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1、化学课堂导练必修二人教通用版教师必备用书第四章 化学与自然资源的开发利用 Word版含答案化学与自然资源的开发利用金属在自然界中的分布很广，无论是矿物，还是动植物体内，或多或少地都含有金属元素。由于不同金属的化学活动性相差很大，因此，它们在自然界中的存在形式也各不相同。少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能以游离态存在，如金和铂以及少量的银和铜。化学性质比较活泼的金属，在自然界中总是以化合态存在。化学要研究如何合理、高效地利用这些金属矿物，将其中的金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼。地球上的金属矿物资源是有限的，金属冶炼常会消耗许多能量，也易造成

2、环境污染。我们必须学会合理开发和利用这些矿物资源，有效地使用金属产品、材料，主要的途径有提高金属矿物的利用率，减少金属的使用量，加强金属资源的回收和再利用，使用其他材料代替金属材料等。20世纪90年代提出的“绿色化学”概念，要求利用可再生的原料生产化学产品，保护生态环境；化学产品的生产过程应该是环境友好的，不产生危害环境的废弃物，实行清洁生产，为社会提供有益无害的化学产品。有机反应往往产生副产物和废弃物，对环境造成污染。将原料分子中的原子百分之百地转化为产物，实现零排放是化学家的理想，这就是“原子经济性”。现在有的反应的原子利用率已经达到100%，一个经典的例子就是环氧乙烷的生产。原工艺使用的

3、氯乙醇法，要用氯气并产生大量氯化钙，原子利用率只有25%；现在用银催化氧化乙烯，原子利用率达100%。提高有机反应的原子利用率应从选择新原料、采用新型催化剂、改用新的反应路线等方面不断地探索。按照可持续发展的要求，有机化学还有许多要研究和解决的问题。从反应原料到反应产品，从反应条件到反应路线，将原来依赖矿物资源转变为开发生物质资源的新路线。第一节开发利用金属矿物和海水资源第1课时金属矿物的开发利用现在我们家庭中大多都是不锈钢或陶瓷餐具，铝制餐具已逐渐退出，但在铝刚被提炼出来的19世纪，拿破仑大宴宾客及大臣时，其他人用银做的餐具而他自己却用铝做的餐具。1889年，德国著名的化学家门捷列夫到英国伦

4、敦访问和讲学，英国科学家为表彰他在化学上的杰出贡献，尤其是在发现元素周期律和建立元素周期表上的贡献，赠给他一件贵重的奖品，就是用金和铝制成的一架天平。为什么在地壳中含量比铁还多的金属铝，在19世纪比金还贵重呢？随着经济和社会的发展，各种各样的金属应用越来越广，但绝大多数的金属元素以化合物的形式存在于自然界的金属矿物中。那么，怎样从金属矿物中得到金属呢？不同的金属冶炼方法是否相同呢？一、金属在自然界中的存在形态点拨：金属在自然界中的存在形式与金属的活泼性有关。二、金属的冶炼1冶炼的原理和实质2冶炼的方法(1)常用方法。(2)其他方法。点拨：冶炼铝时不用氯化铝，因为氯化铝为共价化合物；冶炼镁时不用

5、氧化镁，因为氧化镁的熔点高。三、金属资源的合理开发利用1合理开发利用金属资源金属矿产资源是不可再生资源。2有效利用金属资源的途径(1)提高金属矿物的_利用率_；(2)减少金属的使用量；(3)加强金属资源的_回收_和再利用；(4)使用其他材料代替金属材料。1(2018江南十校联考)从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。如图表示三种金属被人类开发利用的大致年限，之所以有先后，主要取决于(D)A金属的导电性 B金属在地壳中的含量C金属的化合价 D金属的活动性解析：铝、铁、铜在自然界中主要以化合态形式存在，它们的金属活动性依次减弱，金属阳离子的氧化性逐渐增强，三种金属中铜较易冶

6、炼，铝最难还原。2(2018北京昌平期末质量监控)下列金属用热还原法冶炼的是(B)A钠 B铁C银 D汞解析：根据金属活动性与冶炼方法的关系分析，铁可以用热还原法冶炼，故B项正确。3(2018江西宜春奉新一中期末)下列说法正确的是(C)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金属冶炼的实质是金属元素被氧化C电解熔融氧化铝时，每还原出1 kg铝，必有约111 mol 电子转移D工业上常用电解NaCl水溶液的方法制取金属钠解析：A项，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2BrCl2

