2025版高一化學(xué)必修第二冊（含不定項(xiàng)選擇）第八章 第一節(jié) 第1課時 金屬礦物的開發(fā)利用 海水資源的開發(fā)利用

第一節(jié)自然資源的開發(fā)利用第1課時金屬礦物的開發(fā)利用海水資源的開發(fā)利用課標(biāo)定向目標(biāo)定位1.以金屬礦物、海水的開發(fā)利用為例,了解依據(jù)物質(zhì)性質(zhì)及其變化綜合利用資源的方法。(證據(jù)推理與模型認(rèn)知)2.能從化學(xué)的角度分析從資源到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化途徑,能對資源的開發(fā)利用和能源的使用方案進(jìn)行評價;辯證地看待資源的使用的利弊及其對環(huán)境和社會的影響。(科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任)厘清重點(diǎn)金屬冶煉原理;海水提溴的工藝流程、原理和分離提純方法突破難點(diǎn)金屬活潑性與金屬冶煉方法的關(guān)系;物質(zhì)提取的一般思路和方法學(xué)習(xí)任務(wù)一:金屬礦物的開發(fā)利用必備知識·導(dǎo)學(xué)[引入]2023年1月1日,三星堆出土的銅頂尊跪坐人像和青銅神獸兩件“跨坑”文物,經(jīng)過高科技手段首次公開了拼合后的模樣,備受矚目。在人類發(fā)展的歷史長河中,金屬的發(fā)現(xiàn)與使用有著怎樣的歷程?不同金屬是如何開發(fā)出來的?一、金屬在自然界中的存在形態(tài)二、金屬的冶煉1.概念及實(shí)質(zhì):2.金屬冶煉方法與金屬活動性順序的關(guān)系物理方法適用于極少數(shù)不活潑、以游離態(tài)存在于地殼中的金屬,如Au常用水洗法獲得熱分解法分解HgO2HgO2Hg+O2↑電解法冶煉鈉2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑冶煉鎂MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑冶煉鋁2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑熱還原法高爐煉鐵Fe2O3+3CO2Fe+3CO2鋁熱法煉鐵2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe三、鋁熱反應(yīng)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(yīng)。2.反應(yīng)原理Fe2O3+2Al2Fe+Al2O33.實(shí)驗(yàn)蒸發(fā)皿中鋪少量細(xì)沙的作用:防止蒸發(fā)皿炸裂;防止生成的熔融物濺出。4.應(yīng)用(1)制取熔點(diǎn)較高、活動性弱于Al的金屬,如鐵、鉻、錳、鎢等。(2)金屬焊接,如:野外焊接鋼軌等。[思考]以下為鋁土礦(主要成分為Al2O3,還有雜質(zhì)Fe2O3、MgO、SiO2等)提取鋁的流程,濾液B中含鋁的形式是什么?電解的化學(xué)方程式是什么?提示:濾液B中含鋁的形式是[Al(OH)4]-,電解的化學(xué)方程式為2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑。四、金屬礦物資源開發(fā)和利用的主要措施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.使用其他材料代替金屬材料,減少金屬的使用量;5.加強(qiáng)廢舊金屬的回收和再利用。判對錯·通教材判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)越活潑的金屬,人類利用的時間越晚。 (√)提示:越活潑的金屬,其金屬陽離子氧化性越弱,越難被還原,因此人類利用的時間越晚。(2)利用金屬冶煉時,金屬元素一定發(fā)生氧化反應(yīng)。 (×)提示:金屬冶煉的本質(zhì)是將金屬從其化合物中還原出來。(3)可以用電解熔融的氯化鋁的方法制備金屬鋁。 (×)提示:氯化鋁是共價化合物,熔融時不能電離出自由移動的陰、陽離子,不導(dǎo)電,不能使用。(4)用熱還原法冶煉金屬時,可以用H2將Mg從化合物中還原出來。 (×)提示:Mg的活潑性強(qiáng)于H,不能用熱還原法。(5)可以通過電解飽和食鹽水的方法獲取金屬鈉。 (×)提示:電解飽和食鹽水,發(fā)生的反應(yīng)為2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,不能獲取金屬鈉。(6)可用鋁熱反應(yīng)獲取金屬鎂。 (×)提示:Mg的活潑性強(qiáng)于Al,不能用鋁熱反應(yīng)獲取。核心要點(diǎn)·歸納金屬冶煉方法、發(fā)現(xiàn)時間的長短與元素活潑性關(guān)系金屬越活潑,冶煉難度越大,發(fā)現(xiàn)得通常越晚。微點(diǎn)撥·拓教材金屬冶煉的其他方法(1)濕法冶金:利用溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),對原料中的金屬進(jìn)行提取和分離的方法,如濕法煉銅:Fe+CuSO4===FeSO4+Cu。(2)火法煉銅:Cu2S+O22Cu+SO2。(3)有些活潑金屬可以用還原法來冶煉,如:Na+KClNaCl+K↑等。學(xué)力診斷·測評1.(2024·濟(jì)南高一檢測)下列有關(guān)金屬冶煉的方法不正確的是 ()A.制鎂:將海水富集得到的氯化鎂溶液電解得到鎂和氯氣B.制鐵:用焦炭和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生的CO在高溫下還原鐵礦石中的鐵的氧化物C.制汞:加熱氧化汞得到汞,同時生成氧氣D.制錳:將鋁粉與難熔的MnO2以一定比例混合后,高溫冶煉得到錳【解析】選A。A.鎂是活潑金屬,工業(yè)上電解熔融的氯化鎂得到鎂和氯氣,A錯誤;B.鐵為較活潑的金屬,工業(yè)上用焦炭與氧氣反應(yīng)生成的一氧化碳在高溫下還原鐵礦石得到鐵,B正確;C.汞為不活潑的金屬,工業(yè)上用加熱氧化汞的方法冶煉汞,C正確;D.鋁的活潑性大于錳,可以將鋁粉與難熔的MnO2以一定比例混合后,利用鋁熱反應(yīng)高溫冶煉得到錳,D正確。2.(1)信州鉛山縣有苦泉,流以為澗。挹其水熬之,則成膽礬,烹膽礬則成銅。熬膽礬鐵釜,久之亦化為銅。(沈括《夢溪筆談》)寫出相應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式:_______________________________。

