1、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：Mnne=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：2HgO2HgO2，2Ag2O4AgO2。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
2、的化合物稳定性_。(2)热还原法冶炼金属焦炭还原法。例如：C还原ZnO、CuO，其化学方程式依次为_。一氧化碳还原法。例如：CO还原Fe2O3、CuO，其化学方程式依次为_。氢气还原法。例如：H2还原WO3、Fe3O4，其化学方程式依次为_。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
3、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
4、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)MgCl26H2O_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KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHg AgPtAu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
5、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：高温条件；剧烈燃烧，放出大量的热；新生成的液态金属单质易与Al2O3(固态)分离。典例导悟1(2011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，1 mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移9 mol eD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
6、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)注意事项烧瓶内加少量碎瓷片以防暴沸。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M
7、gCl2Ca(OH)2=Mg(OH)2CaCl2Mg(OH)22HCl=MgCl22H2OMgCl26H2OMgCl26H2OMgCl2(熔融)MgCl2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：浓缩结晶加熟石灰加盐酸过滤熔融电解(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进行步骤的目的是富集MgCl2C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
8、：海水 Br2(l)(2)原理用_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，使溴离子转化为溴单质，离子方程式是_。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：Br2SO22H2O=_。向吸收塔内溶液中通入适量的氯气：2HBrCl2=_。用四氯化碳(或苯)萃取吸收塔内溶液中的溴单质。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：Cl22KI=2KClI2。典例导悟4(2011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：
9、(1)步骤灼烧海带时，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)步骤的实验操作名称是_；步骤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)步骤反应的离子方程式是_。(4)步骤中，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(2011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/molL1NaMg2Ca2ClHCO0.4390.0500.
10、0110.5600.001注：溶液中某种离子的浓度小于1.0105 molL1，可认为该离子不存在；实验过程中，假设溶液体积不变。Ksp(CaCO3)4.96109Ksp(MgCO3)6.82106KspCa(OH)24.68106KspMg(OH)25.611012下列说法正确的是()A沉淀物X为CaCO3B滤液M中存在Mg2，不存在Ca2C滤液N中存在Mg2、Ca2D步骤中若改为加入4.2 g NaOH固体，沉淀物Y为Ca(OH)2和Mg(OH)2的混合物2(2009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
11、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)步骤中已获得Br2，步骤中又将Br2还原为Br，其目的为_。(4)步骤用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：图中仪器B的名称：_。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_。实验装置气密性良好，
12、要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件：_。C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：钾易溶于熔融的钾盐中；钾蒸气易逸出而污染环境；钾被氧化后的产物与K作用具有爆炸性；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 C D2下列化工生产原理错误的是()可以电解熔融的氯化钠来制取金属钠；可以将钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁；用电解
13、法冶炼铝时，原料是氯化铝；炼铁时高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热。A B C D3冶炼金属一般有下列四种方法：焦炭法；水煤气(氢气或一氧化碳)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()A()用 B()用C()用 D()用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()ACa
14、O BKI CH2O D酒精5(2011长春质检)从海水中可以提取溴，主要反应为2BrCl2=Br22Cl，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123456答案题组三化工工艺流程7假如你是一位企业家，
