資源簡介

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第八章 化學與可持續發展
第一節 自然資源的開發利用
(1)金屬在自然界中的存在形式？
　
(2)金屬冶煉指的是什么？
得電子，被還原
Mn+ 　　　　M
+ n e-
絕大多數金屬元素是化合態，金、鉑等為游離態
將金屬從其化合物中還原出來，使之轉變為單質的過程。
一、金屬礦物的開發利用
1、金屬的冶煉
電解法
熱還原法
熱分解法
根據金屬活潑性不同，采用不同的冶煉方法；
一般來說金屬越活潑，越難冶煉
2、金屬冶煉方法的確定—由金屬活潑性決定
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H） Cu Hg Ag Pt Au
強
弱
物理提取
3、金屬冶煉的方法
（2）熱分解法
2HgO 2Hg ＋ O2 ↑
加熱
2Ag2O 4Ag＋O2 ↑
加熱
適合一些不活潑金屬（一般是H后的金屬）
Cu2S + O2 2Cu + SO2
高溫
火法煉銅
（1）物理提取法：適用于極不活潑的金屬—Pt、Au
（3）電解法
MgCl2 (熔融) Mg ＋ Cl2 ↑
電解
2NaCl (熔融) 2Na＋Cl2 ↑
電解
2Al2O3 (熔融) 4Al ＋ 3O2 ↑
電解
冰晶石
鋁土礦
適合一些非常活潑金屬（ Zn前金屬）
（常用的還原劑有：焦炭、CO、H2 等）
（4）熱還原法（中等活潑金屬）
Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2
高溫
高爐煉鐵
主要反應
WO3 + 3H2 W + 3H2O
高溫
【提示】工業上冶煉鎂是電解MgCl2而不是MgO的原因是MgO的熔點比MgCl2的高;冶煉鋁是電解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共價化合物，熔融狀態下不導電。
鋁熱反應
1、用兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀，將其中一個取出，在底部剪一個孔，用水潤濕，再跟另一個漏斗套在一起，使四周都有四層；
2、將氧化鐵和鋁粉混合均勻；
3、架上鐵圈，下面放置盛有細沙的蒸發皿，將混合物防于漏斗中，上面加氯酸鉀，并在混合物中間插入一根打磨過的鎂條，點燃鎂條，觀察現象。
鋁熱反應的實驗裝置
鋁熱反應
實驗原理：
2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3
高溫
引燃劑
助燃劑
鋁熱劑
細沙可防止熔融金屬炸裂蒸發皿
實驗現象：
①鎂條劇烈燃燒；②氧化鐵粉末和鋁粉發生劇烈的反應；③反應放出大量的熱，并發出耀眼的白光；④紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中。
鋁熱反應的應用：
鋁熱反應應用
冶煉高熔點金屬
焊接鋼軌
3MnO2 + 4Al 3Mn + 2Al2O3
高溫
Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3
高溫
4、合理開發和利用礦物資源
1)原因：地球上金屬礦物資源有限，且分布不均；金屬冶煉消耗很多能量；金屬冶煉造成環境污染。而金屬腐蝕現象普遍存在，也造成了大量損失。
2)措施：提高金屬礦物的利用率；使用其他材料代替金屬材料，減少金屬的使用量；加強金屬資源的回收和再利用；開發環保高效的金屬冶煉方法；防止金屬的腐蝕等。
二、海水資源的開發利用
海洋約占地球表面積71%，水資源和其他化學資源有十分巨大的開發潛力。
1、海水水資源
海水中的水1.3X1018 噸
占地球總水量97% （3%在陸地、淡水）
海水中水資源的利用 主要有：
1）海水的淡化（咸水 淡水）
2）直接利用海水進行循環冷卻（作冷卻用水）
現在所用的海水淡化方法有蒸餾法、反滲透法、電滲析法等。
結合蒸餾實驗原理，思考如何進行海水蒸餾制備淡水？
實驗原理及裝置：
加入碎瓷片的目的：防止液體暴沸
蒸餾燒瓶
冷凝管
尾接管（牛角管）
溫度計
【溫馨提示】蒸餾法的歷史最久，技術和工藝也比較成熟，成本較高
錐形瓶
冷凝水進出水：下口進上口出，即和氣流方向相反
原理：加熱到水的沸點，液態水變為水蒸汽與海水中的鹽分離，水蒸汽冷凝得到淡水
2、從海水中提取NaCl方案
從海水中提取食鹽的方法是鹽田法(又叫灘曬法)，其原理是把海水引到鹽灘上，利用日光和風力使水分蒸發，得到粗鹽。
粗鹽提取NaCl方案
①Na2CO3
②NaOH
③BaCl2
②③①或③②①或③①②
粗鹽中的雜質：泥沙、Ca2+、Mg2+、SO42-
除雜試劑：
試劑加入順序：
主要操作：
溶解、過濾、蒸發
④鹽酸
濾液
沉淀
適量
鹽酸
溶解
BaCl2
NaOH
Na2CO3
過濾
蒸發
結晶
海水
淡水
粗鹽
鹽水
操作Ⅰ（ ）
食鹽用途廣泛，除了供食用外，還作為化工原料用于生產燒堿、純堿、鈉、氯氣、鹽酸等。
3、思考與討論：
如何將海水中的Br-轉變成Br2？
1、推測海水提溴的步驟和實驗裝置；
2、寫出相關的化學方程式。
濃縮海水
含溴的海水
氫溴酸
含溴的水溶液
通入Cl2
通入空氣，將溴吹出，SO2吸收
通入Cl2
蒸餾
溴蒸氣
2NaBr + Cl2== Br2+2NaCl
2H2O + Br2+SO2== H2SO4+2HBr
2HBr + Cl2== Br2+2HCl
4、海帶中提取碘的實驗
提取海帶中的碘元素得到單質碘
思考與歸納
燃燒
加水
加熱
溶解
過濾
稀硫酸
過氧化氫溶液
CCl4
蒸餾
海帶灰
海帶
懸濁液
濾液
碘水
碘的CCl4溶液
單質碘
萃取
分液
生物
富集
海水
2I- + 2H+ +H2O2 == I2+2H2O
工藝流程：
貝殼
CaO
石灰乳
沉淀池
海水
過濾
Mg(OH)2
MgCl2固體
Mg+Cl2
④鹽酸、濃縮
①煅燒
②水
③
MgCl2溶液
⑤HCl氣氛
中加熱脫水
⑥電解
引入
5、從海水中提取鎂元素得到單質鎂
思考海水資源還有哪些其他的利用？
①生物資源：海洋生物品種繁多，通過養殖、增殖等途徑可實現可持續利用。
②獲取能量物質：提取鈾和重水用來開發核能。
③開發利用新型能源：潮汐能、波浪能等。

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