第二节　资源综合利用　环境保护ppt课件课堂实录

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

一、教学目标

知识与技能目标

1．知道根据金属的活动性不同，可分别采用加热、电解、还原剂还原等方法冶炼金属。并能从能量的角度选择金属的冶炼方法。能够书写相关的化学方程式。

2．知道海水淡化的几种方法；掌握海水蒸馏的原理。

3．知道从海水中提取溴、碘的原理。了解非金属置换反应。

4．能参照海水提取镁的过程中化学原理写出有关的化学方程式。

过程与方法目标

学习阅读课本或通过上网、到图书馆等途径查阅资料获取信息的方法，培养对所获信息进行加工，归纳概括形成一定结论的能力。

情感态度与价值观目标

利用金属矿物、海水和化石燃料这些人类重要自然资源的综合利用中过程的利弊来感受人与社会的和谐发展。学会辨证地看待人类和自然协调发展中遇到的问题。

二、教材分析

教学重点：了解化学方法在金属矿物开发（主要是金属冶炼）及海水资源开发中的作用。

教学难点：学生在掌握金属冶炼的一般原理基础上，了解适用于不同金属的冶炼方法。

三、教学策略

本节书的授课基本上采用资料给予，讨论交流、学生归纳的模式。

四、教学过程

第一课时

金属矿物的开发和利用

【教师】阅读课本P82资料卡片，请同学们列举出常见金属及它们的用途，越多越好。

【学生】交流讨论并总结

【教师】展现金属矿石图片，讨论自然界中金属的存在形式。

【学生】阅读课本，讨论作答：少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态存在，如金、铂、铜、银；化学性质比较活泼的金属，在自然界中以化合态存在。大多数金属在自然界中是以化合态存在的，如铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。

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【教师】大多数金属在自然界中是以化合态存在的，因此，金属冶炼的化学方法的总体原则就是把金属由化合态还原成游离态。

Mn+还原

M 【问题】回忆自己学过的氧化还原反应，哪些可以把金属由化合态变成游离态。

【学生】回忆方程式。

2HgO

△

2Hg + O2↑

CuO + CO2

CuO+CO

△

Fe+CuSO4 = FeSO4+Cu 【教师】是什么决定了这些金属用不同的冶炼方法？

【学生】思考交流：金属的活泼性不同。

【教师】金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中还原出来的生产过程。金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法。总的说来，金属的性质越稳定，越容易将其从化合物中还原出来。

㈠

金属冶炼的方法主要有：

（1）热分解法

对于不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来，例如：

2HgO

△

2Hg+O2↑

4Ag+O2↑

2Ag2O

△

（2）电解法

非常活泼的金属用一般的还原剂很难将它们还原出来，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，例如：

2NaCl（熔融）

电解

2Na+Cl2↑

4Na+O2+2H2O 4NaOH（熔融）

MgCl2（熔融）

电解

电解

Mg+Cl2↑

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2Al2O3



4Al+3O↑

2电解冰晶石一些对纯度要求较高的不活泼金属也可以采用电解其盐溶液的方法来进行冶炼，例如：

2CuSO4+2H2O （3）热还原法

在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属，通常是用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，例如：

Fe2O3+3CO WO3+3H2

ZnO+C

高温

电解

2Cu+2H2SO4+O2↑

2Fe+CO2↑

高温

W+3H2O 高温

Zn+CO↑

Mg(g)+CO(g)

MgO+C

高温

Fe+CuSO4 = FeSO4+Cu

一些活泼的金属也可以作为还原剂，将不活泼金属从其化合物中置换出来。

【演示实验】课本P83实验4-1 注意事项：实验时要注意安全，反应装置应远离易燃物；铝粉要细，最好用铝银粉；预先擦去镁带的氧化膜，长度约需10 cm。

现象：，镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的光芒。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，除去外层熔渣，可以发现落下的是铁珠。

结论：Fe2O3+2Al

高温

2Fe+Al2O3（铝热反应）

铝热反应的特点：高温引燃剧烈放热，体现氧化铝高熔点的性质。

应用：①

焊接钢轨

②

冶炼高熔点金属

【学生总结】金属活动顺序表中不同金属冶炼方法的选择

K Ca Na Mg Al

Zn Fe Sn Pb（H）Cu

Hg Ag

电解法

热还原法

热分解法

【教师】为什么人类使用铁器比使用铜器晚？

【学生】金属使用的先后与金属冶炼的难易有关。

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【教师】金属提炼步骤：

（1）矿石的富集、除杂；（2）冶炼；（3）精炼。

矿产资源是大自然赋予人类的宝贵财富，但并非取之不尽用之不竭，随着人们的开发利用，将会日渐减少，因此要加强金属资源的回收和再利用，节约矿产资源。我国幅员辽阔，是世界上矿产资源比较丰富、矿产品种比较齐全的国家。我国矿产资源总值居世界第3位，但人均拥有量约为世界人均水平的[课堂练习1]

冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法，②水煤气（或H2或CO）法，③活泼金属置换法，④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有（Ⅰ）火烧孔雀石法炼铜，（Ⅱ）湿法炼铜，现代有（Ⅲ）铝热法炼铬，（Ⅳ）从光卤石（KCl•MgCl2•6H2O）中炼镁，对它们的冶炼方法分析不正确的是（

