41开发利用金属矿物质和海水资源学案人教版必修2.docx

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41开发利用金属矿物质和海水资源学案人教版必修2

第一节开发利用金属矿物和海水资源

【课标要求】

1.掌握金属冶炼的原理，熟悉常见金属冶炼的方法

2.了解铝热反应的实验原理、步骤及应用

3.了解海水淡化的方法及海水中含有元素的种类、数量。

4.了解验证海水中碘元素的实验方法，及海水中溴、镁的提取方法。

【知识回顾】

1、回忆并写出金属活动顺序表：

___________________________________。

2、金属在自然界中的存在形态为_______和___________。

【自学探究】

一、金属矿物的开发利用

1、金属的冶炼：

除了等极少数金属外，绝大多数金属元素以的形式存在于自然界。

工业上金属的冶炼是指。

（1）热分解法

在金属活动顺序中，位于汞以后的不活泼金属可以直接用的方法从其化合物中还原出来。

例如：

（写化学方程式）

氧化汞分解：

，氧化银分解：

（2）电解法

对于一些非常活泼的金属，采用一般的还原剂很难将它们还原出来，工业上常用冶炼，例如：

（写化学方程式）

电解熔融的氯化镁：

_________________________________

电解熔融的氧化铝：

_________________________________

电解熔融的氯化钠：

_________________________________

（3）热还原法

①对于金属活动顺序表中Zn-Cu段的金属的冶炼可以通过来完成，常用的还原剂有、、等。

例如：

（写化学方程式）

氧化铜和氢气反应方程式：

氧化铁和一氧化碳反应方程式：

②铝热反应

观察【实验4-1】，完成下列表格

现象

铝与氧化铁反应的化学方程式

【归纳小结】

（1）应用:

对于一些高熔点的金属,如铁、铬、锰、钨等都可以用冶炼。

（2）铝热反应的原理：

_______________________________________________________

2.合理开发和利用矿物资源，有效使用金属产品、材料，主要的途径有，

，，。

【归纳总结】

1、金属冶炼的实质：

金属的冶炼实际是金属化合物发生氧化还原反应，使金属离子从化合物中还原出来成为单质，

可表示为：

Mn++ne-→M

2、金属冶炼的方法与金属活动性顺序的关系：

二、海水资源的开发利用

1.海水中水的储量约为1.3×109亿吨，约占地球上总水量的。

海水中水资源的利用主要包

括和。

2.海水淡化的方法主要有：

、、等。

3.由于的相互作用，海水中溶解和悬浮着大量的和。

4.海水中主要的化学元素有________________________________,其他为微量元素,总计含有80多种元素.

