人教版必修二化学与自然资源的开发利用 导学案.docx

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人教版必修二化学与自然资源的开发利用导学案

临沂四中高一化学导学案

（编号031）2014/5/23编号：

B031班姓名

第四章第一节开发利用金属矿物和海水资源（第一课时）

【学习目标】

1.了解化学方法在金属矿物开发中的作用。

2.掌握冶炼金属的一般原理，了解适用于不同金属的冶炼方法，知道铝热反应。

3.树立节约资源、爱护环境、变废为宝的意识。

【学习重点】常见金属的冶炼方法，铝热反应

【基础知识】

1.除了等极少数金属外，绝大多数金属元素以的形式存在于自然界。

在地壳中含量最高的金属元素是，其次是。

人们日常应用的金属材料，多为合金或纯金属，这就需要冶炼金属。

2.工业上金属的冶炼是指。

金属的活动性不同，可采用不同的冶炼方法。

金属冶炼的实质。

【学习过程】

1、金属的冶炼

1.金属在自然界中的存在形态分别是什么？

2.冶炼金属的方法有几种？

各适用于什么样的金属呢？

阅读课本88页~89页结合学案完成讨论。

3.观察【实验4-1】，完成下列表格：

实验

装置

及操作

实验

现象

铝与氧化铁反应的化学方程式

分析讨论：

（1）在实验中为什么要在铝与氧化铁混合粉末上加少量的氯酸钾固体，并在中间插一根用砂纸打磨过的镁条？

（2）这个反应属于放热反应还是吸热反应？

得到的铁单质的状态如何？

什么是铝热反应？

如何配制铝热剂？

（3）铝热反应属于四大基本反应类型的哪一类？

被还原的单质与铝在金属活泼性顺序表中的位置上有何特点？

（4）铝热反应有哪些应用？

4.金属冶炼的实质是什么？

5.你能否将金属活动性顺序表上的金属按冶炼方法的不同进行分类呢？

【归纳整理】

（1）热分解法

原理：

金属化合物形成单质。

适用于金属的冶炼。

写出方程式a.HgO分解：

b.Ag2O分解：

（2）电解法

原理______________________________________________

适用于金属的冶炼。

写出方程式a.冶炼金属钠：

b.冶炼金属镁：

c.冶炼金属铝：

（3）热还原法

原理：

金属化合物形成单质。

适用于金属的冶炼，常用的还原剂有、、等。

写出方程式a.高炉炼铁反应：

__________________________________________________

b.氢气还原氧化铜反应：

______________________________________________

铝热反应可以用于高熔点的金属的冶炼，如铁、铜、铬、钨等，写出方程式

a.四氧化铁和铝反应

b.三氧化二铬和铝反应

（4）其他冶炼方法

湿法炼铜：

火法炼铜：

【学以致用】

1.下列金属中，人类开发利用最晚的是（　　）

A．AlB．FeC．CuD．Ag

2．下列化学反应在金属冶炼工业中还没有得到应用的是（　　）

A．2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑B．Al2O3＋3C

2Al＋3CO↑

C．Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2D．2Ag2O

4Ag＋O2↑

3.铝能用来冶炼难熔金属（如Cr、V、Mn等），这是因为铝（）

A．有两性B．有良好的导电性

C．熔点低D．有还原性，且在反应中放出大量热

4．用铝热法还原下列化合物，制得金属各1mol，消耗铝最少的是（　　）

A．MnO2B．WO3C．Co3O4D．Cr2O3

二、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。

【学以致用】

5.我们每年要向自然界索取大量的金属矿物资源，然而矿物的储量是有限的，不能再生，保护金属资源的有效途径是：

①防止金属的锈蚀；②回收利用废旧金属；③禁止开采矿物；④寻找金属代用品（　　）A．①②③④B．①②③C．①③D．①②④

【基础达标】

1．人类历史上大量生产和使用铝、铁、钛、铜四种金属单质的时间顺序是（　　）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

