新教材高中化第8章化與可持續(xù)發(fā)展第節(jié)基次時9金屬礦物與海水資源的開發(fā)利用案新人教版必修第二冊

PAGE10-金屬礦物與海水資源的開發(fā)利用學習任務1．了解金屬在自然界中的存在形式，掌握金屬冶煉的一般方法和原理。以金屬礦物的開發(fā)利用為例，了解依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)及其變化綜合利用資源的方法，體會化學對促進人與自然和諧相處的意義。培養(yǎng)“宏觀辨識與社會責任”的核心素養(yǎng)。2．以海水資源的開發(fā)利用為例，了解依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)及其變化綜合利用資源的方法，體會化學對促進人與自然和諧相處的意義。培養(yǎng)“科學探究與社會責任”的核心素養(yǎng)。知識點一金屬礦物的開發(fā)利用1．金屬元素在自然界中存在的形態(tài)(1)極少數(shù)的不活潑金屬(金、鉑等)以游離態(tài)的形式存在。(2)絕大多數(shù)金屬元素以化合物的形式存在于自然界。(3)在地殼中，含量最高的金屬元素是鋁，其次是鐵。2．金屬冶煉原理與實質(zhì)(1)原理：將金屬從化合物中還原出來。(2)實質(zhì)：化合物中金屬得到電子被還原生成金屬單質(zhì)。3.金屬冶煉方法(1)加熱分解法(寫出化學方程式)①制Hg：2HgOeq\o(=,\s\up10(△))2Hg＋O2↑。②制Ag：2Ag2Oeq\o(=,\s\up10(△))4Ag＋O2↑。(2)電解法(寫出化學方程式)①制Mg：MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up10(電解),\s\do15())Mg＋Cl2↑。②制Al：2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up10(電解),\s\do15(冰晶石))4Al＋3O2↑。③制Na：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up10(電解),\s\do15())2Na＋Cl2↑。(3)熱還原法：高溫加熱條件下用還原劑把金屬還原出來①常用還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣、鋁等。②高爐煉鐵：CO還原Fe2O3的化學方程式為3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up10(高溫),\s\do15())2Fe＋3CO2。③鋁熱反應：Al還原Fe2O3的化學方程式為2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up10(高溫),\s\do15())2Fe＋Al2O3。微提醒：自然資源包括土地與土壤資源、礦產(chǎn)資源、生物資源、水資源、能源資源、環(huán)境資源等?？沙掷m(xù)發(fā)展包括經(jīng)濟、社會、資源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展等。4．合理開發(fā)和利用金屬資源的主要途徑(1)提高金屬礦物的利用率；(2)開發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法；(3)防止金屬的腐蝕；(4)加強廢舊金屬的回收和再利用；(5)使用其他材料代替金屬材料。判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。(1)金屬礦物中的金屬均是化合態(tài)存在。 (×)(2)金屬冶煉的原理是化合態(tài)的金屬發(fā)生氧化反應被氧化。 (×)(3)電解熔融的MgCl2和AlCl3可以分別得到Mg和Al。 (×)(4)CO、H2、Al還原Fe2O3生成Fe的反應均為置換反應。 (×)知識點二海水資源的開發(fā)利用1．海水水資源的利用(1)海水水資源的利用，主要包括海水淡化和直接利用海水進行循環(huán)冷卻等。