第四章化学与自然资源的开发利用学案.docx

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第四章化学与自然资源的开发利用学案

第四章化学与自然资源的开发利用学案

第一节开发利用金属矿物和海水资源（第1课时）

【重点】1、金属的冶炼方法。

2、铝热反应原理及实验。

一、金属矿物的开发利用

1、金属在自然界中的存在形式

（1）态：

金、铂等极少数的不活泼金属以存在（单质的形式）。

（2）态：

绝大多数金属在自然界中是以（化合物的形式）存在，如铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。

注：

金属化合物中，金属元素都显化合价。

2、金属的冶炼：

金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中出来的生产过程。

金属的不同，可以采用不同的冶炼方法。

总的说来，金属的性质越，越容易将其从化合物中出来。

（1）金属冶炼的一般方法：

①热分解法对于金属（活动顺序中，Hg及Hg以后）可以直接用的方法将金属从其化合物中还原出来，例如：

＿HgO

＿Ag2O

②热还原法：

在金属活动性顺序表中处于位置的金属（Zn---Cu）,通常是在高温下用还原剂（、、、等）将金属从其化合物中还原出来，例如：

Fe2O3+3CO

WO3+3H2

ZnO+C

Cr2O3+2Al

（铝热反应）

【演示实验4-1】铝热反应

I.操作：

课本P89

Ⅱ.实验现象：

Ⅲ.化学反应方程式：

Fe2O3+2Al

（铝热反应）

Ⅳ.铝热剂及应用：

（1）铝热剂：

铝粉与某些金属（比铝不活泼的金属）氧化物的混合物。

在高温下发生反应，放出大量的热，其混合物称为铝热剂；反应称为铝热反应。

（2）铝热反应的特点：

在高温下引燃后剧烈反应，放出大量的热，产生高温，使被还原出来的金属熔化，与熔渣分离。

体现铝的还原性、氧化铝高熔点的性质。

（3）铝热反应的应用：

①焊接钢轨；②冶炼高熔点金属：

V、Cr、Mn等。

③电解法：

活泼金属（活动顺序中：

K---Al）较难用还原剂还原，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）

MgCl2（熔融）

2Al2O3（熔融）

④其他方法：

火法炼铜Cu2S+O2

2Cu+SO2

湿法炼铜Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu

【总结】金属活动顺序表中不同金属冶炼方法的选择

KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAg

（2）金属提炼一般步骤：

①；②；③。

3、有效利用金属资源的途径：

①提高金属矿物的；②减少金属的；

③加强金属资源的；④使用代替金属材料，节约矿产资源、保护矿产资源。

【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①B．（Ⅱ）用②　C．（Ⅲ）用③　D．（Ⅳ）用④

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）

请写出①～④反应的方程式。

①；②；

③；④。

【新知巩固】

（）1.关于金属元素在自然界存在的情况的叙述中，正确的是

A、金属元素仅存在于矿物中B、金属元素存在于矿物和动物体內，但植物体內不含

C、少数金属元素以游离态存在，大多数金属元素以化合态存在

D、金属元素不仅存在矿物中，动物和植物体內也存在少量金属元素

（）2.下列化学方程式，能用于工业上冶炼金属镁的是

A、2Na+MgCl2==2NaCl+MgB、MgCl2（熔化）

MgO+Cl2

C、2MgO

2Mg+O2D、MgO+C

MgO+C

（）3．下列金属①铁、②镁、③锰、④矾、⑤铬。

可用铝热法制备的有

A.①②④B.①②③⑤C.①③④⑤D.①②③④⑤

（）4．在冶金工业上，通常均不能用化学还原剂制得的金属组是

A．Na、Ba、Mg、A1B．Zn、Fe、Cu、Ag

C．Na、K、Zn、FeD．Mg、Al、Zn、Fe

（）5．铝能用于冶炼难熔的金属（如Fe、Mn等），这是因为铝具有一下性质中的

A.两性B.导电性好C熔点低D．还原性及冶炼反应中放出大量的热

（）6．下列化工生产原理错误的是

①可以用电解熔融的氯化钠的方法来制取金属钠②可以用钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁③用电冶铝时，原料是氯化铝④炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热

A.②③B.①③C.①②③D.②③④

（）7．二战期间，丹麦科学家玻尔被迫离开被德军占领的祖国时，为了表明一定要返回祖国的决心，就把自己获得的金质诺贝尔奖章放在盛有王水的玻璃瓶中留了下来；反应的化学方程式为：