由于海水的储量大，即使有些元素的富集程度很低，其总量也很可观。

5.【实验探究】验证海水中存在碘元素

阅读【实验4-2】，填写下表

现象

解释或用离子方程式表示

往滤液中加几滴稀硫酸和H2O2

再往上述溶液中加入几滴淀粉溶液

------

6.结合课本P85资料卡片内容，设计一个实验方案，模拟Br_转变为Br2的生产过程，写出实验步骤及有关的化学方程式。

【知识拓展】海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：

请根据以上流程步骤，写出涉及到化学方程式。

【课堂达标】

一、选择题

1.金属的冶炼根据金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法，以下不是金属冶炼方法的是（）

A.2HgO2Hg+O2↑B.2NaCl（熔融）2Na+Cl2↑

C.SiO2+2CSi+2CO↑D.3CO+Fe2O33CO2+2Fe

2.铝能冶炼某些熔点高,硬度大的金属是因为铝（）

A.具有导电性和导热性

B.具有还原性,且生成氧化铝时放出大量热

C.在空气中燃烧,发出耀眼的白光

D.是一种金属,且密度小,熔点较低

3.在冶金工业上，均不能用通常化学还原剂制得的一组金属是（    ）

A.Na、Mg、Al  、Ba                  B.Na、K、Zn、Fe

C.Zn、Fe、Cu、Ag            D.Mg、Al、Zn、Fe

4.工业上利用下述反应在真空中炼铷：

2RbCl+MgMgCl2+2Rb.这一反应能进行的原因是（）

A．在高温下镁的金属活动性比铷强

B．铷的沸点比镁低，以气体形式被抽去

C．铷的熔点比镁低，以液体形式被抽去

D．MgCl2的稳定性比RbCl的强

5.从金属利用的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近百年的事。

这个先后顺序跟下列有关的是：

①地壳中的金属元素的含量；②金属活动性顺序；③金属的导电性；④金属冶炼的难易程度；⑤金属的延展性；（）

　A．①③　　　B．②⑤   C．③⑤　　D．②④

6.从海水中提取下列物质，可以不涉及化学变化的是（）

A、MgB、NaClC、Br2D、K

7.下列哪种试剂加入到含有Br—的溶液中，可以将Br—氧化为Br2（）

A、I2B、I—C、Cl2D、Cl—

8.工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3·xH2O，Fe2O3、SiO2等）提取纯Al2O3做冶炼铝的原

料，提取时操作过程如下图，指出图中操作错误的是

A．④⑤B．③④C．②⑤D．①②

二、填空题

9.冶炼和提取金属常用以下几种方法：

①以C或CO、H2作还原剂还原②电解法③热分解法④铝热反应⑤富集法，现冶炼和提取下列金属，试标明适宜的冶炼或提取方法（填序号）。

Fe________；Mg________；Cu_________；Hg________；Na_________；Au_________。

10.全球海水中溴的藏量丰富，约占地球溴总藏量的99％，故溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65mg/L。

其工业提取方法有：

（1）空气吹出纯碱吸收法。

方法是将氯气通入到富含溴离子的海水中，使溴置换出来，再用空气将溴吹出，用纯碱溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到溴单质。

该方法涉及到的反应有：

①（写出离子方程式）；

②Br2+3CO32－＝BrO3－+5Br－+3CO2↑;③BrO3－+5Br－+6H＋＝3Br2+3H2O。

其中反应②中氧化剂是；还原剂是。

（2）空气吹出SO2吸收法。

该方法基本同

（1），只是将溴吹出后是用SO2来吸收的，使溴转化为氢溴酸，然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质溴。