(2)用礦(硫化礦,主要成分為Cu2S)二百五十籮……入大旋風(fēng)爐,連烹(灼燒)三日三夜,方見成銅。(明·陸容《菽園雜記》)寫出相應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式:___________________。

【解析】(1)濕法煉銅的原理是CuSO4+Fe===FeSO4+Cu;(2)火法煉銅的原理是Cu2S+O22Cu+SO2。答案:(1)CuSO4+Fe===FeSO4+Cu(2)Cu2S+O22Cu+SO23.如圖為鋁熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置,請回答下列問題:(1)該實(shí)驗(yàn)裝置中還缺________________,

在試劑使用正確且符合要求的情況下引發(fā)鋁熱反應(yīng)的操作為______________________,

寫出鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式:___________________。

(2)若將氧化鐵換成氧化鎂,該反應(yīng)_________(填“能”或“不能”)發(fā)生,理由是____。

(3)若將所得產(chǎn)品置于足量的NaOH溶液中,可能看到的現(xiàn)象是____,

寫出鋁熱反應(yīng)的一種主要用途:___________________。

(4)假設(shè)鋁足量且反應(yīng)充分,設(shè)計一種實(shí)驗(yàn)方案,證明本實(shí)驗(yàn)中有單質(zhì)鐵生成:__________________________________。