Au＋HNO3＋3HCl＝AuCl3＋NO↑＋2H2O；战后，玻尔从溶液中提取金，又重新铸成了奖章。

下列方法中，你认为不能从溶有黄金的王水中提取出金的是（    ）

A.用铁置换         B.电解其水溶液        C.先蒸发水分后灼烧固体         D.过滤

（）8．H2作还原剂和金属作还原剂相比，所得金属的纯度的说法正确的是

A．用H2的高B．用金属的高C．二者相同D．无法比较

（）9．从金属利用的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是200来年的事。

下列跟这个先后顺序有关的是①地壳中的金属元素的含量，②金属活动性顺序，③金属的导电性，④金属冶炼的难易程度，⑤金属的延展性

A．①③B．②⑤C．③⑤D．②④

（）10．单质A能从盐溶液中置换出单质B，则下列说法中，不正确的是

A.当A、B都是金属时，A一定比B活动性强

B.当A、B都是非金属时，A一定比B活动性强

C.当A是金属时，B可能是金属，也可能是非金属

D.当A是非金属时，B可能是金属，也可能是非金属

11．汽车尾气（含有烃类、CO、SO2与NO等物质）是城市空气的污染源之一，治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”（用铂、钯合金作催化剂），它的特点是使CO与NO反应，生成可参与大气生态循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。

（1）写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式：

。

（2）“催化转换器”的缺点是在一定程度上提高了空气的酸度，其原因是

。

（3）控制城市空气污染源的方法可以有（多选算错）

A.开发氢能源B.使用电动车C.植树造林D.戴上呼吸面具

12．古代的“药金”外观与金子相似，常误认为是金子（现在屡屡发生的“假元宝”骗人事件）。

冶炼方法如下：

将碳酸锌、赤铜矿（Cu2O）和木炭混合加热至800℃得金光闪闪的“药金”。

试回答下列问题：

⑴“药金”的主要成分是_______。

⑵有关的化学反应方程式是：

_______________________。

⑶利用你所学的化学知识，设计鉴别真假元宝的方法：

_____________________________。

13．实验室的废酸液不能直接倒入下水道，是因为_______________________，工厂师傅在切割钢板时，常用硫酸铜溶液画线，是因为（用化学方程式表示）。

14．粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。

进行如下实验：

①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；

②另取20gA全部溶于0.15L6.0mol·L-1盐酸中，得溶液C；

③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出1．12L（标况）气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色。