写出溴与二氧化硫反应的化学方程式：

_。

（3）溶剂萃取法。

该法是利用单质溴在水中和溶剂中溶解度的不同的原理来进行的。

实验室中萃取用到的实验仪器名称是。

下列可以用于海水中溴的萃取试剂的。

①乙醇②四氯化碳③硝酸④裂化汽油

11.工业“从海水中提取镁”的流程图如下：

其步骤为：

①将海边大量存在的贝壳煅烧成石灰，并将石灰制成石灰乳；

②将石灰乳加入到海水沉淀池中经过滤得到Mg（OH）2沉淀；

③在Mg（OH）2沉淀中加入盐酸得到MgCl2溶液，再经蒸发结晶得到MgCl2·6H2O；

④将MgCl2·6H2O在一定条件下加热得到无水MgCl2；

⑤电解熔融的氯化镁可得到Mg。

请回答以下问题：

⑴步骤③中的蒸发是利用风吹日晒来完成的，而在实验室中进行蒸发操作需要的主要仪器

有、、酒精灯、铁架台等。

⑵步骤④中的“一定条件”指的是

⑶上述提取镁的流程中，在降低成本、减少污染方面做了一些工作，请写出其中一点：

。

⑷有同学认为：

步骤②后可加热Mg（OH）2得到MgO，再电解熔融的MgO制金属镁，这

样可简化实验步骤，体现实验的简约性原则。

你同意该同学的想法吗？

为什么？

你的观点是。

理由是

。

《导学方案》参考答案

【知识回顾】1、KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAgPtAu

2、游离态化合态

【自学探究】

一、金属矿物的开发利用

金、铂，化合物利用金属矿石，将其中的金属从其化合物中还原出来

（1）加热分解，2HgO2Hg+O2↑2Ag2O4Ag+O2↑

（2）电解法冶炼，MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑

2Al2O3（熔融）4Al+3O2↑2NaCl（熔融）2Na+Cl2↑

（3）①在高温下发生氧化还原反应，焦炭、一氧化碳、氢气

CuO+H2Cu+H2O

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

②现象：

镁条剧烈燃烧，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，可以发现落下的是铁珠。

反应方程式：

Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3

【归纳小结】1、铝热反应2、一些活泼金属可作还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。

3.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。

二、海水资源的开发利用

1、97%海水的淡化，直接利用海水进行循环冷却等。

2、蒸馏法、电渗析法、离子交换法等

3、与岩石、大气和生物的相互作用，无机物有机物

4、H、O、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr

【实验探究】溶液由无色变为棕黄色，2I一+H2O2+2H+=I2+2H2O，溶液变蓝

6、

（1）浓缩：

用蒸馏法将海水浓缩，用硫酸将浓缩后的海水酸化；

（2）氧化：

向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：

2NaBr+C12=2NaCl+Br2；

（3）富集：

向含有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的吸收塔内以达到富集的目的：

Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4；

（4）提取：

向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：

2HBr+C12=2HCl+Br2；

【知识拓展】CaCO3CaO+CO2↑，

CaO+H2O=Ca（OH）2

MgCl2+Ca（OH）2=Mg（OH）2↓+CaCl2

Mg（OH）2+2HCl=MgCl2+2H2O

MgCl2（熔融）Mg+C12↑

《课堂达标》答案

一、1.C2.A3.A4.B5.D6.B7.C8.A

二、9、①④，②，①，③，②，⑤

10.

（1）Cl2+2Br－＝2Cl－+Br2；Br2；Br2

（2）Br2＋SO2＋2H2O＝2HBr＋H2SO4；（3）分液漏斗；②。

11.

（1）蒸发皿、玻璃棒

（2）在HCl气流中

（3）物质循环使用（其他合理答案也可）（4）不同意

MgO熔点太高，需消耗大量的电能

【经典名题例析】

【例1】冶炼金属一般有下列四种方法：

①焦炭法；②水煤气（或H2或CO）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，（Ⅲ）从光卤石（主要成分MgCl2）中炼镁。

对于它们的冶炼方法的分析不正确的是（）

A、（Ⅰ）用①B、（Ⅱ）用②C、（Ⅲ）用③D、（Ⅳ）用④

解析：

对于（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）、（Ⅳ）发生的反应及如何选择金属的冶炼方法：

（Ⅰ）：

Cu2（OH）2CO32CuO+CO2↑+H2O、2CuO+C2Cu+CO2↑符合①；

（Ⅱ）：

Fe+CuSO4=====FeSO4+Cu符合③；

（Ⅲ）：

Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3符合③；

（Ⅳ）：

先从光卤石中提出MgCl2，再电解MgCl2：

MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑符合④。

综上所述，本题应选B。

答案：

B

【例2】铝热剂并不单指Fe2O3与铝粉的混合物，实际上铝粉可以与许多金属氧化物配成铝热剂。

如铝粉与Fe3O4、V2O5、MnO2等均可发生铝热反应。

（1）写出上述铝热反应的化学方程式：

①

②

③

（2）据上述反应可总结出铝热反应的特点：

①铝热反应实际上属于四大基本反应类型中的，其中铝表现了其性，

作剂；

②铝热反应常用于冶炼金属性比铝（填“强”或“弱”）的金属。

解析：

铝热反应的实质是在较高温度下，用较活泼的还原剂铝，把活泼性相对弱的金属从其氧化物中还原出来。

答案：

（1）①3Fe3O4+8Al9Fe+4Al2O3

②3V2O5+10Al6V+5Al2O3

③3MnO2+4Al3Fe+2Al2O3

（2）①置换反应还原还原②弱

【例3】碘是人体必须的元素之一，海洋植物如海带、海藻中含有丰富的、以碘离子形式存在的碘元素。

在实验室中，从海藻里提取碘的流程和实验装置图4—2所示：

（1）指出上述提取碘的过程中有关实验操作的名称：

步骤①，步骤③。

写出步骤②对应反应的离子方程式：

。

（2）提取碘的过程中，可供选择的有机试剂是_______________。

A.酒精B.四氯化碳C.苯D.醋酸

（3）为了使海藻灰中的碘离子转化为碘的有机溶液，实验室里有烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网、以及必要的夹持仪器和物品，尚缺少的玻璃仪器是。

