第十章化學(xué)與自然資源的開(kāi)發(fā)利用第一講金屬礦物和海水資源的開(kāi)發(fā)利用課件新人教版

第十章化學(xué)與自然資源的開(kāi)發(fā)利用第一講金屬礦物和海水資源的開(kāi)發(fā)利用課件新人教版以實(shí)際生產(chǎn)為背景的金屬冶煉及提純、海水提鎂、海水提溴的原理和工藝流程的分析與評(píng)價(jià)、以及對(duì)環(huán)境的影響和治理。一、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用1．金屬在自然界中存在的形態(tài) 除了

、

等極少數(shù)金屬外，絕大多數(shù)金屬以

的形式存在于自然界中。在這些金屬化合物中，金屬元素都顯

化合價(jià)。2．金屬冶煉的實(shí)質(zhì) 使金屬化合物中的金屬離子

到電子被

為金屬單質(zhì)的過(guò)程：Mn＋＋ne－===M。金鉑化合物正得還原 (2)熱還原法 ①焦炭還原法。例如：用C還原ZnO、CuO，其化學(xué)方程式依次為：

。

②一氧化碳還原法。例如：用CO還原Fe2O3、CuO，其化學(xué)方程式依次為：

。 ③氫氣還原法。例如：用H2還原WO3、Fe3O4，其化學(xué)方程式依次為：

。

④活潑金屬還原法。例如：用Al還原Cr2O3、V2O5，其化學(xué)方程式依次為：

。 (3)電解法冶煉金屬 例如：Al2O3、MgCl2、NaCl的電解反應(yīng)，其化學(xué)方程式依次為：

；

；

。 適合用熱分解法冶煉的金屬具有什么樣的性質(zhì)特點(diǎn)？ 提示適合用熱分解法冶煉的金屬元素的金屬性弱，原子不易失去電子，其金屬離子容易得到電子，該金屬元素所形成的化合物穩(wěn)定性較差。

二、海水資源的開(kāi)發(fā)利用 海水資源的利用主要包括海水水資源的利用和海水化學(xué)資源的利用。1．海水水資源的開(kāi)發(fā)利用 海水淡化的方法主要有