请填空：

（1）①中引发铝热反应的实验操作是，产物中的单质B是。

（2）②中所发生的各反应的化学方程式是。

（3）③中所发生的各反应的离子方程式是。

（4）若溶液D的体积仍视为0．15L，则该溶液中c（Mg2+）为，c（Fe2+）为。

第一课时参考答案：

1、

（1）游离态游离态

（2）化合态化合态正

2、还原活动性稳定还原

（1）①不活泼加热分解2HgO

2Hg+O2↑2Ag2O

4Ag+O2↑

②中间C、CO、H2、活泼金属Fe2O3+3CO

2Fe+CO2↑WO3+3H2

W+3H2O

ZnO+C

Zn+CO↑Cr2O3+2Al

2Cr+Al2O3

Ⅱ.现象：

（1）镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的白光。

（2）引起混合物剧烈燃烧，发光发热。

（3）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（Al2O3），可以发现落下的是铁珠。

Ⅲ.Fe2O3+2Al

2Fe+Al2O3③2NaCl（熔融）

2Na+Cl2↑

MgCl2（熔融）

Mg+Cl2↑2Al2O3（熔融）

4Al+3O2↑

（2）①矿石的富集、除杂；②冶炼；③精炼。

3、①利用率②使用量③回收和再利用厂④其他材料

【课堂练习】

1、解析：

火烧孔雀石炼铜，就是用焦炭（木炭）还原产生铜；湿法炼铜是用铁置换硫酸铜溶液中的铜；铬是难熔而又不很活泼的金属，用铝热法冶炼；电解熔融的氯化镁可以获得镁。

答案：

B

2、①Al2O3+2NaOH==2NaAlO2+H2O②2NaAlO2+CO2+3H2O==2Al（OH）3↓+Na2CO3

③Na2CO3+Ca（OH）2==CaCO3↓+2NaOH④2Al（OH）3

Al2O3+3H2O

【新知巩固】

1．CD2．BD3．C。

解析：

可用铝热法制备的金属必定不如铝活泼，故镁一定不可以，利用排除法可以选择C。

4．A。

解析：

不能用还原剂制得的金属是一些非常活泼，本身具有强还原性的金属。

5．D。

解析：

Al还原性较强，可以将金属活动性顺序中排在其后的金属从其氧化物中置换出来，同时放出大量的热。

6．D。

解析：

钠可以和氯化镁饱和溶液中的水反应，不能将镁置换出来。

电解冶炼铝所用的原料为氧化铝。

炼铁高炉中所发生的反应CO2+C

2CO属于吸热反应。

7．D解析：

题给反应是一很重要的信息，它告诉我们黄金溶于过量的王水中，得到了HNO3、HCl和AuCl3的混合溶液。

A.用铁置换是可以的：

3Fe＋2AuCl3＝3FeCl2＋2Au。

B.电解其水溶液也是可以的：

阳极：

2Cl-－2e-＝Cl2↑阴极：

Au3+＋3e-＝Au。

C.先蒸发水分再灼烧固体也是可以的。

水分蒸发后得AuCl3固体（酸性条件下蒸发，可不考虑AuCl3的水解），由2AgCl

2Ag＋Cl2↑，而Au不如银活泼推知，2AuCl3

2Au＋3Cl2↑。

AuCl3（aq）蒸发水解加剧，可得Au（OH）3、Au2O3固体、灼烧Au（OH）3变为Au2O3，Au2O3变为Au和O2，前面我们可由AlCl3溶液蒸干而推知，后者我们可由HgO受热分解而推知。

D.过滤无法将其分开。

8．A9．D

10．D。

解析：

Fe+CuSO4＝Cu+FeSO4，C12+2NaBr＝2NaCl+Br2，

Mg+2NaHSO4＝MgSO4+Na2SO4+H2↑，故A、B、C均正确。

11．

（1）2CO+2NO=2CO2+N2

（2）SO2能转化为SO3，产生硫酸酸雾（3）AB

解析：

由CO与NO反应生成可参加大气生态循环的无毒气体，可知该反应是以NO为氧化剂，将CO氧化为CO2，而本身被还原为N2。

仔细阅读试题，根据催化剂可促进SO2的氧化，可推知SO2转化为SO3产生H2SO4酸雾，增加空气酸度。

12．⑴铜和锌，⑵ZnCO3=ZnO+CO2，2ZnO+C=2Zn+CO2↑，2Cu2O+C=4Cu+CO2↑，⑶测其密度、实验看其是否与盐酸或硝酸反应。

13．会腐蚀金属管道，Fe+CuSO4=Cu+FeSO4

14．答案：

（1）在混合物中加少量KClO3，插入镁条并将其点燃Fe

（2）Fe2O3+6HCl===2FeCl3+3H2O、MgO+2HCl===MgCl2+H2O

（3）Fe+2H+===Fe2++H2↑Fe+2Fe3+===3Fe2+

（4）0.67mol·L-12.3mol·L-1

第一节开发利用金属矿物和海水资源（第2课时）

一、海水水资源的利用

1、海水淡化

①海水的方法：

主要有、电渗析法、法等。

②海水的蒸馏：

主要仪器有，烧瓶中还要加入，目的是为了防止。

2、直接利用：

海水进行。

二、海水中的化学资源的开发利用：

海水中含有的各种元素的特点：

种类多，总储量大，富集程度低。

因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。

1、从海水中提取物质的方法

I.海水制盐

Ⅱ.从海水中提取镁的主要工艺流程：

镁是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁从海水中提取。

主要步骤如下：

（1）为了使MgSO4转化为Mg（OH）2，试剂①可以选用 ，要使MgSO4完全转化为沉淀，加入试剂①的量应 ；验证MgSO4已完全转化为Mg（OH）2的方法是。

（2）加入试剂①后，能够分离得到Mg（OH）2沉淀的方法是 。

（3）试剂②可以选用   。

（4）无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl2，写出该反应的化学方程式：

Ⅲ.从海水中提取溴的主要工艺流程

（1）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，使转化为。

反应的化学方程式为：

；

（3）向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到的目的，反应的化学方程式为：

＿Br2＋＿SO2＋＿H2O＝

（4）向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气，反应的化学方程式为：

（5）用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质，得到产品溴。

Ⅳ.【实验4—2】从海带中提取碘

（1）反应原理：

海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂（H2O2）将其氧化成I2，再用有机溶剂将I2萃取出来。