（4）从含碘的有机溶剂中提取碘和回收有机溶剂，还需

要经过蒸馏。

指出下图实验装置中存在的错误之处：

①；

②；

③。

（5）进行上述蒸馏操作时，使用水浴的原因

是；最后晶态碘在里聚集。

解析：

（1）将悬浊液分离为残渣和含碘离子的溶液应选择过滤的方法。

将碘水转化为含碘的有机溶液，需用溶解能力强的有机溶剂把碘从碘水中提取出来，故进行实验操作是萃取。

含碘离子溶液中通入适量的Cl2是为了将I-氧化成I2，离子方程式为：

2I-+Cl2====I2+2Cl-

（2）利用碘易溶于有机溶剂的性质进行提取，须注意选择的萃取剂除了对I2有强的溶解能力外，还必须难溶于水，否则不能进行分液分离。

A项酒精和D项醋酸，均为能溶于水的有机溶剂，故不能选用，B、C项符合题意。

（3）萃取过程要用力振荡，一般是在分液漏斗中进行了的，所缺玻璃仪器是分液漏斗。

（4）①给烧瓶加热，应在烧瓶下垫石棉网，缺少石棉网是错误之一；②蒸馏过程中，温度计要测量馏出蒸气的温度，不是要测量混合液体的温度。

将温度计的水银球插到液面以下，而未与支管口下端持平，是错误之二；③冷凝器中，水流方向应该是下进上出，这样可以保障冷凝器中始终充满水。

若水流方向为上进下出，由于水的流速不均匀及自来水中含有气泡等原因，则很难保证冷凝器中始终充满水；若热的冷凝器中断续进入冷水，则会造成冷凝器的破裂。

故冷凝管中进出水方向颠倒是错误之三。

（5）水浴加热可使蒸馏烧瓶受热均匀，且能控制加热温度不至于过高。

萃取剂馏出以后，碘聚集在蒸馏烧瓶之中。

答案：

（1）过滤萃取2I-+Cl2====I2+2Cl-

（2）BC

（3）分液漏斗

（4）①缺少石棉网；②温度计的水银球插液面以下；③冷凝管中进出水方向颠倒

（5）可使蒸馏烧瓶受热均匀，且能控制加热温度不至于过高蒸馏烧瓶

【高考真题赏析】

例1．【2009年广东化学·2】广东正在建设海洋强省。

下列说法不正确的是（）

A．从海带中提取碘单质的过程涉及氧化还原反应

B．往淡水中加入NaCl等配成人造海水，可用于海产品的长途运输

C．赤潮主要是由工农业生产和生活废水引起沿海水域的富营养化而造成的

D．海洋经济专属区的资源开发可获得Fe、Co、K、Au、Mg、B等金属

【解析】海水中含碘含的是碘离子（I—），要从海水中提取碘单质（I2）必然会涉及到元素化合价的升降，所以一定涉及氧化还原反应，故A正确；赤潮主要是由生活污水和工农业生产的废水任意排放引起，水中N、P元素增高造成水域的水富营养化而造成的，故C正确；由于岩石、大气、生物的相互作用，B不是金属元素，故D不正确。

【答案】D

例2．【2009年天津理综·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，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中液体产生颜色为。

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。

【解析】

（1）分离海水中盐的方法有多种：

蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。

（2）NaCl溶液的电解方程式：

2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑，其中Cl2会与NaOH反应生成NaClO。

（3）根据框图可知，先得到的Br2的浓度很小，多次用SO2反复吸收，最终用Cl2处理，则可获得大量的工业溴。

（4）由Br2＋SO2＋2H2O=4H＋＋SO42－＋2Br－，可知溴具有强氧化性可以氧化SO2生成H2SO4，因此要注意酸对设备的腐蚀问题。

（5）橡胶管的主要成分中含有碳碳双键，能被溴氧化，故溴可以腐蚀橡胶。

蒸馏的目的就是通过沸点不同而提纯Br2，所以要通过温度计控制好Br2沸腾的温度，尽可能使Br2纯净。

【答案】

（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）Br2＋SO2＋2H2O=4H＋＋SO42－＋2Br－强酸对设备的严重腐蚀

（5）①冷凝管②Br2腐蚀橡胶③控制温度计b的温度，并收集59℃的馏分④深红棕色分液（或蒸馏）