A．铜、铁、铝、钛B．铁、铝、铜、钛

C．铜、铁、钛、铝D．铁、铜、铝、钛

2．工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法。

选用不同方法冶炼不同金属的主要依据是（　　）

A．金属在自然界中的存在形式B．金属元素在地壳中的含量

C．金属阳离子得电子的能力D．金属熔点的高低

3．下列说法正确的是（　　）

A．使元素的化合态转化成游离态的过程就是还原的过程

B．高炉炼铁的原料有铁矿石、焦炭和空气。

工业上就是用焦炭还原铁矿石以制得生铁

C．电解熔融氧化铝时，每还原出1kg铝，必有约111mol电子转移

D．工业上常用电解NaCl水溶液的方法制取金属钠

4.实验室欲使1.6gFe2O3完全被还原，事先应准备的CO气体的标准状况下的体积为（　　）

A．672mLB．336mLC．大于672mLD．小于336mL

5.矿物的储量有限，而且不可再生，我们必须保护金属资源并进行金属的回收利用．欲从含有硫酸、硫酸亚铁和硫酸铜的废液中，回收全部铜．处理过程如下：

步骤①加入过量铁粉，发生的反应方程式为：

，．充分反应后步骤②进行的操作是，得到的滤渣中含有，继续处理可以得到纯净的金属铜和硫酸亚铁固体．

6.已知有关物质的熔、沸点数据如下表：

MgO

Al2O3

MgCl2

AlCl3

熔点/℃

2852

2072

714

190（2.5×105Pa）

沸点/℃

3600

2982

1412

182.7

请参考上述数据回答下列问题：

工业上常用电解熔融MgCl2的方法生产金属镁，电解Al2O3和冰晶石熔融混合物的方法生产铝。

为什么不用电解MgO的方法生产镁？

理由是_______________________________________________________________________。

为什么不用电解AlCl3的方法生产铝？

理由是_______________________________________________________________________。

【拓展提升】

1.钛（Ti）因为具有神奇的性能，越来越引起人们的关注。

常温下钛不与非金属、强酸、强碱反应，红热时，却可以与常见的非金属单质反应。

钛是航空、军工、电力等方面的必需原料。

地壳中含钛矿石之一——金红石（主要成分是TiO2）。

目前大规模生产钛的方法是：

第一步：

金红石、炭粉混合，在高温条件下通入氯气制得TiCl4和一种可燃性气体。

该反应的化学方程式为__________________。

该反应的还原剂是________________。

第二步：

在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件与TiCl4反应制得金属钛。

（1）写出此反应的化学方程式_______________________________________________________________________。

（2）简述由上述所得产物中获得金属钛的步骤_______________________________________________________________________。

2．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4章第一节开发利用金属矿物和海水资源（第一课时）答案

【学以致用】

1.A[解：

四种金属的活泼性由弱到强的顺序为：

银、铜、铁、铝；金属越活泼，人类开发利用该金属的时间就越晚．故选A．]

2.B[解：

A、Na为活泼金属，较难用还原剂还原，通常采用电解熔融的金属氯化物的方法冶炼，故A正确；B、Al为活泼金属，通常用电解熔融的金属化合物的方法冶炼，但氧化铝的熔点较高，加入冰晶石的目的是降低熔点，故B错误；C、Fe处于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，故C正确；D、Ag为不活泼金属，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，故D正确；故选B．]

3.D[这是典型的铝热反应冶炼金属利用铝热反应中，铝即做还原剂还原不如铝活泼的金属金属，又释放大量热促进反应，来达到冶炼目的]

4.C[解析：

由价态知MnO2、WO3、Co3O4、Cr2O3分别是Mn（+4）、W（+6）、Co（+8/3）、Cr（+3），所以得到1molW需电子最多，为6mol，1molCo需电子最少，为3/8mol。

]

5.D[解：

保护金属资源的有效途径有：

防止金属的锈蚀，要想方设法防止金属生锈；回收再利用可节约原料节省能源，是一种保护金属资源的有效途径，要回收利用废旧金属；要合理开采矿物而不是禁止开采；寻找金属代用品可减少金属的利用率，节约了金属资源．]

【基础达标】

1.A[解析：

金属越不活泼，发现越早，金属越活泼，得到这些金属单质越难，发现越迟。

铝和钛相比，钛在地壳中含量较少，钛的大量生产和使用只是近些年引起重视。

]

2.C[解析：

工业冶炼金属采用不同的方法，主要是依据金属阳离子得电子能力的不同，C项正确。

]

3.C[解析：

元素有金属元素和非金属元素之分，使金属阳离子转化为金属单质的过程是借助还原反应。

与之相反，使非金属阴离子转化为非金属单质的过程则是借助氧化反应，如2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2。