用H2O2做氧化剂，反应的离子方程式是：

（2）操作步骤：

①取约3g干海带，把表面的浮着物用刷子刷净（不要用水冲洗，以免洗去表面的碘化物），用剪刀剪碎后，用酒精湿润，放入坩埚中。

点燃酒精灯，灼烧海带至完全变为灰烬（注意通风）停止加热，冷却。

②将海带灰转移到小烧杯中，向其中加入10ml蒸馏水，搅拌、煮沸2～3min,过滤。

③在滤液中滴入几滴稀硫酸（3mol/l）,再加入1mLH2O2（3%），现象：

溶液。

再加入几滴淀粉溶液，现象是：

溶液。

（3）提取I2流程：

2、新型能源的开发

（1）和是核能开发的重要原料。

（2）和是有待开发的新型能源。

【课堂练习】

1、从海水中提取金属镁的生产步骤有：

①浓缩结晶，②加熟石灰，③加盐酸，④过滤，⑤熔融电解，正确的生产步骤顺序是_。

2、按下述实验过程填空：

（1）写出上述反应的化学方程式：

①；②；

 。

（2）溶液的颜色：

a：

；b：

；c：

；d：

。

【新知巩固】

（）1．在相同条件下，对环境污染最小的燃料是

A.液化气B.煤油C.煤饼D.木柴

（）2．下列商品不能称为“绿色商品”的是

A.无铅汽油B.无磷洗衣粉C.无氟冰箱D.无碘食盐

（）3．下列产品的使用不会对环境造成污染的是

A.含磷洗衣粉B.酒精C.氟利昂D.含汞电池

（）4．中国食盐产量居世界首位。

下列实验室中的操作类似“海水磨盐”原理的是

A.蒸馏B.蒸发C.过滤D.搅拌

（）5．工业上利用下述反应在真空中炼铷：

2RbCl+Mg

MgCl2+2Rb.这一反应能进行的原因是

　A．在高温下镁的金属活动性比铷强　B．铷的沸点比镁低，以气体形式被抽去

　C．铷的熔点比镁低，以液体形式被抽去　D．MgCl2的稳定性比RbCl的强

（）6．2000年5月，在香港拍卖会上，保利集团花费3000多万港币购回火烧圆明园时流失的国宝：

铜铸的牛首、猴首和虎首。

普通铜器时间久了容易出现铜绿，其主要成分是[Cu2（OH）2CO3]。

这几件1760年铜铸的国宝在240年后看上去依然熠熠生辉不生锈，下列对其原因的分析，最可能的是

　A．它们的表面都镀上了一层耐腐蚀的黄金

　B．环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去

　C．铜的金属活动性比氢小，因此不易被氧化

　D．它们是含一定比例金、银、锌的铜合金

（）7．在有关海洋资源的开发和利用的下列说法，正确的是

A．从海水中提取铀和重水对一个国家来说具有战略意义　　　

B．化学在开发海洋资源药物方面作用有限   

C．潮汐能、波浪能是海洋中受重视和开发的新能源　　

D．海洋中蕴藏着巨大的资源和能源，开发海洋资源可违背可持续原则

8．如图所示，分馏装置中，如果有错误请指出并加以改正：

（1），

（2），

（3）。

9．环境保护已成为当前和未来的一项全球性重大课题之一。

为消除目前燃料使用过程中的环境污染问题，并缓解能源危机，有专家提出利用太阳能促进燃料循环使用的构想（如图）。

这种构想或方案可用如下反应表示：

①2CO2

2CO+O2；②H2O

；

③N2+H2O

NH3+；④CO2+

CH3OH+；

⑤+H2O

CH4+。

（1）请完成上述化学方程式；

（2）要实现上述的一些构想，目前和今后要解决的关键问题是；

（3）如果光子的能量不够，上述反应是无法完成的。

而大自然已经解决了这个问题，即，它是地球上最重要的化学反应之一，请写出反应的化学方程式。

10．海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素，碘元离子的形式存在。

实验中从海藻提取碘的流程如图所示

（1）指出提取碘的过程中有关的实验操作名称①；写出过程②中有关反应的化学方程式。

（2）提取碘的过程中可提供选择的有机试剂为（）

A．酒精、四氯化碳B．四氯化碳、苯

C．汽油、醋酸D．汽油、甘油

（3）为使海藻灰中碘离子转化为碘的有机溶液，实验室里有烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器、物品，尚缺少的玻璃仪器是。