7、=2ClBr2，故错误；B项，金属冶炼的实质是金属元素被还原，故错误；C项，电解熔融氧化铝时，Al33e=Al，冶炼1 kg Al共获得电子：n(e)3111 mol，故正确；D项，工业上制取金属钠时，电解的是熔融氯化钠，故错误。4(2018湖南湘潭高一质检)下列金属：铁、镁、锰、矾、铬，可用铝热法制备的有(C)A BC D解析：可用铝热法制备的金属通常具有较高的熔点，且不能比铝活泼。5下列冶炼金属的反应，一定是置换反应的是(C)A热分解法 B电解法C铝热法炼铁 D高炉炼铁解析：铝热法炼铁是铝单质与铁的氧化物反应生成铁，一定为置换反应。知识点一金属的冶炼问题探究：1根据金属冶炼的方法讨论，金属

8、冶炼的实质是什么？2在金属中，铝元素在地壳中的含量居第一位，为什么铝的发现和使用比铜和铁要晚得多？探究提示：1.金属冶炼的实质是金属离子得到电子被还原为金属单质的过程，Mnne=M。2金属的发现和使用与金属的活动性密切相关，金属活动性越强，其相应的金属阳离子得电子的能力越弱，冶炼难度越大。铝是一种活动性较强的金属，用一般的还原剂很难将其还原，工业上采用最强有力的氧化还原手段电解法进行冶炼，而铜和铁用一般的还原剂就可以达到目的，所以铝的发现和使用比铜和铁要晚得多。知识归纳总结：金属的活泼性与冶炼方法1金属的冶炼原理金属冶炼的实质是根据氧化还原反应原理，使金属化合物中的金属阳离子得到电子被还原为金

9、属单质的过程，即：Mnne=M。2金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系金属的活动性顺序K Ca NaMg AlZn Fe SnPb (H) CuHg AgPt 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3.金属冶炼的三个步骤及目的：步骤目的矿石富集除去杂质、提高矿石中有效成分的含量冶炼用适当还原剂把矿石中的化合态金属还原，得到粗金属单质精炼加入试剂除杂或电解精炼，得到纯金属点拨：(1)金属冶炼方法并不是唯一的，如铜的冶炼方法有湿法、火法，并不一定是热还原法。(2)金属冶炼方法的选择，还应该注意金属元素在自然界中的存在形式。典例1 将金属矿物中的金属

10、元素从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼。下列说法中，错误的是(B)A金属的冶炼，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物中还原出来B冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂C金属由化合态变为游离态，都是被还原D金属单质被发现和应用得越早，其活动性一般越弱解析：金属的冶炼是将金属化合物转化为金属单质，A项说法正确，有的金属化合物在发生氧化还原反应冶炼金属时，自身既作氧化剂又作还原剂，不需要另加还原剂，如HgO，B项说法错误；金属元素在化合物中显正价，当转化为金属单质后化合价为0，发生还原反应，C项说法正确；金属被发现和应用得越早，说明该金属

11、越容易被还原，从而也说明这些金属的活动性一般是较弱的，D项说法正确。变式训练1 我国古代曾用火烧孔雀石和焦炭混合物的方法炼铜，孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3，其冶炼方法是(A)A焦炭还原法B湿法炼铜C铝热还原法D电解冶炼法解析：火烧孔雀石和焦炭混合物发生的反应为Cu2(OH)2CO32CuOH2OCO22CuOC2CuCO2，属于焦炭还原法。知识点二铝热反应问题探究：1.铝热反应实验中镁条与氯酸钾的作用是什么？2能否利用铝热反应冶炼镁？探究提示：1.镁条的作用是燃烧放出大量的热引发KClO3分解，氯酸钾的作用是供氧剂。2Mg的活动性强于Al，不能用Al还原MgO制得Mg。知识归纳总结

12、：1铝热反应概念铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应原理Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来铝热剂铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物反应特点在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离应用冶炼难熔的、相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等2铝热反应实验【实验现象】(1)镁带剧烈燃烧。(2)氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。(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，有熔融物落入沙子中。【实验结论】在高温下，铝与Fe2O3发生反应

13、，放出大量的热。3铝热反应的注意事项(1)氯酸钾的作用是提供氧气，使镁带快速充分反应。(2)要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从纸漏斗四周溅出。(3)要用盛有细沙的蒸发皿接收熔融物，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人。典例2 用如图所示的装置做铝热反应实验，回答下列问题：(1)写出该反应的化学方程式：_2AlFe2O32FeAl2O3_，在该反应中，_Fe2O3_是氧化剂，_Al_是还原剂，该反应称为_铝热_反应。(2)选出该实验的实验现象：_(填序号)。镁条剧烈燃烧放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射纸漏斗的下部被烧穿有红热状态的液珠落入