、

、______________等。2．海水化學(xué)資源的開(kāi)發(fā)利用

電解飽和NaCl溶液的化學(xué)方程式為

。蒸餾法電滲析法離子交換法Cl2H2NaOHMgCl2MgCl2Br2Br22Cl－＋Br2

(1)海水提溴的過(guò)程中用硫酸酸化海水的目的是什么？ (2)海水提溴的過(guò)程中，用熱空氣或水蒸氣把Br2吹出，用SO2吸收的目的是什么？ 提示在預(yù)先經(jīng)過(guò)酸化的濃縮海水中，用氯氣置換溴離子使之成為單質(zhì)溴，此時(shí)溴單質(zhì)在海水中的濃度還很低。通入熱空氣和水蒸氣，將溴吹入吸收塔，使溴蒸氣和吸收劑SO2發(fā)生作用轉(zhuǎn)化成氫溴酸的目的是對(duì)溴再次富集，然后用氯氣將其氧化得到單質(zhì)溴，濃度較大，便于分離提取。三個(gè)步驟金屬提煉的一般步驟一個(gè)原理海水蒸餾原理我的警示(1)注意在海水中鈉、鎂、溴和碘都以化合態(tài)形式存在且含量較低，需要先富集再提取，提取過(guò)程中要通過(guò)發(fā)生氧化還原反應(yīng)獲得它們的單質(zhì)。(2)提取海水中NaCl、鎂、溴、碘的過(guò)程中要用到結(jié)晶、過(guò)濾、萃取和分液等實(shí)驗(yàn)操作，要注意這些操作的使用條件和操作方法的規(guī)范性。(3)海水中鈾和重水的提取，潮汐能、波浪能的開(kāi)發(fā)對(duì)于新能源的開(kāi)發(fā)具有重要意義。問(wèn)題征解根據(jù)海水提溴的方法，怎樣設(shè)計(jì)“海水提碘的原理和流程”？提示海水提碘的原理和流程(1)主要反應(yīng)原理：Cl2＋2I－===I2＋2Cl－(2)工藝流程：必考點(diǎn)76鋁熱反應(yīng)1．鋁熱劑 (1)在鋁熱反應(yīng)中，反應(yīng)混合物(鋁、金屬氧化物)稱為鋁熱劑。 (2)能與Al組成鋁熱劑的金屬氧化物常見(jiàn)的有Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、MnO2、V2O5等。2．反應(yīng)特點(diǎn) 在高溫下進(jìn)行，反應(yīng)迅速，放出大量的熱。新生成的金屬單質(zhì)呈液態(tài)且易與Al2O3分離。3．熱還原法的典型實(shí)驗(yàn)——鋁熱反應(yīng)以氧化鐵和鋁粉為例鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象鎂條劇烈燃燒，放出一定的熱量，使氧化鐵粉末和鋁粉在較高溫度下發(fā)生劇烈的反應(yīng)。反應(yīng)放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的強(qiáng)光。紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷卻后，除去外層熔渣，仔細(xì)觀察，可以發(fā)現(xiàn)落下的是鐵珠【典例1】 某同學(xué)對(duì)“鋁熱反應(yīng)”的現(xiàn)象有這樣的描述：“反應(yīng)放出大量的熱，并放出耀眼的光芒”、“紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中”。查閱《化學(xué)手冊(cè)》知：Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下：物質(zhì)AlAl2O3FeFe2O3熔點(diǎn)/℃660205415351462沸點(diǎn)/℃246729802750(1)該同學(xué)推測(cè)，鋁熱反應(yīng)所得到的熔融物應(yīng)是鐵鋁合金。理由是：該反應(yīng)放出的熱量使鐵熔化，而鋁的熔點(diǎn)比鐵低，此時(shí)液態(tài)的鐵和鋁熔合形成鐵鋁合金。你認(rèn)為他的解釋是否合理：________(填“合理”或“不合理”)。(2)設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案，證明上述所得的塊狀熔融物中含有金屬鋁。該實(shí)驗(yàn)所用試劑是________，反應(yīng)的離子方程式為_(kāi)________________________________。(3)實(shí)驗(yàn)室溶解該熔融物，下列試劑中最好的是________(填序號(hào))。A．濃硫酸B．稀硫酸C．稀硝酸D．氫氧化鈉溶液金屬的活動(dòng)順序是金屬冶煉方法選擇的依據(jù)，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：金屬的活動(dòng)性順序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金屬原子失電子能力強(qiáng)→弱金屬離子得電子能力弱→強(qiáng)主要冶煉方法電解法熱還原法熱分解法物理方法【應(yīng)用1】 粉末狀試樣A是由等物質(zhì)的量的MgO和Fe2O3組成的混合物。進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)： ①取適量A進(jìn)行鋁熱反應(yīng)，產(chǎn)物中有單質(zhì)B生成； ②另取20gA全部溶于0.15L6.0mol·L－1鹽酸中，得溶液C； ③將①中得到的單質(zhì)B和溶液C反應(yīng)，放出1.12L(標(biāo)況)氣體，同時(shí)生成溶液D，還殘留有固體物質(zhì)B； ④用KSCN溶液檢驗(yàn)時(shí)，溶液D不變色。請(qǐng)?zhí)羁眨?1)①中引發(fā)鋁熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作是________，產(chǎn)物中的單質(zhì)B是________。(2)②中所發(fā)生的各反應(yīng)的化學(xué)方程式是____________________________________________。(3)③中所發(fā)生的各反應(yīng)的離子方程式是_________________________________________。(4)若溶液D的體積仍視為0.15L，則該溶液中c(Mg2＋)為_(kāi)_______，c(Fe2＋)為_(kāi)_______。必考點(diǎn)77海水的利用——氯堿工業(yè)、海水提鎂、海水提溴1．氯堿工業(yè)生產(chǎn)流程2．海水提鎂生產(chǎn)流程3．海水提溴生產(chǎn)流程【典例2】 在已經(jīng)提取氯化鈉、溴、鎂等化學(xué)物質(zhì)的富碘鹵水中，采用所給的工藝流程生產(chǎn)單質(zhì)碘： (1)碘位于元素周期表中的第________周期第________族。(2)步驟③加Fe的目的是______________________。(3)寫出步驟④的化學(xué)方程式：______________。(4)上述生產(chǎn)流程中，可以利用的副產(chǎn)物是________，考慮原料循環(huán)利用，若將該副產(chǎn)物制成生產(chǎn)所需的試劑，先后還需加入________來(lái)進(jìn)行處理。(5)甲物質(zhì)見(jiàn)光易變黑，其原因是(用化學(xué)方程式表示)：___________________________________________。(6)第⑤步操作可供提純I2的兩種方法是________和________。 解析由物質(zhì)的轉(zhuǎn)化圖，逐一分析討論可知甲為AgI，乙是由鐵和碘化銀反應(yīng)生成的產(chǎn)物，由于鐵在該反應(yīng)中只能被氧化為＋2價(jià)，故乙是FeI2，而Cl2將FeI2氧化為I2和FeCl3：3Cl2＋2FeI2===2I2＋2FeCl3。上述生產(chǎn)流程中，可利用步驟③生成的Ag來(lái)制取AgNO3，以循環(huán)利用，但步驟③得到的Ag中含有過(guò)量的鐵，可先加稀H2SO4將鐵除去，再溶于稀HNO3制得AgNO3。AgI不穩(wěn)定，見(jiàn)光易分解生成單質(zhì)碘和銀，銀不是晶體而為粉末狀，顯黑色；由于I2單質(zhì)易升華，易溶于有機(jī)溶劑，提純I2可用升華法或萃取的方法。