11．2010年6月5日世界环境日。

深圳及周边沿海城市海域赤潮现象日益严重，导致鱼类大量死亡，可见，海洋保护环境刻不容缓。

在海水中溴以溴化镁和溴化钠的形式存在。

经过晒盐和氯化钾后的卤水中，溴的含量已提高100倍左右。

只要把卤水加入反应塔中，通过氯气

（1）和水蒸气蒸馏，就可以把“溴”蒸出来

（2），也有借助煤油从海水中提溴的（3），煤油用过之后还可以回收（4）。

土法提溴可用盐酸作用于漂白粉（5）或用二氧化锰氧化盐酸制取氯。

请完成以下几个问题：

（1）写出卤水中通入氯气时发生反应的离子方程式。

______________________________。

（2）为什么通过蒸馏法就可以将溴蒸出来？

______________________________________。

（3）用煤油提取溴的方法叫______________________________，煤油能作溴的萃取剂的原因是______________________________，如何分离海水和溴的煤油溶液？

__________________。

（4）如何分离溴和煤油？

_________________________________________________________。

（5）漂白粉的主要成分是_______________，其中能与浓盐酸反应的是_______________，它跟盐酸反应的化学方程式为_____________________________________________，这是一个氧化还原反应，其中氧化剂是_______________，盐酸表现_______________性。

第二课时参考答案：

一、1、①蒸馏法离子交换②圆底烧瓶冷凝器锥形瓶暴沸2、循环冷却

二、1、Ⅱ.

（1）NaOH过量取上层清液，加入NaOH溶液，不生成沉淀

（2）过滤（3）HCl（4）MgCl2（熔融）

Mg+Cl2↑

Ⅲ.

（2）溴离子溴单质2NaBr+Cl2==Br2+2NaCl

（3）富集Br2+SO2+2H2O==2HBr+H2SO4

（4）2HBr+Cl2==2HCl+Br2

Ⅳ.

（1）2I-+H2O2+2H+==I2+2H2O

（2）③变棕黄色变蓝色

2、

（1）铀重水

（2）潮汐波浪

【课堂练习】

1、②④③①⑤

2、

（1）2FeBr2＋3Cl2===2FeCl3＋2Br22FeCl3＋2KI==2FeCl2＋2KCl＋I2

2KI＋Br2===2KBr＋I2

（2）棕黄色橙红色蓝色蓝色

【新知巩固】

1．A。

解析：

液化气的成分是碳数较少的烃，燃烧较充分，产物为CO2和H2O。

2．D。

解析：

食盐必须添加碘，否则长期食用会得“大脖子”病。

3．B。

解析：

含磷洗衣粉可造成水体富营养化；氟利昂可造成臭氧层破坏；含汞电池会造成水污染和土壤污染4．B5．B6．D7．AC

8．

（1）蒸馏烧瓶中温度计水银球应在支管口处，而不应插在液面下

（2）冷凝管的冷水流向是错误的，应从a处流入b处流出

（3）接收仪器应用小口的锥形瓶，而不应用大口的烧杯，以免蒸气挥发太多

9．

（1）②2H2O

2H2↑+O2↑③2N2+6H2O

4NH3+3O2

④2CO2+4H2O

2CH3OH+3O2⑤CO2+2H2O

CH4+2O2

（2）如何使物质吸收光能转变为其他物质

（3）绿色植物的光合作用，即在日光作用下。

利用光能把二氧化碳和水转变成碳水化合物（糖类）6CO2+6H2O

C6H12O6+6O2

10．

（1）过滤2NaI+Cl2==2NaCl+I2

（2）B（3）漏斗、分液漏斗

11．

（1）2Br-+Cl2====Br2+2Cl-

（2）溴有挥发性,且温度越高越易挥发

（3）萃取煤油和水不互溶，且煤油溶解溴的能力比水的大分液（4）蒸馏

（5）氯化钙和次氯酸钙次氯酸钙Ca（ClO）2+4HCl====CaCl2+2Cl2↑+2H2O次氯酸钙还原性和酸

解析：

海洋提炼溴的方法是首先将海水浓缩，然后加入合适的氧化剂将溴离子氧化成溴单质，因为溴易挥发且易溶于有机溶剂，所以可以利用萃取法或蒸馏法将溴提取出来。

漂白粉是氯化钙和次氯酸钙的混合物，其中有效成分为次氯酸钙，次氯酸钙中的次氯酸根具有强氧化性，能氧化浓盐酸中的氯离子生成氯气。

第二节资源综合利用环境保护学案

一、煤的综合利用

1．煤的组成：

_____________________________________组成的复杂混合物。

主要含有_