8-1-1-金屬礦物和海水資源(解析版)

第八章化學反應與可持續(xù)發(fā)展第一節(jié)自然資源的開發(fā)利用第1課時金屬礦物和海水資源學習目標核心素養(yǎng)宏觀辨識與微觀探析1.了解金屬冶煉的方法；2.了解海水淡化的方法，掌握海水的蒸餾方法；3、掌握海水化學資源的開發(fā)和利用，即海水制鹽，海水提鎂、提溴、提碘?？茖W態(tài)度與社會責任使學生認識到化學與人類的密切關(guān)系，激發(fā)他們學習化學的興趣，促進科學素養(yǎng)和道德素養(yǎng)的提高，樹立自我防護意識和增強社會責任感。預習導學一、金屬礦物的開發(fā)利用除少數(shù)金屬外，大多數(shù)金屬以___________的形式存在于自然界。由金屬礦物轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘?，一般要?jīng)過_________、__________、__________、_________等階段。1、金屬的冶煉的過程：主要是利用金屬礦物中的金屬離子__________電子變成金屬單質(zhì)所發(fā)生的__________反應。2、金屬冶煉的方法有：________、_________、___________等。3、鋁熱反應：寫出金屬鋁與氧化鐵的反應方程式：________________________?！敬鸢浮炕衔锾降V開采選礦冶煉1、獲得氧化還原2、熱分解法熱還原法電解法3、Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3二、海水資源的綜合利用1、海洋約占地球表面積的__________，海水約占地球上總水量的_________。2、海水資源的利用主要包括__________和__________。海水淡化的主要方法有：____________、___________________、_______________等，其中________________的歷史最久，技術(shù)和工藝也比較成熟，但成本較高。3、海水是一個遠未開發(fā)的巨大化學資源寶庫。海水中含有________多種元素，海水中含量最多的_____、_____兩種元素，加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11種元素的含量較高，其他為微量元素。常從海水中提取食鹽，并在傳統(tǒng)海水制鹽工業(yè)基礎(chǔ)上制取鎂、鉀、溴及其化合物。【答案】1、71%97%2、海水淡化直接利用海水進行循環(huán)冷卻蒸餾法電滲析法離子交換法蒸餾法3、80OH重難突破重點1金屬的冶煉金屬冶煉的一般步驟：（1）礦石的富集：除去雜質(zhì)，提高礦石中有用成分的含量。(2)冶煉：利用氧化還原反應原理，在一定條件下，用還原劑把金屬從其礦石中還原出來，得到金屬單質(zhì)（粗）。(3)精煉：采用一定的方法，提煉純金屬。2、金屬冶煉的方法金屬的性質(zhì)越穩(wěn)定，越容易將其從化合物中還原出來。金屬冶煉的方法主要有：（1）熱分解法：對一些不活潑的金屬，可以直接用加熱分解的方法使其從化合物中還原出來。如：2HgO2Hg+O2↑2Ag2O4Ag+O2↑（2）熱還原法在金屬活動性順序表中處于中間位置的金屬，通常采用高溫下用還原劑還原的方法將金屬從其化合物中還原出來，常用還原劑是H2、CO、C、Al等。如：CuO+H2Cu+H2O↑Fe2O3+3CO2Fe+3CO2↑WO3+3H2W+3H2OZnO+CZn+CO↑MgO+CMg(g)+CO(g)Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3（鋁熱反應）（3）電解法：活潑金屬較難用還原劑還原，通常采用電解熔融的金屬化合物的方法冶煉活潑金屬。如：2NaCl（熔融）2Na+Cl2↑MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑2Al2O34Al+3O2↑（4）濕法冶金術(shù)：用活潑金屬把不活潑金屬從它的鹽溶液中置換出來。如：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu。（5）有些金屬可以利用氧氣從其硫化物中冶煉出來。如：Cu2S+O22Cu+SO2【例1】下列敘述錯誤的是（）A．煉鐵時，還原劑CO將鐵從鐵礦中還原出來B．活潑金屬Na只能用電解法冶煉制出C．汞的冶煉只能用還原劑法D．鋁的冶煉只用電解法【解析】Fe在冶煉時，用CO的還原法制取，A正確；活潑金屬Na汞的冶煉用熱分解法：2HgO2Hg+O2↑因此，C錯誤；Al是較活潑金屬不可以用還原法，只能用電解熔融Al2O3來制取?！