【解析】(1)觀察裝置圖知,缺少引燃劑鎂條,故應(yīng)在混合物中間插入適當(dāng)長度的用砂紙打磨過的鎂條,點(diǎn)燃鎂條可引發(fā)鋁熱反應(yīng),鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式:Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe。(2)Mg比Al活潑,Al不能從MgO中置換出Mg。(3)若鋁過量,剩余的鋁及反應(yīng)生成的氧化鋁與NaOH溶液反應(yīng),可看到部分固體溶解,且溶液中有氣泡產(chǎn)生。(4)可取適量反應(yīng)后的固體混合物,先用NaOH溶液除去鋁,再加入鹽酸或稀硫酸,根據(jù)有氣泡冒出確定有鐵生成;也可用磁鐵靠近固體,根據(jù)固體可被磁鐵吸引判斷有鐵生成。答案:(1)鎂條在混合物中間插一根用砂紙打磨過的鎂條,然后點(diǎn)燃鎂條Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe(2)不能鎂比鋁活潑,鋁不能置換出鎂(3)部分固體溶解,有氣泡產(chǎn)生焊接鋼軌或冶煉某些熔點(diǎn)高的金屬(4)取適量反應(yīng)后的固體混合物,先用NaOH溶液除去鋁,再加入稀硫酸,有氣泡冒出,說明有鐵生成(或用磁鐵靠近固體,有固體可被磁鐵吸引,說明有鐵生成,合理即可)【補(bǔ)償訓(xùn)練】據(jù)《天工開物》記載我國古代以爐甘石(主要成分是ZnCO3)來升煉倭鉛(即鋅),其原理如圖2所示。已知鋅的熔點(diǎn)為420℃、沸點(diǎn)為906℃。則下列說法不正確的是 ()A.升煉倭鉛過程包含氧化還原反應(yīng)B.“鋅火”是鋅蒸氣和一氧化碳在空氣中的燃燒C.“泥封”的目的是防止得到的鋅被氧化D.冶煉時鋅變?yōu)檎魵庠凇岸凳摇崩淠秊楣腆w【解析】選D。爐甘石的主要成分是ZnCO3,與煤炭在高溫下共熱,ZnCO3分解生成ZnO、CO2,C與CO2反應(yīng)生成CO,CO還原ZnO得到Zn,其中生成CO及CO還原ZnO均為氧化還原反應(yīng),A正確;“鋅火”是未反應(yīng)完的CO與Zn蒸氣從“兜室”逸出燃燒,B正確;Zn高溫下易被空氣中O2氧化成ZnO,故“泥封”是為了隔絕空氣,防止Zn被氧化,C正確;反應(yīng)區(qū)溫度為1100~1300℃,Zn變?yōu)檎魵馀c雜質(zhì)分離,在“兜室”冷凝為液體流出(冷凝區(qū)溫度高于Zn的熔點(diǎn)),D錯誤。學(xué)習(xí)任務(wù)二:海水資源的開發(fā)利用必備知識·導(dǎo)學(xué)一、海水中的化學(xué)元素二、海水水資源的開發(fā)利用方法1.海水的淡化海水淡化的主要方法:(1)蒸餾法:歷史最久、技術(shù)工藝成熟。(2)電滲析法(3)離子交換法(目前正迅速發(fā)展,需要不斷更新離子交換樹脂)離子交換樹脂可以把陰、陽離子分別交換出來,使水得到純化。2.直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻。三、海水中化學(xué)資源的開發(fā)利用1.氯堿工業(yè):2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。(1)制鈉和氯氣:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。(2)制鹽酸:H2+Cl22HCl。(3)制漂白劑:2NaOH+Cl2===NaCl+NaClO+H2O。2.用KBr制單質(zhì)溴:2KBr+Cl2===2KCl+Br2。3.用MgCl2制Mg:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。4.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。四、海水提溴工藝流程示意圖如下:工業(yè)生產(chǎn)流程及反應(yīng)原理如下:寫出流程中反應(yīng)的離子方程式:①氧化室:Cl2+2Br-===Br2+2Cl-。②吸收塔:Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4。