14、蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体(3)写出下列操作或物质的作用：内层纸漏斗底部剪一个孔：_使熔融物易于落下_；蒸发皿盛沙：_防止溅落物炸裂蒸发皿_；镁条：_引燃剂_；氯酸钾：_助燃剂_。变式训练2 (2018江苏苏州一模)利用铝热反应可以焊接钢轨。下列说法正确的是(A)A铝、氧化铝中铝元素微粒的半径r(Al3)r(Al)B工业上可用铝热反应提取镁C在铝热反应中化学能全部转化为光能D在铝热反应中铁的还原性大于铝的还原性解析：铝离子含有2个电子层，铝原子含有3个电子层，则微粒的半径大小为：r(Al3)r(Al)，故A正确；由于铝的还原性弱于镁，无法通过铝热反应提取镁，工业上通常采用电解熔融

15、氯化镁的方法获得镁，故B错误；在铝热反应中，化学能除了转化为光能，还转化为热能等能量，故C错误；铝热反应中，被置换出来的金属的还原性小于Al的还原性，如铁的还原性小于铝的还原性，故D错误。铝的冶炼史1825年，丹麦的奥斯特分离出少量的纯铝。1827年，德国化学家维勒用金属钾与无水氯化铝反应而制得了铝。但是钾太昂贵了，所以不允许大规模地生产铝。又过了27年，法国化学家德维尔用金属钠与无水氯化铝一起加热而获得闪着金属光泽的小铝球。因此在19世纪，铝是一种珍贵的金属，它的价格同黄金相当。1884年，在美国奥伯林学院化学系，有一位叫做查尔斯马丁霍尔的青年学生。当时他只有二十一岁。一次，他听一位教授(这

16、位教授正是维勒的学生)说：“不管谁能发明一种低成本的炼铝法，都会出人头地。”这使霍尔意识到只有探索廉价的炼铝方法，才能使铝被普遍应用。霍尔在自己家里的柴房中办一个家庭实验室，经过两年的不断探索终于在1886年2月的一天，他终于看到小球状的铝聚集在阴极上，后来，这些铝球竟成为“王冠宝石”，至今仍珍存在美国制铝公司的陈列厅中。还有一件值得提及的事，非常巧合，一位与霍尔同龄的年轻的法国化学家埃鲁也在这年稍晚些时候发明了相同的炼铝法。霍尔与埃鲁在遥远的两大洲，同年来到人世(1863年)又同年发明了电解炼铝法(1886年)。虽然他们之间曾一度发生了专利权的纠纷，但后来却成为莫逆之交。1911年，当美国化

17、学工业协会授予霍尔著名的佩琴奖章时，埃鲁还特意远涉重洋到美国参加了授奖仪式。亲自向霍尔表示祝贺。或许是上天的旨意，1914年，这两位科学家又都相继去世。难怪当后人们一提起电解炼铝法的时候，便总把霍尔和埃鲁的名字联在一起。即时训练冶炼金属常用以下几种方法：以C、CO或H2做还原剂铝热反应法电解法热分解法。下列金属各采用哪种方法？(1)Fe、Zn、Cu等相对较活泼金属_(填序号，下同)；(2)Na、Mg、Al等活泼金属_；(3)Hg、Ag等不活泼金属_；(4)V、Gr、Mn、W等高熔点金属_。解析：金属活动性顺序表中，各金属的冶炼方法如下：而V、Cr、Mn、W等高熔点金属一般用铝热法。1(2018

18、西安高一检测)在冶金工业上，均能用化学还原剂制得的一组金属是(C)ANa、Mg、Al BNa、Zn、FeCZn、Fe、Cu DMg、Al、Zn、Fe解析：Na、Mg、Al的冶炼方法为电解法；Zn、Fe、Cu的冶炼方法为化学还原剂还原法。2(2018山西学考真题)工业上获得金属镁采用的冶炼方法是(B)A加热分解镁氧化物 B电解熔融氯化镁C高温下发生铝热反应 D高温下用氢气还原解析：由于金属镁的活泼性较强，因此工业上一般采用电解熔融氯化镁制备金属镁。3(2018淮安高一检测)成语是中华民族灿烂文化中的瑰宝，许多成语中蕴含着丰富的化学原理，下列成语中涉及氧化还原反应的是(B)A木已成舟 B百炼成钢C