(2)海水淡化：通過從海水中提取淡水或從海水中把鹽分離出去，都可以達到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。其中蒸餾法的歷史最久，技術和工藝也比較成熟，但成本較高。2．海水的化學資源利用(1)海水中的化學元素海水中含量最多的為O、H兩種元素，還有Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11種元素。其他為微量元素，如Au。(2)海水中化學資源的利用(3)從海水中獲取能源①從海水中提取鈾和重水，用于核能開發(fā)。②開發(fā)潮汐能、波浪能等新型能源。判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)。(1)海水通過離子交換法可以得到純水。 (×)(2)海水中含量最多的元素為H和O。 (√)(3)海水中含有鉀元素，僅通過物理變化就可以得到金屬鉀。 (×)(4)海水淡化可以加明礬凈化。 (×)海水中的非金屬元素通過什么反應提取出來？提示：通過氧化反應提取。金屬的冶煉原理與方法1．人類使用金屬的年代先后順序與金屬活動性有什么關系？青銅器和鐵器時代哪個時間早？提示：金屬越活潑，冶煉時所需條件要求越高，在人類歷史上出現(xiàn)的相對晚一些。金屬越不活潑，冶煉的方法越簡單，人們使用的時間越早，所以青銅器時代比鐵器時代早。2．工業(yè)電解法冶煉鋁，需要什么試劑和電極材料？電極材料消耗嗎？提示：Al2O3和冰晶石，電極為碳素電極，電極材料在電解過程中有消耗。3．當鐵軌有縫隙時，維修工人常將鋁粉與氧化鐵的混合物點燃，讓熔融的鐵水流入鐵軌的裂縫，冷卻后就將鐵軌牢牢的黏結在一起。其中的原理是什么？寫出化學方程式。提示：高溫條件下，鋁粉與Fe2O3發(fā)生置換反應，化學反應方程式為Fe2O3＋2Aleq\o(=,\s\up18(高溫))Al2O3＋2Fe。1．金屬的冶煉(1)原理：Mn＋＋ne－=M(2)金屬冶煉方法與金屬活動性的關系金屬活動性順序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb、(H)、CuHg、AgPt、Au金屬原子失電子能力強→弱金屬離子得電子能力弱→強主要冶煉方法電解法熱還原法熱分解法富集法注意：工業(yè)上冶煉鎂是電解MgCl2而不是MgO的原因是MgO的熔點比MgCl2的高，冶煉鋁是電解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共價化合物，熔融狀態(tài)下不導電。2．鋁熱反應——拓展鏈接(1)概念：鋁與某些難熔金屬氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)在高溫條件下發(fā)生的置換反應稱為鋁熱反應。(2)反應原理(以鋁和氧化鐵反應為例)：Fe2O3＋2Aleq\o(=,\s\up10(高溫))2Fe＋Al2O3，實驗如圖。(3)鋁熱劑：鋁粉和某些難熔金屬氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)的混合物。(4)反應特點：在高溫下進行，反應迅速并放出大量的熱，新生成的金屬單質(zhì)呈熔融態(tài)且易與Al2O3(固態(tài))分離。(5)應用：在冶金工業(yè)上常用這一原理制取熔點較高的金屬，如Fe、Cr、Mn等；也可用于焊接鋼軌等。1．下列說法正確的是()A．金屬的冶煉原理，就是利用氧化還原反應原理，在一定條件下將金屬從其化合物中還原出來B．冶煉金屬時，必須加入一種物質(zhì)作為還原劑C．金屬由化合態(tài)變?yōu)橛坞x態(tài)，可能被還原，也可能被氧化D．金屬單質(zhì)被發(fā)現(xiàn)和應用得越早，其在地殼中的含量越高A[A項，金屬冶煉是將金屬化合物還原為金屬單質(zhì)的過程，正確；B項，冶煉金屬并不一定要加入還原劑，如電解法制取鈉和鎂，錯誤；C項，金屬由化合態(tài)變?yōu)橛坞x態(tài)，都是由高價態(tài)降低到0價，故一定被還原，錯誤；D項，金屬被發(fā)現(xiàn)和應用的早晚與其在地殼中的含量無關，如雖然鋁是地殼中含量最高的金屬元素，但其被發(fā)現(xiàn)和應用的時間卻比鐵、銅晚得多，錯誤。]