敬鸢浮緾重點2海水的資源的開發(fā)利用1、海水中的元素2、海水的利用3、海水淡化三種方法的原理：方法原理蒸餾法將海水加熱至沸騰汽化，然后將蒸氣冷凝而得到蒸餾水電滲析法在外加直流電場作用下，利用陰、陽離子交換膜對水中陰、陽離子的選擇透過性，使水中的一部分離子轉(zhuǎn)移到另一部分水中而達到除鹽的目的離子交換法用陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂除去海水中的陰、陽離子，得到去離子水4、海水中提取溴（1）實驗流程圖（2）實驗原理2Br—+Cl2=2Cl—+Br2、SO2+Br2+2H2O=2HCl+H2SO4【例2】海水中溴元素以Br－形式存在，工業(yè)上用空氣吹出法從海水中提取溴的工藝流程如圖：(1)步驟①反應的離子方程式是_________________________________________。(2)步驟③反應的化學方程式是________________________________________，從理論上考慮，下列也能吸收Br2的是________。A．NaOHB．FeCl2C．Na2SO3 D．H2O(3)步驟⑤蒸餾的過程中，溫度控制在80℃～90℃，溫度過高或過低都不利于生產(chǎn)，請解釋原因______________________________________________?！窘馕觥?1)(2)由流程圖和反應原理可寫出離子與方程式和化學方程式分別為2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－，SO2＋Br2＋2H2O=2HBr＋H2SO4；從理論上考慮，NaOH具有強堿性，能吸收Br2，F(xiàn)e2＋、SOeq\o\al(2－,3)具有強還原性也能吸收Br2。(3)溫度過高，大量水蒸氣隨溴排出，溴氣中水蒸氣的含量增加，溫度過低，溴不能完全蒸出，產(chǎn)率太低?！敬鸢浮?1)2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－(2)SO2＋Br2＋2H2O=H2SO4＋2HBrA、B、C(3)若溫度過高，大量水蒸氣隨溴排出，溴蒸氣中水蒸氣的含量增加，溫度過低，溴不能完全蒸出，產(chǎn)率太低。課堂演練1、下列金屬冶煉的反應原理，錯誤的是()A．2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑B．MgO＋H2eq\o(=,\s\up7(高溫))Mg＋H2OC．Fe3O4＋4COeq\o(=,\s\up7(高溫))3Fe＋4CO2D．2HgOeq\o(=,\s\up7(△))2Hg＋O2↑【答案】B【解析】因為Mg活潑性強，在高溫下可與水反應生成Mg(OH)2和H2，不能用H2還原MgO的方法冶煉鎂，應用電解熔融MgCl2的方法冶煉鎂。2.從海水中可以提取溴，但得到的液溴中常常溶有少量氯氣，除去氯氣應該采用的方法是()A．加入適量的Na2CO3溶液B．通入溴蒸氣C．加入適量的NaOH溶液D．加入適量的NaBr溶液【答案】D【解析】Na2CO3溶液和NaOH溶液都能與Br2發(fā)生反應，不能用于除雜。3.若將海水淡化作飲用水使用，下列方法在原理上完全不可行的是（）A．加明礬使海水中的鹽分沉淀而淡化B．利用太陽能使海水蒸餾而淡化C．將海水緩慢凝固以獲取淡化的飲用水D．將海水通過離子交換樹脂以除去所含離子【答案】A【解析】海水中的NaCl不會與明礬作用產(chǎn)生沉淀，所以不可以得到淡化的效果，A不可行；海水淡化常用的方法有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。4．海水是鎂的主要來源之一。從海水中提取鎂可按如下步驟進行：①把貝殼制成石灰乳；②在引入的海水中加入石灰乳，沉降、洗滌、過濾沉淀物；③將沉淀物與鹽酸反應，結(jié)晶、過濾、干燥產(chǎn)物；④電解得到產(chǎn)物。下列關(guān)于提取鎂的說法中，不正確的是()A．此法的優(yōu)點之一是原料取自大海B．進行①②③步驟的目的是富集MgCl2C．可用電解熔融氧化鎂的方法制取鎂D．電解法冶煉金屬要消耗大量的電能【答案】C【解析】有關(guān)反應方程式：CaCO3CaO+CO2↑，CaO+H2O=Ca(OH)2，MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2+Mg(OH)2，Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O，MgCl2AUTOTEXT=電解=AUTOTEXT=電解=eq\o(\s\up8(電解),═══,\s\do4(熔融))Mg+Cl2↑。