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第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的开发利用
(1)金属在自然界中的存在形式？
　
(2)金属冶炼指的是什么？
得电子，被还原
Mn+ 　　　　M
+ n e-
绝大多数金属元素是化合态，金、铂等为游离态
将金属从其化合物中还原出来，使之转变为单质的过程。
一、金属矿物的开发利用
1、金属的冶炼
电解法
热还原法
热分解法
根据金属活泼性不同，采用不同的冶炼方法；
一般来说金属越活泼，越难冶炼
2、金属冶炼方法的确定—由金属活泼性决定
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H） Cu Hg Ag Pt Au
强
弱
物理提取
3、金属冶炼的方法
（2）热分解法
2HgO 2Hg ＋ O2 ↑
加热
2Ag2O 4Ag＋O2 ↑
加热
适合一些不活泼金属（一般是H后的金属）
Cu2S + O2 2Cu + SO2
高温
火法炼铜
（1）物理提取法：适用于极不活泼的金属—Pt、Au
（3）电解法
MgCl2 (熔融) Mg ＋ Cl2 ↑
电解
2NaCl (熔融) 2Na＋Cl2 ↑
电解
2Al2O3 (熔融) 4Al ＋ 3O2 ↑
电解
冰晶石
铝土矿
适合一些非常活泼金属（ Zn前金属）
（常用的还原剂有：焦炭、CO、H2 等）
（4）热还原法（中等活泼金属）
Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2
高温
高炉炼铁
主要反应
WO3 + 3H2 W + 3H2O
高温
【提示】工业上冶炼镁是电解MgCl2而不是MgO的原因是MgO的熔点比MgCl2的高;冶炼铝是电解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电。
铝热反应
1、用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，将其中一个取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一个漏斗套在一起，使四周都有四层；
2、将氧化铁和铝粉混合均匀；
3、架上铁圈，下面放置盛有细沙的蒸发皿，将混合物防于漏斗中，上面加氯酸钾，并在混合物中间插入一根打磨过的镁条，点燃镁条，观察现象。
铝热反应的实验装置
铝热反应
实验原理：
2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3
高温
引燃剂
助燃剂
铝热剂
细沙可防止熔融金属炸裂蒸发皿
实验现象：
①镁条剧烈燃烧；②氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应；③反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；④纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。
铝热反应的应用：
铝热反应应用
冶炼高熔点金属
焊接钢轨
3MnO2 + 4Al 3Mn + 2Al2O3
高温
Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3
高温
4、合理开发和利用矿物资源
1)原因：地球上金属矿物资源有限，且分布不均；金属冶炼消耗很多能量；金属冶炼造成环境污染。而金属腐蚀现象普遍存在，也造成了大量损失。
2)措施：提高金属矿物的利用率；使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量；加强金属资源的回收和再利用；开发环保高效的金属冶炼方法；防止金属的腐蚀等。
二、海水资源的开发利用
海洋约占地球表面积71%，水资源和其他化学资源有十分巨大的开发潜力。
1、海水水资源
海水中的水1.3X1018 吨
占地球总水量97% （3%在陆地、淡水）
海水中水资源的利用 主要有：
1）海水的淡化（咸水 淡水）
2）直接利用海水进行循环冷却（作冷却用水）
现在所用的海水淡化方法有蒸馏法、反渗透法、电渗析法等。
结合蒸馏实验原理，思考如何进行海水蒸馏制备淡水？
实验原理及装置：
加入碎瓷片的目的：防止液体暴沸
蒸馏烧瓶
冷凝管
尾接管（牛角管）
温度计
【温馨提示】蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，成本较高
锥形瓶
冷凝水进出水：下口进上口出，即和气流方向相反
原理：加热到水的沸点，液态水变为水蒸汽与海水中的盐分离，水蒸汽冷凝得到淡水
2、从海水中提取NaCl方案
从海水中提取食盐的方法是盐田法(又叫滩晒法)，其原理是把海水引到盐滩上，利用日光和风力使水分蒸发，得到粗盐。
粗盐提取NaCl方案
①Na2CO3
②NaOH
③BaCl2
②③①或③②①或③①②
粗盐中的杂质：泥沙、Ca2+、Mg2+、SO42-
除杂试剂：
试剂加入顺序：
主要操作：
溶解、过滤、蒸发
④盐酸
滤液
沉淀
适量
盐酸
溶解
BaCl2
NaOH
Na2CO3
过滤
蒸发
结晶
海水
淡水
粗盐
盐水
操作Ⅰ（ ）
食盐用途广泛，除了供食用外，还作为化工原料用于生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸等。
3、思考与讨论：
如何将海水中的Br-转变成Br2？
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
含溴的海水
氢溴酸
含溴的水溶液
通入Cl2
通入空气，将溴吹出，SO2吸收
通入Cl2
蒸馏
溴蒸气
2NaBr + Cl2== Br2+2NaCl
2H2O + Br2+SO2== H2SO4+2HBr
2HBr + Cl2== Br2+2HCl
4、海带中提取碘的实验
提取海带中的碘元素得到单质碘
思考与归纳
燃烧
加水
加热
溶解
过滤
稀硫酸
过氧化氢溶液
CCl4
蒸馏
海带灰
海带
悬浊液
滤液
碘水
碘的CCl4溶液
单质碘
萃取
分液
生物
富集
海水
2I- + 2H+ +H2O2 == I2+2H2O
工艺流程：
贝壳
CaO
石灰乳
沉淀池
海水
过滤
Mg(OH)2
MgCl2固体
Mg+Cl2
④盐酸、浓缩
①煅烧
②水
③
MgCl2溶液
⑤HCl气氛
中加热脱水
⑥电解
引入
5、从海水中提取镁元素得到单质镁
思考海水资源还有哪些其他的利用？
①生物资源：海洋生物品种繁多，通过养殖、增殖等途径可实现可持续利用。
②获取能量物质：提取铀和重水用来开发核能。
③开发利用新型能源：潮汐能、波浪能等。

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