高考化学一轮Word版导学案第七章 学案33 开发利用金属矿物和海水资源.docx

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高考化学一轮Word版导学案第七章学案33开发利用金属矿物和海水资源

第七章　化学与自然资源的开发利用

学案33　开发利用金属矿物和海水资源

[考纲要求]　1.了解金属矿物和海水的综合利用。

2.了解化学科学发展对自然资源利用的作用。

知识点一　金属矿物的开发和利用

1．金属在自然界中存在的形态

除了____、____等极少数金属外，绝大多数金属以______的形式存在于自然界中。

在这些金属化合物中，金属元素都显____化合价。

2．金属冶炼的实质

使金属化合物中的金属离子____电子被________为金属单质的过程：

Mn＋＋ne－===M。

3．金属冶炼的一般步骤

4．金属冶炼方法

（1）热分解法

例如：

2HgO

2Hg＋O2↑，2Ag2O

4Ag＋O2↑。

用热分解冶炼法冶炼金属的特点是金属元素的金属性____，金属元素的原子________失去电子，其金属离子________得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性________。

（2）热还原法冶炼金属

①焦炭还原法。

例如：

C还原ZnO、CuO，其化学方程式依次为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

②一氧化碳还原法。

例如：

CO还原Fe2O3、CuO，其化学方程式依次为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

③氢气还原法。

例如：

H2还原WO3、Fe3O4，其化学方程式依次为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

④活泼金属还原法。

例如：

Al还原Cr2O3、V2O5，其化学方程式依次为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

做铝热反应实验时，铝热剂是指__________________________________。

镁条和KClO3的作用是____________________。

反应时的现象是____________________。

常用铝热反应冶炼________________的金属。

可用热还原法冶炼的金属，其金属性________，金属在常见金属活动性顺序表中居于________区域。

（3）电解法冶炼金属

例如：

Al2O3、MgCl2、NaCl的电解反应，其化学方程式依次为

________________________________________________________________________；

________________________________________________________________________；

________________________________________________________________________。

问题思考

1．能否用电解AlCl3和MgO的方法冶炼Al、Mg?

2．铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对铝的使用比铁、铜晚的多？

知识点二　海水资源的开发利用

　海水资源的利用主要包括海水水资源的利用和海水化学资源的利用。

1．海水水资源的利用

海水淡化的方法主要有________、__________、________________等。

淡化方法

原理

蒸馏法

将海水加热至105℃蒸发汽化，然后蒸汽冷凝而得到蒸馏水

电渗析法

利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，在外加直流电场作用下，使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到除盐目的

离子交换法

用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂除去海水中的阴、阳离子得到去离子水的方法

问题思考

3．为什么开发利用海水资源前景广阔？

2．海水化学资源的开发利用

（1）氯碱工业

海水→NaCl

________、________、________。

电解饱和NaCl溶液的方程式为

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）海水提镁

海水

Mg（OH）2

________（溶液）

MgCl2·6H2O→________

Mg、Cl2

（3）海水提溴

海水（酸化）

________

________

________（液）。

问题思考

4．写出海水中提取镁的离子方程式。

一、金属冶炼方法与金属活动性的关系

1．金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系（见下表）

金属的活

动性顺序

K　Ca　Na

Mg　Al

Zn　Fe　Sn

Pb（H）　Cu

HgAg

Pt　Au

金属原子

失电子能力

强→弱

金属离子

得电子能力

弱→强

主要冶炼方法

电解法

热还原法

热分解法

物理方法

2.工业上常用的还原剂有焦炭、CO、H2和活泼金属（一般为Al），其中纯度要求不高的金属一般用较廉价的焦炭或CO还原，纯度要求高的一般用H2还原，而对于一些难熔的稀有金属一般需要用铝还原，该反应叫做铝热反应。