2．下表中金屬的冶煉原理與方法不完全正確的是()選項冶煉原理方法A2HgOeq\o(=,\s\up10(△))2Hg＋O2↑熱分解法B2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up10(電解),\s\do15(冰晶石))4Al＋3O2↑電解法CCu2S＋O2eq\o(=,\s\up10(高溫))2Cu＋SO2熱分解法DFe2O3＋2Aleq\o(=,\s\up10(高溫))2Fe＋Al2O3熱還原法[答案]C3．冶煉金屬一般有下列四種方法：①焦炭法②水煤氣(或氫氣，或一氧化碳)法③活潑金屬置換法④電解法。四種方法在工業(yè)上均有應用。古代有(Ⅰ)火燒孔雀石煉銅；(Ⅱ)濕法煉銅；現(xiàn)代有(Ⅲ)鋁熱法煉鉻；(Ⅳ)從光鹵石中煉鎂，對它們的冶煉方法的分析不正確的是()A．(Ⅰ)用① B．(Ⅱ)用②C．(Ⅲ)用③ D．(Ⅳ)用④B[(Ⅱ)濕法煉銅是利用Fe與CuSO4反應，B錯誤。]4．下列關于鋁熱反應2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up10(高溫))Al2O3＋2Fe的說法不正確的是()A．該反應中Al作還原劑B．該反應中氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為1∶2C．該反應中冶煉1molFe轉(zhuǎn)移2mol電子D．該反應可用于焊接鋼軌C[由題中化學方程式可知，反應中Fe的化合價由＋3降為0，則冶煉1molFe轉(zhuǎn)移3mol電子。]海水資源的開發(fā)利用從海水提溴工藝流程如圖所示：請思考下列問題：1．海水中加酸和氯氣的目的是什么？寫出有關離子方程式。提示：Cl2氧化Br－生成Br2，Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－。2．“X”是什么物質(zhì)？目的是什么？寫出有關離子方程式。提示：X是SO2，目的是還原Br2進而吸收Br2生成HBr，使溴得到富集。3．“Y”是什么？目的是什么？提示：Y是蒸餾塔，目的是蒸餾出Br2。1．海水提溴海水提溴的常用方法是空氣吹出法。(1)主要流程(2)主要反應Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－(氧化)Br2＋SO2＋2H2O=2HBr＋H2SO4(富集)Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－(提取)2．海帶中含有碘元素的檢驗及碘的提取(1)海帶中含有碘元素的檢驗①關鍵反應的反應原理：2H＋＋2I－＋H2O2=I2＋2H2O。②實驗步驟及證明方法：(2)海帶中提碘①工藝流程：海帶→浸泡→氧化→過濾→提純→碘單質(zhì)。②主要的化學反應原理：Cl2＋2KI=2KCl＋I2。3．海水提鎂(1)工藝流程(2)主要的化學反應原理CaCO3eq\o(=,\s\up10(煅燒))CaO＋CO2↑CaO＋H2O=Ca(OH)2Ca(OH)2＋MgCl2=Mg(OH)2↓＋CaCl2Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2OMgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up10(電解))Mg＋Cl2↑5．下列說法正確的是()A．除去粗鹽中雜質(zhì)(Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)、Ca2＋)，加入的藥品順序為NaOH溶液→Na2CO3溶液→BaCl2溶液→過濾后加鹽酸B．海水提溴的流程：濃縮海水→氯氣氧化→通熱空氣吹出Br2→SO2還原→氯氣氧化→Br2C．海水曬鹽的原理是蒸餾D．