③蒸餾塔:Cl2+2Br-===Br2+2Cl-。微點(diǎn)撥·拓教材萃取與分液(1)定義:萃取是利用A物質(zhì)在B物質(zhì)和C物質(zhì)中的溶解能力不同,把A物質(zhì)從B物質(zhì)提取到C物質(zhì)里;分液利用的是兩種液體互不相溶的特性,把兩種互不相溶的兩種液體分離開來。(2)實(shí)驗(yàn)裝置圖:判對錯·通教材判斷下列說法是否正確,正確的打“√”,錯誤的打“×”。(1)海水淡化的方法中,蒸餾法成本最低。 (×)提示:蒸餾法雖然技術(shù)和工藝較成熟,但成本較高。(2)海水中含量最多的兩種元素為Na元素和Cl元素。 (×)提示:海水中含量最多的兩種元素為H元素和O元素。(3)從海水中獲取單質(zhì)溴過程中,涉及了氧化還原反應(yīng)。 (√)提示:海水提溴的過程中,Cl2與NaBr溶液等反應(yīng)均為氧化還原反應(yīng)。(4)海水中各種化學(xué)資源的開發(fā)過程中,必須都要發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 (×)提示:從海水中提取淡水可用蒸餾法,為物理方法。(5)對于海水來說除了從中獲取淡水和化學(xué)物質(zhì)外,其他就沒有什么價值了。 (×)提示:除了從海水中獲取淡水和化學(xué)物質(zhì)外,海水在能量方面也具有十分重要的戰(zhàn)略意義,如潮汐能、波浪能等新能源的開發(fā)和利用等。核心要點(diǎn)·歸納海水中提取溴的流程微點(diǎn)撥·拓教材1.海帶中提取碘(1)流程(2)通入Cl2的反應(yīng)原理發(fā)生反應(yīng)的離子方程式:Cl2+2I-===I2+2Cl-。2.海水提鎂(1)工藝流程(2)主要的化學(xué)反應(yīng)原理CaCO3CaO+CO2↑CaO+H2O===Ca(OH)2Ca(OH)2+MgCl2===Mg(OH)2↓+CaCl2Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2OMgCl2(熔融)Mg+Cl2↑學(xué)力診斷·測評1.(雙選)(2024·泰安高一檢測)海洋中部分化學(xué)資源的利用如圖所示,下列說法錯誤的是 ()A.步驟①、②利用了Cl2的氧化性,熱空氣吹出利用了溴的揮發(fā)性B.物質(zhì)X常選用SO2,Y常選用燒堿C.工業(yè)上常用熱還原法冶煉金屬鎂D.“氯化”過程中發(fā)生的反應(yīng)為MgO+C+Cl2MgCl2+CO【解析】選B、C。A.步驟①、②發(fā)生的反應(yīng)為Cl2+2Br-===2Cl-+Br2,Cl2表現(xiàn)氧化性,溴易揮發(fā),可用熱空氣將其吹出,A項(xiàng)正確;B.由于Br2具有氧化性,SO2具有還原性,物質(zhì)X常選用SO2,發(fā)生的反應(yīng)為SO2+Br2+2H2O===2HBr+H2SO4,Y常選用來源豐富、廉價的Ca(OH)2,B項(xiàng)錯誤;C.工業(yè)上常用電解法冶煉金屬鎂,C項(xiàng)錯誤;D.“氯化”過程中發(fā)生的反應(yīng)為MgO+C+Cl2MgCl2+CO,D項(xiàng)正確。2.模擬從海水中提取鎂的實(shí)驗(yàn)裝置、操作及目的如圖所示,能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?()選項(xiàng)ABCD裝置操作及目的煅燒貝殼至900℃,得到生石灰濃縮海水,加生石灰反應(yīng)后過濾,得到Mg(OH)2蒸發(fā)MgCl2溶液,得到無水MgCl2電解MgCl2溶液,制備金屬M(fèi)g【解析】選B。煅燒貝殼至900℃,貝殼的主要成分碳酸鈣會與坩堝的主要成分之一二氧化硅反應(yīng):CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑,故A錯誤;加生石灰沉淀鎂離子后可以用過濾法分離得到Mg(OH)2,故B正確;蒸發(fā)MgCl2溶液得到無水MgCl2,必須在干燥的HCl氣流中防止鎂離子水解,故C錯誤;制備金屬M(fèi)g需要電解熔融態(tài)的MgCl2,故D錯誤。3.