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
自然资源与可持续发展
广义地讲，所谓自然资源，是指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。
可持续发展的目标是满足人类需要，强调人类的行为要受到自然界的制约、强调代际之间、人类和其它生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。它包括经济的可持续发展，社会的可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展和全球可持续发展。
金属元素种类多，分布广，活动性差别大，在自然界的存在形式各异，少数不活泼金属以游离态存在（如金和铂等），多数金属以化合态存在。
一、金属矿物的开发和利用
1.金属在自然界的存在形式
人们在生活和生产中使用的金属材料多是合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼（还原）出来，提炼的过程就是金属的冶炼过程。
2.金属的冶炼
金属的冶炼的步骤：
矿石的富集、冶炼、精炼
金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法。
总的来说，金属的性质越稳定，越容易将其从化合物中还原出来。
金属冶炼的方法主要有：
（1）热分解法
（2）热还原法
（3）电解法
（4）其他方法
① 热分解法（适合一些不活泼金属）
2HgO === 2Hg + O2 ↑
加热
2Ag2O === 4Ag + O2 ↑
加热
2.金属的冶炼
② 热还原法（适合大部分金属）
CuO+H2 === Cu + H2O
高温
Fe2O3+3CO === 2Fe + 3CO2
高温
2.金属的冶炼
③ 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
2.金属的冶炼
④ 其他方法
湿法炼铜
Fe+CuSO4 === FeSO4 + Cu
火法炼铜
Cu2S+O2 === 2Cu + SO2
高温
2.金属的冶炼
小结：
（1）热分解法适用于金属活动顺序中氢以后的金属冶炼或精炼;
（2）热还原法适用于金属活动顺序中部的金属冶炼;
（3）电解法适用于非常活泼的金属。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
电解法 热还原法 热分解 物理提取
实验4—1
反应现象：
剧烈反应，
发出强光，
纸漏斗被烧穿，
沙子上落有黑色铁珠。
Fe2O3+2Al === 2Fe + Al2O3
高温
3MnO2+4Al === 3Mn+ 2Al2O3
高温
Cr2O3+2Al === 2Cr + Al2O3
高温
3Co3O4+8Al === 9Co + 4Al2O3
高温
铝热反应
利用铝的还原性获得高熔点金属单质的方法。 是铝与某些金属氧化物在高热条件下发生的反应。其中镁条为引燃剂，氯酸钾为助燃剂 .
铝热反应的应用
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这一反应原理，使铝与金属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等
3.有效利用金属资源的途径
减少金属的使用量；
提高金属矿物的利用率；
加强金属资源的回收和再利用；
使用其他材料代替金属材料。
二、海水资源的开发利用
海水资源的广阔性
海洋约占地球表面积的71%。海水中水的储量约为1.3×109亿吨，约占地球总水量的97%。海水中除了水以外，还含有很多种常量元素和微量元素。
由于与岩石、大气和生物的相互作用，海水中溶解和悬浮着大量的无机物和有机物，按含量计，H2O中的H、O两种元素，加上Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr等11种元素超过总量的99%，其他为微量元素，总计含有80多种元素。
海水资源的多样性
二、海水资源的开发利用
虽然海水中元素种类很多，总储量很大，
但许多元素的富集程度却很低。例如，海水
中金元素的总储量约为5×107t，而1t海水中
的含量仅有4×10－6g。
总之，海洋是一个远未完全开发的巨大
化学资源宝库。
海水资源的分散性
二、海水资源的开发利用
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等。
使海水淡化的途径
通过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。
海水淡化的方法及其特点
海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、
离子交换法等。
海水淡化与化工生产结合、与能源技术结合
（1）海水制盐；
（2）从海水中提取含氯、镁、钾、溴等化工原料及其化工产品；
（3）从海水中获取铀和重水作为核能开发的重要原料；
（4）从海水中获得其他物质和能量。如海洋药物及潮汐能、波浪能等新型能源的开发。
2、海水化学资源的开发利用
海带提碘
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。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；
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，过滤；
向滤液中滴入几滴硫酸，再加入约1ml H2O2溶液，观察现象。取少量上述滤液，滴加几滴淀粉溶液，观察现象。
实验现象：

加入H2O2溶液后，溶液由无色变为深黄
色；加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色。
化学方程式：

2KI + H2O2 + H2SO4=== I2+ K2SO4 + 2H2O
海带提碘
海水提溴
用蒸馏法将海水浓缩,用硫酸将浓缩的海水酸化。
向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质。
向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内。
向吸收塔中溶液内通入适量的氯气。
用CCl4萃取吸收塔中溶液里的溴单质。
化学方程式：

2NaBr ＋ Cl2 === Br2 ＋2NaCl

Br2 ＋ SO2 ＋ 2H2O === 2HBr ＋ H2SO4

2HBr ＋ Cl2 === Br2 ＋ 2HCl
海水提溴
科学视野
自然资源的开源和节流