5．冶煉金屬常用以下幾種方法：①以C、CO或H2作還原劑；②用活潑金屬Na、Mg等還原；③利用鋁熱反應還原；④電解法；⑤熱分解法。下列各金屬采用哪種方法還原最佳？（用序號填寫下列空白）：（1）Fe、Zn、Cu等中等活潑金屬：________。（2）Na、Mg、Al等活潑或較活潑金屬___________。（3）Hg、Ag等不活潑金屬_________。（4）V、Cr、Mn、W等高熔點金屬__________。（5）K、Rb、Cs、Ti等金屬_________?！敬鸢浮浚?）①（2）④（3）⑤（4）③（5）②【解析】根據(jù)每種金屬的特點選擇最佳方案。其中K、Rb、Cs、Ti等利用的原理比較特別，不是用活潑金屬置換不活潑金屬，而是利用平衡原理，如Na+KClNaCl+K↑，分離出鉀蒸氣使此反應得以繼續(xù)進行。課后學習評價基礎(chǔ)鞏固1.一位海上遇難的水手隨著木排在海上漂流，他用完了淡水，感到口渴異常，但他不喝海水，因為他知道海水會致命，主要原因是（）A．海水有苦澀味，根本喝不下去B．海水中含有多種鹽，能使腸胃腐爛致人死亡C．海水中有許多微生物，有些微生物能致人死亡D．海水會造成人體水分從血液和組織中脫離出來，使人脫水死亡【答案】D【解析】因為海水濃度高于細胞液濃度,喝下后組織液濃度變高,細胞便因滲透作用而大量失水,故喝海水不能解渴.反而會使人脫水死亡。2.許多國家十分重視海水資源的綜合利用。不需要化學變化就能夠從海水中獲得的物質(zhì)是()A．氯、溴、碘B．鈉、鎂、鋁C．燒堿、氫氣D．食鹽、淡水【答案】D【解析】從海水中獲得非金屬單質(zhì)Cl2、Br2、I2、H2，金屬單質(zhì)Na、Mg、Al或化合物NaOH，均需經(jīng)過化學變化；海水曬鹽得NaCl，蒸餾海水得淡水只發(fā)生物理變化。3.下列說法正確的是()A．海洋約占地球表面積的71%，所以地球上不缺水，人類可以隨意使用水資源，不必節(jié)約B．海水淡化的主要方法有蒸餾法、電滲析法和離子交換法C．海水淡化的各種方法中，蒸餾法的成本最低D．以上說法都正確【答案】B【解析】地球表面咸水多，淡水少，許多國家面臨著淡水資源的危機，故不可以隨意浪費水資源，A錯誤；海水淡化中蒸餾法的成本較高，C錯誤。4.金屬材料在日常生活以及生產(chǎn)中有著廣泛的運用。下列關(guān)于金屬的一些說法不正確的是()A．合金的性質(zhì)與其組成金屬的性質(zhì)不完全相同B．工業(yè)上金屬Mg、Al都是用電解熔融氯化物制得的C．金屬冶煉的本質(zhì)是金屬陽離子得到電子變成金屬原子D．越活潑的金屬越難冶煉【答案】B【解析】合金的性質(zhì)與其成分金屬的性質(zhì)不完全相同，如合金硬度、強度更大，熔點更低等，A項正確；因為AlCl3為共價化合物，熔融時不導電，冶煉鋁應用電解Al2O3(熔融)的方法，B項錯誤；金屬冶煉的實質(zhì)就是把金屬陽離子還原為金屬原子，越活潑的金屬，其陽離子的氧化性越弱，越難被還原，C、D項正確。5.下列化工生產(chǎn)原理錯誤的是()①可以用電解熔融氯化鈉的方法來制取金屬鈉②可以用鈉加入氯化鎂飽和溶液中制取鎂③在電冶鋁時，原料是氯化鋁④煉鐵高爐中所發(fā)生的反應都是放熱的，故無需加熱A．②③B．①③C．①②③D．②③④【答案】D【解析】金屬鈉性質(zhì)活潑，當加入到鹽溶液中時先與水反應生成氫氣和氫氧化鈉，生成物再與鹽發(fā)生復分解反應，②錯誤；因為AlCl3是共價化合物，熔融時不導電，不能用作電冶鋁的原料，③錯誤；煉鐵高爐中所發(fā)生的反應既有放熱反應，也有吸熱反應，如Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高溫))2Fe＋3CO2等為吸熱反應，④錯誤。6.從金屬利用的歷史來看，先是青銅器時代，而后是鐵器時代，鋁的利用是近百年的事。這個先后順序跟下列有關(guān)的是：①地殼中的金屬元素的含量；②金屬活動性順序；③金屬的導電性；④金屬冶煉的難易程度；⑤金屬的延展性；（）

A．①③B．②⑤