解答有關(guān)溴、碘制取的流程題的關(guān)鍵

①審題時(shí)要注意哪步是氧化生成鹵素單質(zhì)，哪步是分離提純。②依據(jù)Cl2、Br2、I2的氧化性或Cl－、Br－、I－的還原性強(qiáng)弱選擇合適的氧化劑。③依據(jù)Br2、I2的物理性質(zhì)選擇合適的分離提純方法。

【應(yīng)用2】 空氣吹出法工藝，是目前“海水提溴”的最主要方法之一。其工藝流程如下：(1)步驟③的離子方程式：________________________________________________________________________。(2)步驟⑤中溴蒸氣冷凝后得到液溴與溴水的混合物，可利用它們的相對(duì)密度相差很大的特點(diǎn)進(jìn)行分離。分離儀器的名稱是________。(3)溴水混合物Ⅱ中溶有一定量的氯氣，因此在步驟⑤中可將蒸餾產(chǎn)生的氣體通過(guò)________(填試劑名稱)溶液，以除去氯氣。(4)步驟⑤的蒸餾過(guò)程中，溫度應(yīng)控制在80～90℃。溫度過(guò)高或過(guò)低都不利于生產(chǎn)，請(qǐng)解釋原因：__________________________________________。(5)步驟①中用硫酸酸化可提高Cl2的利用率，理由：__________________________________________。(6)提取溴單質(zhì)，采用蒸餾“溴水混合物Ⅱ”而不是蒸餾“溴水混合物Ⅰ”，請(qǐng)說(shuō)明原因：__________________。解析海洋是資源的寶庫(kù)，海水化工是考試的熱點(diǎn)。占地球儲(chǔ)量99%的溴分布在海洋中，從海水中提取溴，一般要經(jīng)過(guò)濃縮、氧化、提取三個(gè)步驟?！緦忣}技能】化工生產(chǎn)流程題中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些表述性詞語(yǔ)，這些表述性詞語(yǔ)就是隱性信息，它可以暗示我們審題所應(yīng)考慮的角度。常見(jiàn)的有： (1)“控制較低溫度”——?？紤]物質(zhì)的揮發(fā)，物質(zhì)的不穩(wěn)定性和物質(zhì)的轉(zhuǎn)化等。 (2)“加過(guò)量試劑”——?？紤]反應(yīng)完全或增大轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)率等。 (3)“能否加其他物質(zhì)”——?？紤]會(huì)不會(huì)引入雜質(zhì)或是否影響產(chǎn)品的純度。(4)“在空氣中或在其他氣體中”——主要考慮O2、H2O、CO2或其他氣體是否參與反應(yīng)或達(dá)到防氧化、防水解、防潮解等目的。(5)“判斷沉淀是否洗凈”——常取少量最后一次洗滌液于試管中，向其中滴加某試劑，以檢驗(yàn)其中的某種離子。(6)“檢驗(yàn)?zāi)澄镔|(zhì)的設(shè)計(jì)方案”——通常取少量某液體于試管中，加入另一試劑產(chǎn)生某現(xiàn)象，然后得出結(jié)論。(7)“控制pH”——常考慮防水解、促進(jìn)生成沉淀或除去雜質(zhì)等。(8)“用某些有機(jī)試劑清洗”——?？紤]降低物質(zhì)溶解度有利于析出、減少損耗和提高利用率等?！窘忸}策略】