19、铁杵成针 D滴水成冰解析：A项，木已成舟只是物质形状的变化，没有新的物质生成，则没有涉及化学变化，故A不符合题意；B项，因生铁碳含量2%4.3%，钢的碳含量0.03%2%，生铁中的含碳量比钢高，经过高温，铁中的碳和氧气反应生成二氧化碳，由此降低铁中的含碳量；多次冶炼精度更高，故B符合题意；C项，铁杵成针只是物质形状的变化，没有新的物质生成，则没有涉及化学变化，故C不符合题意；D项，滴水成冰只是物质形状的变化，没有新的物质生成，则没有涉及化学变化，故D不符合题意。4(2018河北景县梁集中学调研)钛是一种用途广泛的活泼金属。工业上用二氧化钛冶炼金属钛，主要反应有：TiO22C2Cl2TiCl42

20、CO，TiCl42Mg2MgCl2Ti。下列关于这两个反应叙述正确的是(D)A均属于置换反应B反应中碳作氧化剂C钛元素在反应中均被还原D反应说明金属性镁大于钛解析：A项，反应中没有单质生成，不是置换反应，故错误；B项，反应中碳的化合价升高，作还原剂，故错误；C项，反应中Ti元素化合价没有发生变化，故错误；D项，TiCl42Mg2MgCl2Ti反应发生，说明镁的活动性强于钛，所以金属性镁大于钛，故正确。5(2018河北景县梁集中学调研)用铝热法还原下列氧化物，分别制得金属各1 mol时，理论上消耗铝最少的是(C)AWO3 BMnO2CFeO DCr2O3解析：A项，WO3W，生成1 mol W，

21、需要6 mol 电子，消耗2 mol Al；B项，MnO2Mn，生成1 mol Mn，需要4 mol电子，消耗mol Al；C项，FeOFe，生成1 mol Fe，需要2 mol 电子，消耗mol Al；D项，Cr2O3Cr，生成1 mol Cr，需要3 mol 电子，消耗1 mol Al。消耗Al最少的是FeO，故C项正确。6铝热反应原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨等。实验室铝热反应的实验装置如图所示。(1)该实验步骤如下：用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起，使四周都有四层，把内层漏斗取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一个漏斗套在一起，架在铁圈上，下面放置盛沙的_蒸发皿_，把5

22、 g炒干的氧化铁粉末和2 g铝粉混合均匀，放在漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条，观察发生的现象。(2)图中漏斗的材质是_纸_。(填“玻璃”或“纸”)(3)镁条的作用是_镁条燃烧放出热量，在高温下促使氧化铁粉末和铝粉发生剧烈反应_。(4)实验现象有：_镁条剧烈燃烧_；_氧化铁粉末和铝粉发生剧烈反应，放出大量热，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，仔细观察，可以发现落下的是_铁_珠。(5)写出该反应的化学方程式：_2AlFe2O22FeAl2O3_；在冶金工业上也常用这一反应原理，来冶炼_D_。A不活泼金属

23、B较活泼金属C稀有金属 D高熔点金属解析：(1)沙盛放在蒸发皿中。(2)为了便于生成物落下，使用的漏斗的材质是滤纸。(3)镁条的作用是燃烧放出热量，在高温下促使氧化铁粉末和铝粉发生剧烈反应。(4)能够观察到的现象是：镁条剧烈燃烧；氧化铁粉末和铝粉发生剧烈反应，放出大量热，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。除去熔渣后的物质是铁。(5)铝热反应的化学方程式为2AlFe2O22FeAl2O3；该反应可放出大量的热，因此主要利用该反应原理冶炼高熔点金属，故D项正确。一、选择题1工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法，由于金属的化学活动性不同，因此选用不同的冶炼方法。你认为

24、选择方法主要依据(D)A金属在自然界的存在形式B金属元素在地壳中的含量C金属熔点高低D金属阳离子得电子能力2冶炼金属一般有下列四种方法：焦炭法；水煤气(或H2或CO)法；活泼金属置换法；电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有()火烧孔雀石炼铜，()湿法炼铜；现代有()铝热法炼铬，()从光卤石中炼镁。对它们的冶炼方法的分析不正确的是(B)A()用 B()用C()用 D()用3化学学科的发展对人类文明进步起到了极为重要的作用。下列认识正确的是(D)A人类对金、银、铜、铁、铝的认识与其在自然界的分布无关B人类解决吃、穿、住、行最有效的方法就是大力开发石油及其产品C工业上可用电解熔融态的MgCl2、