無論是海水波浪發(fā)電還是潮汐發(fā)電，都是將化學能轉(zhuǎn)化為電能B[在Na2CO3溶液沉淀Ca2＋之后加入過量BaCl2溶液，不能除去過量的Ba2＋，故A錯誤；海水濃縮后，氯氣氧化Br－發(fā)生反應2Br－＋Cl2=2Cl－＋Br2，通熱空氣吹出Br2后，溴和二氧化硫發(fā)生反應Br2＋SO2＋2H2O=2HBr＋H2SO4，最后氯氣氧化Br－發(fā)生反應2Br－＋Cl2=2Cl－＋Br2，流程合理，故B正確；海水曬鹽的原理是蒸發(fā)水分，使食鹽結晶析出，故C錯誤；波浪發(fā)電和潮汐發(fā)電的過程中沒有發(fā)生化學變化，不能將化學能轉(zhuǎn)化為電能，故D錯誤。]6．海水提鎂的主要流程如下：下列說法正確的是()①試劑M是鹽酸②流程中的反應全部都是非氧化還原反應③操作b只是過濾④用海水曬鹽后的飽和溶液加石灰乳制Mg(OH)2⑤電解熔融MgCl2比電解熔融的MgO制金屬鎂更節(jié)約能量A．①②③④⑤B．②③C．④⑤D．①④⑤D[電解熔融氯化鎂的反應屬于氧化還原反應，因此②是錯誤的。③操作b應是蒸發(fā)、結晶、過濾，因此③是錯誤的。]1．下列說法不正確的是()A．從自然界中獲得金屬單質(zhì)均需要通過化學方法B．金屬活動性不同，冶煉方法也有所不同C．地球上金屬礦物資源是有限的，因此，應提高金屬礦物的利用率D．廢舊金屬的回收再利用，有利于環(huán)境保護A[自然界中的絕大多數(shù)金屬元素以化合態(tài)形式存在，這些金屬單質(zhì)的獲得需要通過化學方法，極少數(shù)金屬元素如Au、Pt等以游離態(tài)形式存在，這些金屬單質(zhì)的獲得只需要通過物理方法(如富集法)，A項錯誤；金屬活動性不同，金屬陽離子被還原的難易程度不同，冶煉方法不同，B項正確；金屬礦物資源是有限的，既要提高金屬礦物的利用率，又要回收再利用廢舊金屬，C、D項正確。]2．下列化工生產(chǎn)原理錯誤的是()①可以通過電解熔融的氯化鈉來制取金屬鈉②可以將鈉加入飽和氯化鎂溶液中制取鎂③用電解法冶煉鋁時，原料是氯化鋁④高爐煉鐵時所發(fā)生的反應都是放熱反應，故無需加熱A．②③B．①③C．①②D．②③④D[常用電解熔融NaCl的方法冶煉金屬Na，①正確；Na非?；顫?，將Na加入飽和MgCl2溶液中，Na先與H2O反應生成NaOH和H2，Mg2＋再與OH－反應生成Mg(OH)2沉淀，②錯誤；AlCl3為共價化合物，熔融狀態(tài)下不導電，故冶煉鋁使用的是Al2O3，③錯誤；高爐煉鐵時所發(fā)生的反應有些是放熱反應，如Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up10(高溫))2Fe＋3CO2，但仍需要高溫，④錯誤。故選項D符合題意。]3．(素養(yǎng)題)海水淡化可采用反滲透法，如圖所示，對半透膜右側的海水加壓，水分子可以透過半透膜進入左側淡水池，而海水中的各種離子等不能透過半透膜。下列對加壓后右側海水成分變化的分析正確的是()A．溶質(zhì)質(zhì)量增加 B．溶液質(zhì)量不變C．溶劑質(zhì)量減少 D．溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)不變C[加壓后，溶質(zhì)不能透過半透膜，右側海水中溶質(zhì)質(zhì)量不變，水分子透過半透膜進入左側淡水池，右側溶劑質(zhì)量減少，溶液質(zhì)量減少，溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)增大，故選項C正確。]4．“空氣吹出法”海水提溴的工藝流程如下：下列說法中，不正確的是()A．實驗室保存溴通常加少量水B．海水提溴與海水提鎂發(fā)生的所有反應均為氧化還原反應C．經(jīng)過吸收塔后，溴元素得到了富集D．蒸餾塔中也發(fā)生了化學變化B[溴易揮發(fā)，加水液封可以減少揮發(fā)損失，故A正確；海水提鎂的過程中，發(fā)生了鎂鹽與堿反應生成氫氧化鎂的復分解反應，為非氧化還原反應，故B錯誤；經(jīng)過吸收塔后，溶液中的Br－濃度遠大于進入吹出塔之前的海水中的Br－濃度，因此溴元素得到了富集，故C正確；蒸餾塔中發(fā)生的反應為2Br－＋Cl2=2Cl－＋Br2，故D正確。]5．(素養(yǎng)題)海洋資源的利用具有廣闊前景。(1)無須經(jīng)過化學變化就能從海水中獲得的物質(zhì)是________(填序號)。A．Cl2B．淡水C．燒堿D．食鹽(2)從海水中