铝热反应的特点：

①高温条件；②剧烈燃烧，放出大量的热；③新生成的液态金属单质易与Al2O3（固态）分离。

典例导悟1

　（2017·郑州质检）氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼，下列说法不正确的是（　　）

A．电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，钠离子被还原，氯离子被氧化

B．湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应

C．用磁铁矿炼铁的反应中，1molFe3O4被CO还原成Fe，转移9mole－

D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化

听课记录：

二、海洋资源的开发利用

1．海水淡化

（1）海水淡化途径：

通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去。

（2）海水淡化的方法及其特点

海水淡化的方法主要有蒸馏法（如图所示）、电渗析法、离子交换法等。

其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善，但成本较高。

（3）原理：

水的沸点低，蒸馏时水汽化，而其他物质沸点高，不能汽化，水蒸气冷却得到淡水。

（4）注意事项

①烧瓶内加少量碎瓷片以防暴沸。

②冷凝水流向是低进高出。

典例导悟2

　如果实行海水淡化来供应居民饮用水，下列方法中在原理上完全不可行的是（　　）

A．加明矾使海水中的盐沉淀出来而淡化

B．利用太阳能使海水升温，通过蒸馏而使其淡化

C．将海水缓慢降温凝固以获取淡水

D．将海水通过离子交换树脂以除去各种离子

听课记录：

2．海水中镁的提取

（1）流程

（2）有关反应的化学方程式

MgCl2＋Ca（OH）2===Mg（OH）2↓＋CaCl2

Mg（OH）2＋2HCl===MgCl2＋2H2O

MgCl2·6H2O

MgCl2＋6H2O↑

MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑

典例导悟3

　海水是镁的主要来源之一，从海水中提取金属镁的主要生产步骤有：

①浓缩结晶　②加熟石灰

③加盐酸　④过滤　⑤熔融电解

（1）正确的生产顺序是______________。

（2）以上提取镁的全过程中，没有涉及的化学反应类型是________（填序号）。

A．分解反应B．化合反应

C．置换反应D．复分解反应

（3）下列关于提取镁的说法中，不正确的是________（填序号）。

A．此法的优点之一是原料来自大海

B．进行①②③步骤的目的是富集MgCl2

C．常用电解熔融氧化镁的方法制取镁

D．电解冶炼镁要消耗大量电能

3．海水中溴的提取

（1）工艺流程：

海水

Br2（l）

（2）原理

①用________将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化。

②向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质，离子方程式是________________________________________________________________________。

③向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的：

Br2＋SO2＋2H2O===______________________________。

④向吸收塔内溶液中通入适量的氯气：

2HBr＋Cl2===____________________________________________。

⑤用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内溶液中的溴单质。

⑥若要得到纯净的液溴，采用的分离方法是________。

4．海带中碘的提取

（1）流程

（2）主要化学原理：

Cl2＋2KI===2KCl＋I2。

典例导悟4

　（2017·山东荣成模拟）海带中含有丰富的碘。

为了从海带中提取碘，某研究性学习小组设计并进行了以下实验：

请填写下列空白：

（1）步骤①灼烧海带时，除需要三脚架外，还需要用到的实验仪器是______________（从下列仪器中选出所需的仪器，用标号字母填写在空白处）。

A．烧杯　　　B．坩埚　　　C．表面皿

D．泥三角E．酒精灯F．干燥器

（2）步骤③的实验操作名称是______；步骤⑥的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收苯，该步骤的实验操作名称是________。

（3）步骤④反应的离子方程式是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）步骤⑤中，某学生选择用苯来提取碘的理由是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）请设计一种检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘的简单方法：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

1．（2017·浙江理综，13）海水中含有丰富的镁资源。

某同学设计了从模拟海水中制备MgO的实验方案：

模拟海水中的离子浓度/mol·L－1

Na＋

Mg2＋

Ca2＋

Cl－

HCO

0.439

0.050

0.011

0.560

0.001

注：

溶液中某种离子的浓度小于1.0×10－5mol·L－1，可认为该离子不存在；

实验过程中，假设溶液体积不变。

Ksp（CaCO3）＝4.96×10－9

Ksp（MgCO3）＝6.82×10－6

Ksp[Ca（OH）2]＝4.68×10－6

Ksp[Mg（OH）2]＝5.61×10－12

下列说法正确的是（　　）

A．沉淀物X为CaCO3

B．滤液M中存在Mg2＋，不存在Ca2＋

C．滤液N中存在Mg2＋、Ca2＋

D．步骤②中若改为加入4.2gNaOH固体，沉淀物Y为Ca（OH）2和Mg（OH）2的混合物

2．（2017·天津理综，9）海水是巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列。

从海水中提取食盐和溴的过程如下：

（1）请列举海水淡化的两种方法：

__________________、________________。

（2）将NaCl溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有H2、________________、__________________或H2、__________________。