從海帶中提取碘單質(zhì)流程如圖所示,下列關(guān)于海水制碘的說法,錯誤的是 ()A.過濾操作中用到的玻璃儀器有分液漏斗、玻璃棒、燒杯B.含I-的濾液中加入稀硫酸和H2O2后,碘元素發(fā)生氧化反應(yīng)C.在碘水中加入幾滴淀粉溶液,溶液變藍(lán)色D.碘水中加入CCl4得到I2的CCl4溶液,該操作為“萃取”【解析】選A。過濾操作中用到的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒、燒杯,過濾時不能用分液漏斗,故A錯誤;碘離子被H2O2氧化為碘單質(zhì),發(fā)生氧化反應(yīng),故B正確;碘單質(zhì)能使淀粉溶液變藍(lán)是碘單質(zhì)的特性,故C正確;碘單質(zhì)在水中的溶解度不大,易溶于四氯化碳等有機(jī)溶劑,可以用四氯化碳萃取碘水中的碘單質(zhì),故D正確?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】溴及其化合物在醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料等方面有著廣泛應(yīng)用。海水提溴的工業(yè)生產(chǎn)流程如圖所示:下列說法錯誤的是 ()A.“吹出塔”采用熱空氣更有利于溴的吹出B.“吸收塔”中反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBrC.“吸收塔”中可用硫酸鈉溶液代替SO2D.依據(jù)流程可以判斷氧化性強(qiáng)弱順序?yàn)镃l2>Br2>SO2【解析】選C。溴易揮發(fā),用熱空氣使溴揮發(fā)更快,故A正確;“吸收塔”中SO2作還原劑,生成兩種強(qiáng)酸,反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBr,故B正確;可用亞硫酸鈉溶液代替SO2作還原劑,但不能用硫酸鈉溶液,C錯誤;Cl2可將海水中的Br-氧化為Br2,Br2和SO2反應(yīng)時,Br2作氧化劑,可得出氧化性強(qiáng)弱順序?yàn)镃l2>Br2>SO2,D正確。學(xué)情檢測·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.金屬的冶煉與生產(chǎn)、生活及國防軍事等領(lǐng)域均密切相關(guān)。下列有關(guān)金屬冶煉的原理錯誤的是 ()A.用電解法制取金屬鈉:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑B.用Al作還原劑冶煉金屬V:3V2O5+10Al6V+5Al2O3C.用H2作還原劑冶煉金屬Ag:Ag2O+H22Ag+H2OD.用活潑金屬Na為還原劑冶煉Ti:4Na+TiCl4(熔融)Ti+4NaCl【解析】選C。A.電解熔融氯化鈉制取金屬鈉,同時生成氯氣,A正確;B.鋁的還原性大于釩,用Al作還原劑(鋁熱劑)冶煉金屬V,B正確;C.銀是不活潑的金屬,一般采用加熱Ag2O的方法冶煉Ag,C錯誤;D.Na的活潑性大于Ti,可用Na為還原劑冶煉Ti,D正確。【補(bǔ)償訓(xùn)練】高溫下利用鋁粉與氧化鐵的反應(yīng)可焊接鋼軌,發(fā)生的反應(yīng)為2Al+Fe2O32Fe+Al2O3,該反應(yīng)放出大量的熱,下列說法錯誤的是()A.常溫下,Fe易被氧化而Al不易被氧化,是由于Al的活動性比Fe弱B.該反應(yīng)中Al為還原劑C.該反應(yīng)中Fe2O3具有氧化性D.鋁熱反應(yīng)可用于制備金屬M(fèi)n【解析】選A。Al是活潑金屬,常溫下,Al不易被腐蝕,是因?yàn)锳l與空氣中的氧氣反應(yīng)生成一層致密的氧化膜,保護(hù)內(nèi)部的Al不被氧化,故A錯誤;2Al+Fe2O32Fe+Al2O3反應(yīng)中,Al元素化合價升高,Al為還原劑,故B正確;反應(yīng)中,Fe2O3中Fe元素化合價降低,Fe2O3是氧化劑,具有氧化性,故C正確;鋁熱反應(yīng)可用于冶煉金屬性比鋁弱但熔點(diǎn)較高的金屬單質(zhì),能制備金屬M(fèi)n,故D正確。2.通過海水晾曬可得粗鹽,粗鹽除NaC