）

A．（Ⅰ）用①

B．（Ⅱ）用②

C．（Ⅲ）用③

D．（Ⅳ）用④

解析：（Ⅰ）（Ⅱ）（Ⅲ）（Ⅳ）发生的反应分别是：

1。因此，我们更应注意金属的回收和资源的保护。

3（Ⅰ）

（Ⅱ）

（Ⅲ）

符合①

符合③

符合③

符合④

（Ⅳ）先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2，

答案：B [课堂练习2] 工业上用铝土矿（主要成分是Al2O3）生产铝的过程，可用简单示意图表示如下（图中字母代表有关物质的分子式）

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写出①～④反应的方程式。

答案：

①Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O ②2NaAlO2+CO2+3H2O=2Al(OH)3↓+Na2CO3

③Na2CO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH

④2Al(OH)3Al2O3+3H2O 【问题与讨论1】海水中含有哪些资源? 【学生1】：海洋里含最多的就是水，有着丰富的水资源；

【学生2】：海洋里有丰富的化学资源，比如：锰结核、镁、钾、溴、碘、氯化钠等各种矿物；

【学生3】：大海里还有鱼、虾、蟹、贝、藻等生物资源；

【学生4】：海洋还是各种能源的天然宝藏，海洋里有天然气、油田气，还能利用潮汐能、波浪能、核能来发电……

【资料1】

海底石油：1350亿吨

天然气：140万亿立方米

镁、钾、铀、锶等矿物：5亿亿吨（液体矿山）

锰结核：3万亿吨; 鱼虾贝藻：6亿吨/年，现在捕捞量9000万吨/年

波浪能：700亿千瓦

潮汐能：27亿千瓦

重水：200万吨

水：13亿亿吨

【问题与讨论2】运用已有知识设计实验进行海水的淡化。

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现在其他的一些比较先进的海水淡化方法也逐渐得到完善并应用。

【资料2】

其他的海水淡化方法

太阳能蒸发法：利用太阳能使水蒸发为水蒸气，冷却后得到淡水。

电渗析法：用薄膜淡化海水的新技术，它使用的是一种离子交换膜，阴阳离子交换膜交

替排列在电渗析法设备的两个电极板之间，组成了相互独立的隔室，通电后海水中的阴

阳离子在电场的作用下渗出膜外，海水得以淡化。

离子交换法：离子交换树脂能吸附溶液中的离子，使咸水变为淡水—离子交换树脂中带

有很多H+、OH-，利用离子交换树脂，海水中的Na+和H+交换，Cl-和OH-等交换，使得海

水得以淡化。

【教师】在工业上海水淡化还可以产生哪些有价值的物质？

【学生】还可以得到NaCl、碘等。

【教师】我们知道，海水中除了含有大量的水之外，还有丰富的化学资源，如果将这些资源提取出来，那将给我们带来巨大的效益

从海水中提取物质

海水化学资源的开发

从矿物中提取物质

从生物体中提取物质

【资料3】

干海带中含碘量：0.3% - 0.5%，有的高达1%，约比海水中的碘浓度提高了10万倍！海带中碘的主要存在形式：有机碘化物。

【问题与讨论3】如何证明海带中含有碘元素？（完成学案）

取样处理

灼烧

溶解

氧化验证

【学生2】海带不能用水冲洗的原因：海带中的I-会溶解在水中，造成损失，还有海带不容易燃烧。

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【学生3】海带剪碎后，要用酒精润湿的原因：坩埚外面用酒精灯加热，当温度升高到一定程度时，坩埚内的酒精也将燃烧，这样的话，“内外夹击”，坩埚里的海带更易被烧成灰。

【学生4】煮沸2~3分钟的目的是使海带中的碘化物更充分溶解。

【学生5】用H2O2氧化I-，而不用其他的氧化剂的原因可能是H2O2

是绿色氧化剂，氧化后不会产生杂质；

【学生6】还有因为H2O2

为无色的氧化剂，滴加淀粉溶液后容易观察蓝色；如果用酸性高锰酸钾作氧化剂，由于高锰酸钾为紫色，加淀粉溶液后不易观察颜色。

【教师】补充：还有另外原因是从氧化还原反应的角度看H2O2

不会再把I2氧化成+1价的碘的化合物。

【问题讨论4】如何从海带中得到晶态的碘? 提示：I2的沸点184.35℃

CCl4的沸点76.8℃

【学生】可以采用蒸馏的方法。

【知识拓展】

资料卡片—海水提溴

从海水中提取溴的主要工艺流程

①

浓缩、酸化。

②

置换：2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl ③

再富集：Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4

④

再置换：2HBr+Cl2=2HCl+Br2

⑤

萃取溴。

【教师】本节课，我们了解了海水水资源和化学资源的开发和利用，海水资源的利用是多方面的，我们在综合开发利用海水资源的时候，也还应该注意保护海水资源。我们下节课将对环境保护加以探讨。

海水提溴

目前，从海水中提取的溴占世界溴年生产量的1/3左右。空气吹出法是用于工业规模海水提溴的常用方法，其中一种工艺是在预先经过酸化的浓缩海水中，用氯气置换溴离子使之成为单质溴，继而通入空气和水蒸气，将溴吹入吸收塔，使溴蒸气和吸收剂SO2发生作用转化成氢溴酸以达到富集的目的。然后，再用氯气将其氧化得到产品溴。

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