（3）步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，其目的为

________________________________________________________________________。

（4）步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式为

________________________________________________________________________，

由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是

________________________________________________________________________。

（5）某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法，查阅了有关资料：

Br2的沸点为59℃，微溶于水，有毒性和强腐蚀性。

他们参观生产过程后，绘制了如下装置简图：

请你参与分析讨论：

①图中仪器B的名称：

________________________________________________________________________。

②整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因是

________________________________________________________________________。

③实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件：

________________________________________________________________________。

④C中液体产物颜色为________________。

为除去该产物中仍残留的少量Cl2，可向其中加入NaBr溶液，充分反应后，再进行的分离操作是__________________。

题组一　金属的冶炼

1．在理论上我们可以用电解熔融KCl的方法来制备金属钾，而实际上我们不用此法制备钾，而用熔融状态下的KCl与Na反应并及时抽走钾蒸气的方法制备钾，可能的原因是：

①钾易溶于熔融的钾盐中；②钾蒸气易逸出而污染环境；③钾被氧化后的产物与K作用具有爆炸性；④抽走钾的蒸气有利于钠与熔融的KCl反应，其中正确的是（　　）

A．全部B．①③C．①④D．②④

2．下列化工生产原理错误的是（　　）

①可以电解熔融的氯化钠来制取金属钠；②可以将钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁；③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝；④炼铁时高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热。

A．②③B．①③C．①②③D．②③④

3．冶炼金属一般有下列四种方法：

①焦炭法；②水煤气（氢气或一氧化碳）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）火烧孔雀石炼铜；（Ⅱ）湿法炼铜；现代有（Ⅲ）铝热法炼铬；（Ⅳ）从光卤石中炼镁。

对它们的冶炼方法的分析不正确的是（　　）

A．（Ⅰ）用①B．（Ⅱ）用②

C．（Ⅲ）用③D．（Ⅳ）用④

题组二　海水资源的开发利用

4．从海藻灰中提取碘的方法是：

往海藻灰浸取液中通入Cl2后用升华的方法将置换出的碘提纯。

但浸取液中通入Cl2时会生成少量性质类似于Cl2的ICl和IBr，为了消除这两种杂质，使其中的碘完全游离出来，可加入适量的（　　）

A．CaOB．KIC．H2OD．酒精

5．（2017·长春质检）从海水中可以提取溴，主要反应为2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－，下列说法正确的是（　　）