25、AlCl3来制备Mg、AlD工业上可用空气、Cu、稀硫酸来制备CuSO44将等物质的量的镁和铝相混合，取等质量的该混合物四份，分别加到足量的下列溶液中，充分反应后，放出氢气最多的是(A)A3 molL1HCl溶液B4 molL1HNO3溶液C8 molL1NaOH溶液D18 molL1H2SO4溶液5铜的冶炼大致可分为以下几个步骤：(1)富集，将硫化物矿进行浮选；(2)焙烧，主要反应为2CuFeS24O2Cu2S3SO22FeO(炉渣)；(3)制粗铜，在1 200的条件下发生的主要反应为2Cu2S3O22Cu2O2SO2,2Cu2OCu2S6CuSO2；(4)电解精炼。下列说法不正确的是(C)

26、A上述焙烧过程中的尾气不可直接排放B由6 mol CuFeS2生成6 mol Cu时，在整个过程中共消耗15 mol O2C在反应2Cu2OCu2S6CuSO2中，作氧化剂的是Cu2OD电解精炼属于化学变化6将3.6 g炭粉与29.0 g所含Fe3O4的质量分数为80%的磁铁矿粉混合后，隔绝空气加强热使之反应(杂质与炭粉不反应)，反应后收集到6.72 L(标准状况下)气体，则该气体(D)A全部是COB全部是CO2C含有的CO和CO2各为3.36 LD含有的CO为4.48 L，CO2为2.24 L二、非选择题7(2018寿光高一期中)工业上用铝土矿(含氧化铝、氧化铁)制取铝的过程如下：请回答下列

27、问题：(1)沉淀C的化学式为_Fe2O3_，该物质除了用于金属冶炼以外，还可用作_颜料_。(2)电解熔融的氧化铝时，标准状况下若得到22.4 L O2，则同时生成_36_g铝。(3)操作、操作和操作都是_过滤_(填操作名称)，实验室要洗涤Al(OH)3沉淀应该在_过滤_装置中进行，洗涤方法是_向漏斗中加蒸馏水至浸没沉淀，使水自然流下，重复操作23次_。(4)生产过程中，除NaOH、H2O可以循环利用外，还可以循环利用的物质有_CaO和CO2_(填化学式)，用此法制取铝的副产品是_Fe2O3和O2_(填化学式)。(5)写出Na2CO3溶液与CaO反应的离子方程式：_COCaOH2O=CaCO32

28、OH_。(6)若铝土矿中还含有二氧化硅，此生产过程中得到的氧化铝中将混有杂质_SiO2_(填化学式)。8黄铜矿(CuFeS2)是制取铜及其化合物的主要原料之一，还可以制备硫和铁的化合物。(1)冶炼铜的反应为8CuFeS221O28Cu4FeO2Fe2O316SO2若CuFeS2中Fe的化合价为2，反应中被还原的元素是_Cu、O_(填元素符号)。(2)上述冶炼过程产生大量SO2。下列处理方案中合理的是_BC_(填序号)。A高空排放B用于制备硫酸C用纯碱溶液吸收制Na2SO3D用浓硫酸吸收(3)利用黄铜矿冶炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)可制备Fe2O3。方法为：用稀盐

29、酸浸取炉渣，过滤。滤液先氧化，再加入过量NaOH溶液过滤，将沉淀洗涤、干燥、煅烧得Fe2O3。根据以上信息回答下列问题：a除去Al3的离子方程式是_Al34OH=AlO2H2O_。b选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO。提供的试剂：稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、KMnO4溶液、NaOH溶液、碘水所选试剂为_稀硫酸、KMnO4溶液_。证明炉渣中含有FeO的实验现象为_稀硫酸浸取炉渣所得溶液使KMnO4溶液褪色_。第2课时海水资源的开发利用海洋是人类可持续发展的重要基地。浩瀚的海洋中，蕴藏着极其丰富的矿物资源、生物资源和药物资源，其经济价值可观，开发前景十分诱人。开发利用海洋是解决当前人类社会面临的人口膨胀、资金短缺和环境恶化等一系列难题的可靠途径。在陆地资源日渐枯竭的今天，海洋正成为人类繁衍发展的生命线。我国大陆海岸线长达18000 km，海岛海岸线长达14000 km，这为我们开发利用海水资源提供了良好的自然条件。那么，海水的开发利用都包括哪些方面呢？你知道怎样才能开发出海洋中的这些资源吗？一、海水水资源的利用1类型：2海水的蒸馏主要仪器：A：_蒸馏烧瓶_B：_