第一节
开发利用金属矿物和海水资源
第四章
化学与自然资源的开发利用
人类最早发现和应用的金属
铜是人类第一种大量使用的金属，结束了漫长的“石器时代”。
资料卡片
人类最早是在由天而降的陨石中获得单质铁的，陨石中含铁量高达90%以上。
古代阿拉伯人曾传说“天上的金雨落进沙漠里变成了黑色的铁”。
济 南 陨 铁
新 疆 陨 铁
南极洲陨铁
历史上金属被发现和冶炼利用的顺序
Au、Ag、Cu、
Fe、
Al、
Ti
古代
现代
1、金属元素在自然界的存在
强
弱
强
弱
金属的
活动顺序
金属原子失电子能力
金属离子得电子能力
2、 金属的冶炼
①. 金属冶炼的实质
利用氧化还原反应，使金属化合物中的金属阳离子得到电子变成金属原子。即：
②金属冶炼的步骤:
矿石富集
金属冶炼
金属精炼
③ 金属冶炼的方法的选择
a电解法
在金属活动性顺序中，K、Na 、Ca、Al 等几
种金属的还原性很强，这些金属的阳离子难得电子，
因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还
原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方
法来冶炼。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
K Ca Na Mg Al
1807年戴维用电解的方法制得了K、Na；但制Al失败
MgCl2(熔融)===Mg+Cl2↑
电解
由于早期炼铝十分困难，所以铝的价格十分昂贵，一度超越金银之上，直至19世纪上半叶，铝还是欧洲许多高级珠宝店的高档货。
电解法冶炼铝
冰晶石:
Na3AlF6
(助熔剂)
b热还原法
适用于金属活动性顺序表中的中间的多数金属。它是金属冶炼的常用方法。
常用的还原剂有：
活泼金属、CO、H2、C(焦炭)
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag
Zn Fe Sn Pb (H) Cu
实验4-1
现象
铝与氧化反应
的化学方程式
剧烈反应，发出强光，纸漏斗被烧穿，沙子上落有黑色铁珠。
2Al+Fe2O3===2Fe+Al2O3
高温
镁条的燃烧为铝热剂提供高温条件，氯酸钾为镁条继续燃烧提供氧。
铝热剂：金属铝与铁、钴、镍、锰等的氧化物的混合物。
其它铝热反应
高温
铝热反应的应用
焊接钢轨
｛
冶炼(高熔点的金属)
Fe+CuSO4===FeSO4+Cu
铜单质的冶炼
火法炼铜
灼烧辉铜矿（Cu2S）
灼烧孔雀石
与木炭混合物
碳法制铜
Cu2S+O2===2Cu+SO2
(湿法炼铜)
高温
Cu2(OH)2CO3
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金属单质的还原性减弱，金属离子的氧化性增强
电解法
热还原法
热分解法
物理方法
金属活动性顺序与金属的冶炼方法
小 结
(1)为什么不同的金属的冶炼方法不同?
(2)为什么人类使用铁器比使用铜器晚?
3、废旧金属的回收与利用
钢铁生锈
钢铁腐蚀占年产量的十分之一
阿根廷回收的废旧金属制作的艺术品
金属铝的回收与利用
合理开发和利用矿物资源，主要途径有：
… … … … …
练习1:　冶炼金属常用以下几种方法：
　　①以C、CO或 H2 作还原剂还原。
　　②利用铝热反应原理用Al还原。
　　③电解法。
　　④热分解法。
下列金属各采用哪种方法还原最佳。
Fe、Zn、Cu等中等活泼的金属( )
Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属( )
Hg、Ag等不活泼金属 ( )
V、Cr、Mn、W等高熔点金属( )
①
③
④
②
练习2:
下列氧化物不能跟铝粉组成铝热剂的是( )
A.WO3
B.MnO2
C.MgO
D.V2O5
C
二、海水资源的开发和利用
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
是“历史留给人类的资源储备”
海洋是美丽的，
也是富饶的
为什么日韩在独岛问题上互不相让?
问题与讨论
韩国方面称独岛，日本方面称竹岛。面积为18.6平方千米，四周海域是一片丰饶的渔场，海底还蕴藏着比较丰富的油气田。
南海海域争端四起
经初步估计，南海的石油地质储量在230亿-300亿吨之间，属于世界四大海洋油气聚集中心之一，有“第二波斯湾”之称。
越南仅2006年至少从南沙群岛开采了1200万吨油气。拿了别人的东西，还强词夺理，甚至挥拳相向，天下哪里有这样的道理？