所以选项A不正确。

高炉炼铁中起还原剂作用的是CO，而并非焦炭，B错。

Al－3e－===Al3＋，冶炼1kgAl共获得电子：

n（e－）＝

×3＝111.1mol所以C正确。

D中NaCl水溶液里的H＋得电子能力远比Na＋强，所以不可能得到Na，只能得到H2。

]

4.C[解析：

由Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2知1.6gFe2O3完全反应参加反应的CO的体积标况下应为672mL，但因为CO为易爆气体而且要使生成Fe在CO气流中冷却，必须通入更多的CO。

]

5.解：

铁与硫酸、硫酸铜都能反应，铁与硫酸反应生成硫酸亚铁和氢气，铁与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和铜；有金属铜析出，过滤可以把不溶于水的物质除去，得到生成的铜和过量的那部分铁；故答案为：

H2SO4+Fe═FeSO4+H2↑、Fe+CuSO4═Cu+FeSO4；过滤；Cu、Fe

6.解析：

根据表中MgO、MgCl2熔、沸点数据可知：

MgO的熔点远高于MgCl2。

若采取电解MgO，必须在2852℃以上，浪费大量的能量。

根据AlCl3的熔点和沸点知，AlCl3应为分子晶体，分子晶体在熔融状态下不导电，所以不能采用电解AlCl3的方法。

答案：

MgO熔点太高　AlCl3是共价化合物，在熔融状态下不导电

【拓展提升】

1.解析：

（1）化学方程式的书写可直接根据题中所给出的条件和反应物、生成物来写。

（2）提取金属钛时，结合题目中所给信息，常温下钛不与强酸反应，但镁能溶解，从而可选择用盐酸提纯。

答案：

TiO2＋2C＋2Cl2

TiCl4＋2CO　C　

（1）TiCl4＋2Mg

Ti＋2MgCl2

（2）加入足量盐酸，除去过量金属镁，过滤，并用蒸馏水洗涤固体得到金属钛

2.解析：

铝热与氧化铁粉末在较高温度下发生剧烈反应，生成Al2O3和Fe，称为铝热反应。

为获得较高温度，通常是用镁条与KClO3反应来实现。

试样A溶于盐酸得到MgCl2、FeCl3的混合溶液，由③可知混合液中还剩余盐酸，由于B过量，所以B与C反应后，溶液为MgCl2、FeCl2的混合溶液。

根据题意，各步发生的化学反应如下：

①Fe2O3＋2Al

2Fe＋Al2O3MgO与Al不发生铝热反应，故单质B为Fe。

②MgO＋2HCl====MgCl2＋H2O

Fe2O3＋6HCl====2FeCl3＋3H2O

③Fe＋2FeCl3====3FeCl2

Fe＋2HCl====FeCl2＋H2↑

④说明：

Fe3＋无剩余，溶液D为MgCl2、FeCl2的混合液。

设20gA中MgO和Fe2O3的物质的量均为x，则有40g·mol－1x＋160g·mol－1x＝20g，

解得：

x＝0.1mol

则溶液D中c（Mg2＋）＝

＝0.67mol·L－1。

据Cl－守恒得溶液D中

c（Fe2＋）＝

＝2.3mol·L－1。

答案：

（1）加少量KClO3，插上镁条并将其点燃Fe

（2）Fe2O3＋6HCl====2FeCl3＋3H2OMgO＋2HCl====MgCl2＋H2O

（3）Fe＋2H＋====Fe2＋＋H2↑Fe＋2Fe3＋====3Fe2＋

（4）0.67mol·L－12.3mol·L－1

第四章第一节开发利用金属矿物和海水资源（第二课时）

【学习目标】

1.了解海水中主要元素的种类和含量。

掌握海水淡化的常用方法，明确海水资源的利用形式。

2.了解从海水中提取镁、溴等流程及原理。

了解化学与资源的综合利用之间的联系，加强环保意识。

【学习重点】从海水中提取镁、溴、碘等流程及原理。

【预备知识】

1．海水水资源

海洋约占地球表面积的71%，海水占地球总水量的。

2．海水水资源的利用

（1）利用方式：

主要包括海水的淡化和直接利用海水进行等。

（2）海水淡化的途径主要是从海水中提取淡水或从海水中把分离出去。

（3）海水淡化的方法主要有、、等。

其中的历史最久，技术和工艺也比较完善，但成本较高。