C．③⑤D．②④【答案】D【解析】金屬活動性順序表中，金屬位置越靠后，金屬陽離子的氧化性越強，越容易被還原，人們開發(fā)利用的時間就越早。7.由海水制備無水氯化鎂，主要有以下步驟：①在一定的條件下脫水干燥；②加熟石灰；③加鹽酸；④過濾；⑤濃縮結(jié)晶。其先后順序正確的是（）A．②④⑤③①B．③②④①⑤C．③④②⑤①D．②④③⑤①【答案】D【解析】要從海水中得到MgCl2，首先要加熟石灰得到Mg(OH)2沉淀；然后過濾；再將沉淀加鹽酸溶解，得到MgCl2溶液；最后對溶液濃縮結(jié)晶，再對晶體脫水干燥即可，故選D項。8.從海藻灰中提取碘的方法：往海藻灰浸取液中通入Cl2，后用升華的方法將置換的碘提純。但浸取液中通入Cl2時會生成少量性質(zhì)類似于Cl2的ICl和IBr，為了消除這兩種雜質(zhì)，使其中的碘完全游離出來，需加入適量的（）A．CaOB．KIC．H2OD．酒精【答案】B【解析】ICl、IBr都有氧化性，KI具有還原性，能發(fā)生如下反應：ICl+KI=KCl+I2，IBr+KI=KBr+I2。9.從海水中可以提取金屬鎂，其流程如下：（1）實驗室里將粗鹽制成精鹽時，在溶解、過濾、蒸發(fā)三個步驟的操作中都要用到玻璃棒，分別說明在這三種情況下是用玻璃棒的目的。溶解時：________；過濾時：___________；蒸發(fā)時：_________________。（2）Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2應怎樣除去？寫出實驗步驟___________________________。（3）流程的最后由固體MgCl2冶煉金屬鎂應采用___________法，寫出反應的化學方程式：______________________________?！敬鸢浮浚?）攪拌，加速溶解；使待濾液體沿玻璃棒流入漏斗，防止外灑；攪拌，防止局部過熱使液滴或晶體飛濺（2）加入MgCl2溶液，充分攪拌，過濾，沉淀用水洗滌（3）電解：MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑?！窘馕觥浚?）玻璃棒在溶解時能加速溶解；在過濾時能防止液體外灑；在蒸發(fā)時能防止液滴或晶體飛濺。（2）粗略看Mg(OH)2、Ca(OH)2都為堿，無法通過反應除去Ca(OH)2，仔細分析兩種物質(zhì)性質(zhì)的差異，發(fā)現(xiàn)Mg(OH)2難溶而Ca(OH)2微溶。利用這一性質(zhì)的差別，可以加入MgCl2溶液，充分攪拌后過濾，沉淀用水洗滌即可除雜。（3）電解熔融的氯化鎂可制得金屬鎂。10.海水占地球總儲水量的97.2%。若把海水淡化和化工生產(chǎn)結(jié)合起來，既可以解決淡水資源缺乏的問題，又可以充分利用海洋資源。(1)工業(yè)上利用電解飽和食鹽水可制得重要化工產(chǎn)品，又稱為“氯堿工業(yè)”。也可以電解熔融氯化鈉制得鈉和氯氣，該反應方程式為___________________。(2)近年來有人提出了一種利用氯堿工業(yè)產(chǎn)品及氯化鈉循環(huán)治理含二氧化硫廢氣并回收二氧化硫的方法，該方法的流程如下：試寫出反應的化學反應方程式：②_________________________________，③_________________________________，④_________________________________?！敬鸢浮?1)2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑(2)②NaOH＋SO2=NaHSO3③H2＋Cl2eq\o(=,\s\up7(點燃))2HCl④NaHSO3＋HCl=NaCl＋SO2↑＋H2O【解析】(1)電解熔融NaCl的方程式為2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(電解))2Na＋Cl2↑。（2）該流程較清晰的展示了氯堿工業(yè)產(chǎn)品及NaCl循環(huán)治理含SO2的廢氣并回收SO2的原理，據(jù)要求寫出方程式即可。能力提升11．工業(yè)上利用下述反應在真空中煉銣：2RbCl+MgMgCl2+2Rb.這一反應能進行的原因是（）A．在高溫下鎂的金屬活動性比銣強B．銣的沸點比鎂低，以氣體形式被抽去C．銣的熔點比鎂低，以液體形式被抽去D．MgCl2的穩(wěn)定性比RbCl的強【答案】B【解析】在金屬活動順序表中，Rb在Mg的左下角，金屬性強于Mg，所以A選項錯誤，而本反應若能發(fā)生，應該利用的是難揮發(fā)物質(zhì)生成易揮發(fā)的物質(zhì)，即利用Rb的沸點低于Mg，以氣體的形式被抽走，使反應利于向右進行B正確。12.海帶含有豐富的碘。為了從海帶中提取碘，某研究性學習小組設(shè)計并進行了以下實驗：請?zhí)顚懴铝锌瞻祝海?）步驟①灼燒海帶時，除需要三角架外，還需要用到的儀器是.（從下列儀器中選擇所需的儀器，用標號字母填寫在空白處）A.燒杯B.坩堝C.表面皿D.泥三角E.酒精燈F.干燥器（2）步驟③的實驗操作名稱是