无色变成深黄色，加入淀粉溶液呈蓝色，说明有碘单质。 2KI H2O2 H2SO4 I2 K2SO4 2H2O（或5KI KIO3 3H2SO4 3K2SO4 3I2 3H2O） ⑸氯碱工业 ①原理电解饱和食盐水 A.粗食盐水的精制从海水中获得的粗盐中含有泥沙、Ca2、Mg2、Fe3、SO42-等杂质，必须进行精制。加药顺序是先加足量的BaCI2除SO42-，再加足量的NaOH除Mg2、Fe3，再加足量的Na2CO3除Ca2和过量的BaCI2，然后过滤除去沉淀，最后用盐酸调节PH值除去过量的Na2CO3。这样处理后的盐水仍含少量的Ca2、Mg2，还需通过阳离子交换树脂进一步除去，得到精制饱和食盐水。 B. 饱和食盐水的电解 阳极2CI- -- 2e- CI2 阴极2H 2e- H2 总反应2NaCl 2H2O H2↑ Cl2↑ 2NaOH ②生产设备电解槽 电解槽的结构阳极（钛网）、阴极（碳钢网）、阳离子交换膜、电解槽框、导电铜棒等阳离子交换膜的作用阳离子交换膜有一种特殊的性质，它只允许阳离子通过，即只让Na、H通过，而OH-、CI-和气体不能通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的CI2相混合而爆炸，又能避免CI2和NaOH反应影响烧碱的质量。 ③氯碱工业产品及用途 烧碱用于有机合成、造纸、玻璃、肥皂、纺织、印染等工业。 氯气用于有机合成、氯化物合成、农药、含氯漂白剂、盐酸等工业。 氢气用于有机合成、金属冶炼。 ⑹联合制碱法在氨饱和的NaCl溶液中通入二氧化碳气体，生成小苏打沉淀和氯化铵溶液。小苏打加热分解生成纯碱。1940年由侯德榜先生发明。 ①原理粗食盐水经过精制后得到饱和食盐水。在饱和食盐水中先通入足量的氨气，再通入过量的二氧化碳气体，溶液中就会析出小苏打晶体，过滤洗涤干燥后加热使之分解为纯碱。具体反应如下 第一步NH3 CO2 H2O NH4HCO3 第二步NH4HCO3 NaCl NaHCO3↓ NH4CI 总反应NH3NaClH2OCO2＝NaHCO3↓NH4Cl 2NaHCO3 Na2CO3 CO2↑ H2O ②思考 为什么先通入NH3后通入CO2气体 为什么通入足量的氨气和过量的CO2气体 为什么用饱和的食盐水为什么小苏打能从溶液中析出 7