3．海水化学资源的利用

（1）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和，

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，其他为元素，总计含有多种元素。

虽然海水中元素的种类很多，总储量很大，但许多元素的却很低。

例如，海水中金（Au）元素的总储量约为5×107t，而1t海水中的含量仅有4×10－6g。

（2）从海水中制取、、及其化工产品，是在传统海水制盐工业上的发展。

【学习过程】

1、海水水资源的利用

1.海水的淡化

⑴海水淡化有哪些方法？

最常用的方法是哪种？

（2）根据海水蒸馏实验，思考蒸馏操作中有哪些注意事项。

【学以致用】1.海水资源的利用包括海水的淡化，以下方法中，不能淡化海水的是（　　）

A．蒸馏法B．过滤法C．电渗析法D．离子交换法

2.下列属于海水化学资源利用的是（　　）

A．海水淡化B．利用海水冷却C．海水提溴D．海水发电

2、海水化学资源的开发与利用

1.海水制盐

⑴方法：

把海水引到盐滩上，利用日光和使水分蒸发，得到粗盐。

（2）粗盐中含Ca2+、Mg2+、SO42−等杂质，请写出粗盐的提纯步骤

【学以致用】3.：

用海水“晒盐”的方法得到的粗盐中，除氯化钠外，还含有氯化镁、氯化钙、硫酸钠等杂质．将此粗盐提纯的部分实验方案如下：

A溶液：

氢氧化钠溶液；B溶液：

氯化钡溶液C溶液：

碳酸钠溶液；D溶液：

盐酸溶液

①加入过量碳酸钠溶液的目的是。

②过滤后得到的沉淀成分有：

氢氧化镁、碳酸钙、．

③上述操作中的第二步是加入过量的氯化钡溶液，证明氯化钡溶液过量的方法是．

2.海水中提取碘

（1）实验步骤

取3g左右的干带，把干海带表面的附着物用刷子刷净，用剪刀剪碎后，用酒精浸润，放入坩埚中。

点燃酒精灯，灼烧海带至变成灰烬，停止加热，冷却。

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。

在滤液中滴入几滴稀硫酸，再加入约1mlH2O2（质量分数为30%）观察现象。

加入几滴淀粉溶液，观察现象。

（2）分析讨论：

①本实验的原理是什么？

②实验前为什么要用刷子而不用水冲洗干海带？

③碘易升华，为什么还可以用酒精灯灼烧干海带？

④能否用氯水代替稀硫酸和双氧水？

【归纳整理】

【学以致用】4.某同学为了验证海带中含有碘，拟进行如下实验，请完成相关问题。

（1）第1步：

灼烧。

操作是将足量海带灼烧成灰烬。

该过程中将使用到的硅酸盐质实验仪器有（填代号，限填3项）。

A．试管　B．瓷坩埚　C．坩埚钳　D．铁三脚架　E．泥三角

F．酒精灯　G．烧杯　H．量筒

（2）第2步：

I－溶液的获取。

操作是。

（3）第3步：

氧化。

操作是依次加入合适的试剂。

下列氧化剂最好选用（填代号）

A．浓硫酸　　　　B．新制氯水C．KMnO4溶液D．H2O2

理由是

（4）第4步：

碘单质的检验。

操作是取少量第3步的溶液，滴加淀粉溶液，如果溶液显色，则证明海带中含碘。

3.海水中提取溴

（1）结合课本资料卡片内容，设计一个实验方案，模拟Br-转变为Br2的生产过程，写出实验步骤及有关的化学方程式。

（2）在生产溴的过程中，第一步已经得到了溴单质，为什么还要将其转变成氢溴酸，再进一步转变为溴单质？

【学以致用】5.工业上从海水中提取溴的方法如下：

①将蒸馏（制淡水）后浓缩的海水用硫酸进行酸化；②向酸化的海水中通入足量氯气，使溴离子转化为溴单质；③向上述溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹入盛有二氧化硫水溶液的吸收塔内转化成氢溴酸；④向吸收塔内通入适量的氯气；⑤用四氯化碳萃取吸收塔中的溴单质。

请完成下列问题：

（1）在实验室中蒸馏海水制淡水时，常用的仪器除了酒精灯、锥形瓶、牛角管、冷凝管、石棉网及必要的夹持仪器，还需要的玻璃仪器有                               ；蒸馏时碎瓷片的作用是。