15、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(mgL1)。元素浓度/mgL1元素浓度/mgL1钠10 770氯19 350镁1 290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)5 238.002 300.001 200.00700.00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
16、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)C2ZnO2ZnCO2，C2CuO2CuCO23COFe2O32Fe3CO2，COCuOCuCO23H2WO3W3H2O,4H2Fe3O43Fe4H2O2AlCr2O3Al2O32Cr,10Al3V2O56V5Al2O3铝粉和金属氧化
17、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)4Al3O2MgCl2(熔融)MgCl22NaCl(熔融)2NaCl2知识点二1蒸馏法电渗析法离子交换法2(1)Cl2H2NaOH2NaCl2H2O2NaOHCl2H2(2)MgCl2MgCl2(3)Br2HBrBr2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。
18、3海水资源巨大，各种元素的含量多，水还可以循环使用。4Mg22OH=Mg(OH)2Mg(OH)22H=Mg22H2OMgCl26H2OMgCl26H2OMgCl2(熔融)MgCl2【课堂活动区】3(2)蒸馏法Cl22Br=2ClBr22HBrH2SO42HClBr2蒸馏典例导悟1C由2NaCl(熔融)2NaCl2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；1 mol Fe3O4被还原为Fe时，应转移8 mol e，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
19、C。2A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)212H2O，不能使海水中的盐沉淀出来，所以不能使海水淡化。3(1)(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：把贝壳制成石灰乳：CaCO3CaOCO2，分解反应；CaOH2O=Ca(OH)2，化合反应；沉淀Mg2：Mg22OH=Mg(OH)2，复分解反应；沉淀物与盐酸反应：Mg(OH)22HCl=MgCl22H2O，复分解反应；电解：MgCl2(熔融)MgCl2，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
20、)BDE(2)过滤蒸馏(3)2IMnO24H=Mn2I22H2O(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的制备不难写出的离子方程式为2IMnO24H=Mn2I22H2O。(4)因碘不易溶于水而易溶于有机溶剂苯，且苯不溶于水易与水溶液分层，这是选择萃取剂的原则。(5)根据碘单质遇淀粉变蓝这一
21、现象，可以取少量提取碘之后的溶液，加入淀粉看是否变蓝来检验。【课后练习区】高考集训1A由于HCOOHCa2=CaCO3H2O反应存在，且Ksp(CaCO3)4.96109，可求得c(CO)c(Ca2)1.0103 molL11.1102 molL1Ksp(CaCO3)，因此X为CaCO3，A正确；Ca2反应完后剩余浓度大于1.0105 molL1，则M中存在Mg2、Ca2，B不正确；pH11.0时可求得c(OH)103 molL1，KspMg(OH)25.611012，c(Mg2)1.0105，因此N中只存在Ca2不存在Mg2，C不正确；加入4.2 g NaOH固体时沉淀物应是Mg(OH)2，
22、D错误。2(1)蒸馏法、电渗析法、离子交换法及其他合理答案中的任意两种(2)Cl2NaOHNaClO(3)富集溴元素(4)Br2SO22H2O=4HSO2Br强酸对设备的严重腐蚀(5)冷凝管Br2腐蚀橡胶控制温度计b的温度，并收集59 时的馏分深红棕色分液(或蒸馏)解析(2)电解NaCl溶液：2NaCl2H2OH2 Cl22NaOH，由以上反应生成的Cl2和NaOH进一步反应：Cl2NaOH=NaClNaClOH2O，也可得到H2和NaClO。(3)步骤I中获得低浓度Br2溶液，再经过步骤、可富集溴元素。(4)SO2与Br2发生氧化还原反应：SO2Br22H2O=H2SO42HBr，产物是两种
23、强酸，故在工业生产中要注意强酸对设备的严重腐蚀。(5)由已知信息Br2具有强腐蚀性可得出Br2腐蚀橡胶，故装置中不能用橡胶塞和橡胶管。再由Br2的沸点为59 可知用该套装置提纯溴关键要控制温度计b的温度，收集59时的馏分。C中收集到的是深红棕色的液溴，要除去该产物中残留的少量Cl2，可向其中加入NaBr溶液充分反应后，利用Br2易溶于CCl4的性质进行分液来分离，或利用Br2易挥发的特点用蒸馏法分离。考点集训1A2D活泼金属(KAl)的阳离子氧化性很弱，这时采用电解法还原为金属；钠可以与水反应；氯化铝是共价化合物，熔融状态下以分子状态存在，其中缺少自由移动的离子，基本不导电，故不能用电解熔融氯
24、化铝的方法制铝。电解法冶炼铝时，原料是氧化铝；放热反应也需要起始反应温度。金属的冶炼与多种因素有关，在实际应用中需要综合考虑。3B()孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3，加热分解，方程式为Cu2(OH)2CO32CuOH2OCO2。火烧时，使用的树木变为木炭，CuO再与木炭反应，产生铜，属于焦炭法，C2CuO2CuCO2，符合。()湿法炼铜是我国西汉时期用铁从某些含铜化合物的溶液中置换出铜，属活泼金属置换法，FeCuSO4=FeSO4Cu，符合。()是使铝粉和Cr2O3的混合物在高温下反应，置换出铬，反应产生的热量使铬熔化而分离，2AlCr2O3Al2O32Cr，符合。()从光卤石(KC
25、lMgCl26H2O)中可得到六水合氯化镁晶体，再制得无水氯化镁后采用通电分解熔融氯化镁的方法制取镁，方程式为MgCl2(熔融)MgCl2，符合。4B在ICl和IBr中碘的化合价为1价，具有氧化性，能氧化KI中1价的碘，转化为碘单质。5D6D反渗透法淡化海水必须给海水加压才能实现，不论半透膜效率有多高，都不可能让海水自动转化为淡水，因为这一过程是不自发的，而淡水转化为盐水则是自发的，D错。7(1)三一浪费原料二浪费能源(2)CaO23049(3)贝壳中含碳酸钙，加热分解生成的氧化钙可用作沉淀剂，节省了成本解析(1)海水提镁首先要对海水进行浓缩，然后加入沉淀剂，显然方案一浪费原料，方案二浪费能源，最合理的是方案三。(2)根据市场价格，CaO作为镁离子的沉淀剂最为经济。假设沉淀a mol镁离子，则需要氢氧化钠和氧化钙的价格比为2a402 300(a56700)23049。(3)贝壳的主要成分为碳酸钙，可以通过高温煅烧贝壳的方式生产氧化钙，作为镁离子的沉淀剂，降低成本。