海水资源主要分为：
海水中蕴含着的丰富资源。21世纪人类将重点开发海洋资源。
海水中的化学资源和矿产资源
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
大陆架的浅海海底：
石油、天然气、
煤、硫、磷等
近岸带的滨海砂矿：
砂、贝壳等建筑
材料和金属矿产
海洋生物资源
海洋油、气开发
海洋能源
具有商业开发价值的：潮汐发电和波浪发电
在地球为人类提供的“大水缸”里，可以饮用的水实际上只有一汤匙
“19世纪争煤，20世纪争石油，21世纪争水”。
向大海要水！---渴望淡化的海水
（1）海水的淡化：
海水淡化的方法:
①蒸 馏 法（最先使用，技术成熟，但成本高）
②电渗析法
③离子交换法
1、海水资源的利用：
（2）直接利用海水进行循环冷却（作冷却用水）
锥形瓶
圆底
烧瓶
沸石
冷凝器
蒸馏法所用的装置及原理
原理：加热到水的沸点， 使水汽化变成水蒸气，再冷凝得淡水。
太阳能蒸发海水示意图：
设置大面积塑料棚或玻璃房，利用太阳蒸发海水中的淡水，淡水蒸汽碰到塑料或玻璃顶棚后冷凝，冷凝水沿屋面流入汲水槽，就收集到淡水了。
它是利用离子交换膜的选择透过性，在直流电场的作用下使水中的离子有选择的定向迁移，使溶液中阴阳离子发生分离的一种理化过程，由于其能耗低、产水量大、脱盐率高稳定性强等特点，现已被广泛的用于医药、电子、化工、食品、硬水软化、海水淡化等方面。
电渗析法：
电渗析淡化装置
大连石化公司海水淡化处理
海水过滤器
经处理后海水就变成了可以饮用的纯净的水
海水中部分元素浓度图
我们能从海水中得到什么
海水晒盐（煮海为盐）
海水综合利用的重要方向
海水淡化同化工生产结合、同能源技术结合
氯化钠
烧碱、纯碱、金属钠
氯气、盐酸、漂白粉
镁、钾、溴
铀和重水
海洋药物
潮汐能、波浪能
（2）海水的综合利用
①海水制盐——生产NaCl
②NaCl的水溶液制NaOH

③制金属Na
2NaCl + 2H2O电解 H2 + Cl2 + 2NaOH
2NaCl（熔融）电解 2Na + Cl2
④制Na2CO3
⑤从海水中提取溴
2NaOH + CO2= Na2CO3 + H2O
科学探究：
如何证明海带中有碘离子？阅读教材P83页实验4—2 。
提取海带中的碘元素得到单质碘
思考与归纳
晒干
燃烧
加水
加热
溶解
过滤
CCl4
蒸馏
萃取
分液
2KI + H2O2 + H2SO4 == I2 + K2SO4 + 2H2O
实验现象：加入H2O2后，溶液由无色变为深黄色，再加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色。
特别重要

海水提溴：主要方法是空气吹出法
主要流程
2HBr + Cl2== Br2+2HCl
2NaBr + Cl2== Br2+2NaCl
2H2O + Br2+SO2== H2SO4+2HBr
相关的化学方程式
海水中部分元素浓度图
海水中镁的总储量约为1.8×1015 t
看图说话
海水提取镁的工艺流程图
电解
海水综合利用联合工业体系一例
减少
能耗
制溴
铀和重水
海洋药物
潮汐能
波浪能
一位遇上海难的水手，随着木排在海上漂流。他用完了淡水，感到异常口渴，但他不喝海水，因为他知道海水会致命。原因是 （ ）
A、海水有苦涩味，根本喝不下去
B、海水中含有多种盐，能使肠胃腐烂致人死亡
C、海水中有许多微生物，有些微生物能致人死亡
D、海水会造成人体水分从血液和组织内脱离出来，进入肠胃中，使人脱水死亡
想一想、猜一猜
D