（2）步骤②中反应的离子方程式为 

（3）步骤③的目的是使溴单质富集，试写出溴单质与二氧化硫水溶液反应的化学方程式为。

反应中（写化学式）是氧化剂。

1mol氧化剂在反应中得到            mol电子。

（4）下列能代替四氯化碳来萃取溴的试剂是                （填序号）

A．盐酸            B．酒精            C．乙酸            D．苯

拓展：

海水中提取镁

从海水中可以获得淡水、食盐并可提取镁和溴等物质．

（1）贝壳的主要成分是______（填化学式）；海水淡化的方法主要有______（填一种）．

（2）经过化学变化才能从海水中获得的物质是______（填序号）

A．氯、溴、碘B．钠、镁、铝C．烧碱、氢气D．食盐、淡水

（3）从海水中提取镁的流程如图所示：

反应①的离子方程式为______．反应②的化学方程式为______．（4）从海水中提取溴的主要步骤是向浓缩的海水中通入氯气，将溴离子氧化，该反应的离子方程式为______．

【达标检测】

1.6月5日是世界环境日，环境与可持续发展是永远的主题，利用海水是可持续发展的一个任务，对于海水的利用认识错误的是（　　）

A．海水中有人类大量需要的物质，人类可以大量开发海水中的物质，以满足资源短缺的问题

B．海水可以成为廉价的能源基地，但不能开发过度，要适度使用和开发

C．可以用太阳能电解海水以获取氢能源

D．人类在利用海水时要兼顾海洋生物和海洋生态平衡

2.海洋是重要的资源，利用海水可以得到许多产品．①海水“晒盐”；②海水“制碱”；③海水“淡化”；④从海水中提取镁．其中主要利用化学变化的是（　　）

A．全部B．①②④C．只有②D．只有②④

3．许多国家十分重视海水资源的综合利用。

不需要化学变化就能够从海水中获得的物质是（　　）

A．氯、溴、碘B．钠、镁、铝C．烧碱、氢气D．食盐、淡水

4.目前，从海水中提取的溴占世界溴年产量的1/3左右，常用的方法之一是用氧化剂把Br－氧化成单质溴，再通入热空气把溴蒸气吹出，这一反应中常使用的氧化剂是（　　）

A．O2　　　　　　　　　B．Cl2C．浓硫酸D．浓硝酸

5．从海水中提取单质镁，下列途径正确的是（　　）

A．海水

Mg（OH）2

MgB．海水

MgCl2

Mg

C．海水

Mg（OH）2

MgCl2

MgD．海水

MgCl2

Mg

6．海水中含有氯化镁，是镁的重要来源之一。

从海水中提取镁，可以按照如下步骤：

①把贝壳制成石灰乳；②在引入的海水中加入石灰乳，沉降、过滤、洗涤沉淀物；③将沉淀物与盐酸反应，结晶，过滤，干燥产物；④将所得产物熔融后电解。

关于提取镁，下列说法不正确的是（　　）

A．此法的优点之一是原料来源丰富

B．进行①②③步操作的目的是从海水中提取氯化镁

C．第④步电解会产生氯气

D．以上提取镁的过程中涉及的反应有分解反应、化合反应和置换反应

7．海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素，碘元素以碘离子的形式存在。

实验室里从海藻中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_________________________________，②_________________________________。

写出实验②中有关反应的离子方程式：

___________________________________________________。

（2）提取碘的过程中，可供选择的有机溶剂是（　　）

A．甲苯、酒精B．四氯化碳、苯C．汽油、乙酸D．汽油、甘油

（3）为了进行该实验，实验室准备了烧杯、玻璃棒、锥形瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器、物品。

还缺少的玻璃仪器是________________________________________。

（4）从含碘的有机溶液中提取碘和回收有机溶剂还需经过蒸馏，指出下图实验装置中的错误之处：

_______________________________________________________________________；

②___________________________________________________；

③___________________________________________________。

（5）进行上述蒸馏操作时，使用水浴的原因是________________

________________________________________________________，

最后，晶态碘在__________里聚集。

第四章第一节开发利用金属矿物和海水资源（第二课时）

【学以致用】

1解：

A．因水的沸点较低，可用蒸馏法得到蒸馏水，实现海水淡化的目的，故A不选；

B．过滤不能除去海水中的可溶性盐，不能达到淡化海水的目的，故B选；

C．利用电渗析法可使相应的离子通过半