解答這類試題的起點(diǎn)是會(huì)識(shí)別流程圖[箭頭指出的是投料(反應(yīng)物)，箭頭指向的是生成物(包括主產(chǎn)物和副產(chǎn)物)，返回的箭頭一般是被“循環(huán)利用”的物質(zhì)]。關(guān)鍵是會(huì)分析題給信息，正確運(yùn)用原理進(jìn)行遷移應(yīng)用，解題時(shí)一般要思考以下問(wèn)題：①生產(chǎn)目的，設(shè)計(jì)的原理，生產(chǎn)過(guò)程的作用等；②化學(xué)反應(yīng)條件控制原理；③實(shí)驗(yàn)基本操作；④資源的回收和利用；⑤“綠色化學(xué)”生產(chǎn)，環(huán)境保護(hù)等。題型示例(13分)【標(biāo)準(zhǔn)答案】(1)Fe(OH)3(1分)Al(OH)3(1分)<(1分)C(1分)(2)NiCl2＋Na2C2O4＋2H2O===NiC2O4·2H2O↓＋2NaCl(2分)漏斗、玻璃棒和燒杯(2分)玻璃棒劃破濾紙(1分)、濾液超過(guò)濾紙邊緣(1分)(3)Cl2(1分)濕潤(rùn)的淀粉KI試紙(1分)(4)2Ni(OH)2＋2OH－＋Cl2===2Ni(OH)3＋2Cl－(2分)【評(píng)分細(xì)則】

(1)寫成名稱不得分，“<”寫成“小于”不得分。(2)漏寫“↓”不扣分，少寫一種扣1分，少寫兩種不得分。原因按標(biāo)準(zhǔn)答案評(píng)分。(3)Cl2寫成氯氣不扣分。檢驗(yàn)Cl2也可以用其他方法，如NaBr溶液和苯或CCl4。(4)按照標(biāo)準(zhǔn)答案評(píng)分。Hold住考向考向1金屬礦物的利用5年4考考向2海水資源的開(kāi)發(fā)利用5年5考名師揭秘資源決定經(jīng)濟(jì)發(fā)展，資源的開(kāi)發(fā)利用是當(dāng)今社會(huì)的熱點(diǎn)。也是近幾年高考命題的熱點(diǎn)題材，有關(guān)該方面的命題，往往都是以實(shí)際生產(chǎn)為背景，考查從金屬礦物中冶煉金屬，從海水中提取物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)原理、工藝流程分析和相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作以及環(huán)境保護(hù)問(wèn)題。2．(2011·上海春季，17)金屬的使用是人類拓展自身能力的標(biāo)志之一。人類利用幾種常用金屬的先后順序依次為：金、銅、鐵、鋁，之所以有先后，主要取決于()。 A．金屬在地殼中的含量多少 B．金屬的熔、沸點(diǎn)高低 C．金屬的活潑性強(qiáng)弱 D．金屬的導(dǎo)電性強(qiáng)弱 解析冶金的原理：Mn＋＋ne－===M，活潑金屬在自然界中均以化合態(tài)存在，活潑性越強(qiáng)，對(duì)應(yīng)陽(yáng)離子氧化性越弱，越難被還原。金、銅、鐵、鋁活潑性依次增強(qiáng)，冶煉難度也依次增大。 答案

C1．(2012·山東基本能力，21)地球上97%以上的水是海水，海水淡化可緩解淡水資源不足。下列方法中能將海水淡化的是 ()。 ①在海水中加入硝酸銀，濾掉生成的沉淀②蒸餾海水，將蒸汽冷凝③將海水加壓，使水分子通過(guò)半透膜以濾去鹽分④將海水暴曬，濾掉析出的鹽 A．①② B．②③