A．溴离子具有氧化性

B．氯气是还原剂

C．该反应属于复分解反应

D．氯气的氧化性比溴单质强

6．下列关于海水淡化的叙述中不正确的是（　　）

A．蒸馏法淡化海水（图甲）原理简单，但消耗大量能源，产生大量锅垢，很难大量生产淡水

B．利用太阳能蒸发海水（图乙）是一种环境友好、节约能源的好方法，也是一种古老的方法

C．利用海水淡化产生的高浓度的卤水来提取有用物质，是海水利用的基本思路

D．研制高性能的渗透膜来提高海水淡化效率，最终实现海水自动转化为淡水

题号

1

2

3

4

5

6

答案

题组三　化工工艺流程

7．假如你是一位企业家，在众多开发海水资源的项目中，选择了海水提镁，在前期考察过程中你将遇到许多问题，请根据背景材料的提示，按要求完成相关问题：

背景材料1：

下表所示为海水中各元素含量情况（mg·L－1）。

元素

浓度/mg·L－1

元素

浓度/mg·L－1

钠

10770

氯

19350

镁

1290

硫

885

钾

380

溴

67

钙

400

碘

0.06

背景材料2：

部分化学试剂的市场价格

试剂

氢氧化钾

氢氧化钠

氢氧化钙

氧化钙

价格（元/吨）

5238.00

2300.00

1200.00

700.00

请完成下列问题：

（1）在海水提镁的过程中要实现对镁离子的富集、分离，有以下三个方案：

方案一：

直接往海水中加入沉淀剂；

方案二：

加热蒸发海水再加入沉淀剂；

方案三：

在晒盐后的卤水中加入沉淀剂。

你认为方案________最合理。

不选方案________的理由是

________________________________________________________________________。

不选方案________的理由是

________________________________________________________________________。

（2）应该选择________试剂作为镁离子的沉淀剂。

不考虑其他费用，沉淀相同量的镁离子所用氢氧化钠和氧化钙的价格比为__________。

（3）为了节省成本，拟考虑以海边上的贝壳为原料，试简述其理由

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

答案

学案33　开发利用金属矿物和海水资源

【课前准备区】

知识点一

1．金　铂　化合物　正

2．得　还原

4．

（1）弱　不易　容易　较差

（2）①C＋2ZnO

2Zn＋CO2↑，C＋2CuO

2Cu＋CO2↑

②3CO＋Fe2O3

2Fe＋3CO2，CO＋CuO

Cu＋CO2

③3H2＋WO3

W＋3H2O,4H2＋Fe3O4

3Fe＋4H2O

④2Al＋Cr2O3

Al2O3＋2Cr,10Al＋3V2O5

6V＋5Al2O3

铝粉和金属氧化物（如Fe2O3等）组成的混合物　作引燃剂，为反应物提供热量　剧烈燃烧，放出大量热　高熔点　中等　中间

（3）2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑　MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑　2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑

知识点二

1．蒸馏法　电渗析法　离子交换法

2．

（1）Cl2　H2　NaOH　2NaCl＋2H2O

2NaOH＋Cl2↑＋H2↑

（2）MgCl2　MgCl2

（3）Br2　HBr　Br2

问题思考

1．不能。

因为AlCl3是共价化合物，熔融时无法电离出自由移动的离子，不导电；而MgO虽是离子化合物，但其熔点太高，熔融会消耗大量电能，成本较高。

2．铝的金属活动性比铁、铜强，难于冶炼，古代人们的技术条件达不到，不能冶炼铝，故铝的发现和大量使用比铁、铜晚的多。

3．海水资源巨大，各种元素的含量多，水还可以循环使用。

4．①Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓

②Mg（OH）2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O

③MgCl2·6H2O

MgCl2＋6H2O

④MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑

【课堂活动区】

3．

（2）①蒸馏法　②Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2　③2HBr＋H2SO4　④2HCl＋Br2　⑥蒸馏

典例导悟

1．C　[由2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑可知钠离子得电子被还原，Cl－失电子被氧化，A项正确；无论是湿法炼铜还是火法（热还原法）炼铜，都是正二价的铜离子得到电子生成铜原子被还原，B项正确；1molFe3O4被还原为Fe时，应转移8mole－，C项错误；铝热反应放出大量的热，使铁成为液态从而与Al2O3分离，D项正确。

故选C。

]

2．A　[海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法。

选项A，加明矾，明矾的主要成分是KAl（SO4）2·12H2O，不能使海水中的盐沉淀出来，所以不能使海水淡化。

]

3．

（1）②④③①⑤　

（2）C　（3）C

解析　

（2）从海水中提取镁的全过程中，涉及的反应有：

①把贝壳制成石灰乳：

CaCO3

CaO＋CO2↑，分解反应；CaO＋H2O===Ca（OH）2，化合反应；②沉淀Mg2＋：

Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓，复分解反应；③沉淀物与盐酸反应：

Mg（OH）2＋2HCl===MgCl2＋2H2O，复分解反应；

④电解：

MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑，分解反应。

未涉及置换反应。

（3）由于MgO的熔点高，工业生产中不使用电解熔融MgO的方法冶炼Mg。

4．

（1）BDE　

（2）过滤　蒸馏

（3）2I－＋MnO2＋4H＋===Mn2＋＋I2＋2H2O　（4）苯与水互不相溶；碘在苯中的溶解度比在水中大　（5）取少量提取碘后的水溶液于试管中，加入几滴淀粉试液，观察是否出现蓝色（如果变蓝，说明还有单质碘）

解析　

（1）该实验是对固体海带加热灼烧，与三脚架一起使用的常常是泥三角、坩埚和酒精灯。

（2）步骤③是由海带灰悬浊液得到含碘离子的溶液，因此一定要进行过滤。

（3）结合“碘离子

含碘水溶液”，再联想实验室中Cl2的制备不难写出④的离子方程式为

2I－＋MnO2＋