高中化学 第四章第一节开发利用金属矿物和海水资源同步辅导与检测课件 新人教版必修2.ppt

第一节开发利用金属矿物和海水资源 化学与自然资源的开发利用 第一节开发利用金属矿物和海水资源 海洋是人类可持续发展的重要基础 浩瀚的海洋中 蕴藏着极其丰富的矿物资源 生物资源和药物资源 其经济价值可观 开发前景十分诱人 海底石油储藏量约1350亿吨 天然气约140万亿立方米 约占世界油气总量的45 海水中溶解有80多种化学元素 被誉为 液体矿山 海水中可提取镁 钾 铀 锶等各类矿物达5亿亿吨 在生物资源方面 海洋中存活着20万种 生物 除石油 天然气外 海洋蕴藏着巨大的动力能源 另外 海水中含有200万亿吨重水 其中所含的氘是受控核聚变的宝贵原料 核聚变能是被广泛看好的21世纪全球电力的一个重要来源 开发金属矿物资源的一般原理是什么 开发海水资源对人类社会的发展有哪些重要意义呢 1 了解金属冶炼的化学反应原理和基本方法 2 了解海水资源及其开发利用的主要方法 3 掌握从海水中提取溴和碘的化学反应原理和实验方法 4 认识开发利用金属矿物和海水资源所带来的环境问题和预防措施 认识化学在自然资源的合理开发与综合利用方面的重要价值 培养环保意识和节约意识 金属矿物的开发和利用 1 金属在自然界的存在形态 游离态 化合态 2 金属冶炼的原理金属的冶炼是利用 原理 在一定条件下 使金属离子 电子被 成金属原子 聚集成为金属单质 如mn ne m 3 冶炼方法 1 热分解法 适用于 金属 写出冶炼汞和银的化学反应方程式 得到还原 氧化还原反应 金属活动性顺序中hg及其以后的 2 热还原法 适用于 金属 写出工业炼铁的化学反应方程式 3 电解法 适用于 的金属 写出冶炼钠 镁和铝的化学反应方程式 金属活动性顺序中zn cu之间的 金属活动性顺序中al及其以前 4 常见的还原剂大部分金属的冶炼都是在高温下发生的氧化还原反应 常用的还原剂有 等 一些活泼金属也可作还原剂 将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来 如2al fe2o32fe al2o3 焦炭coh2 5 合理开发金属矿物资源地球上金属矿物资源是有限的 必须合理开发和利用这些矿物资源 主要途径有提高金属矿物的 减少金属的 加强金属资源的 和 使用其他材料代替金属材料等 利用率 使用量回收再利用 应用思考 1 金属在自然界中 为什么它们大多数以化合态存在 提示 大多数金属比较活泼 容易与h2o o2等反应 故大多数金属以化合态存在于自然界中 提示 由于mgo的熔点远远高于mgcl2的熔点 将mgo熔融需要能量较多 所以采用电解熔融mgcl2的方法制取mg 冶炼金属也要考虑节能减排 2 工业上利用电解熔融mgcl2来制取mg 而mgo比mgcl2更易获得 为什么不电解熔融mgo制取镁呢 mgo的熔点 2852 mgcl2的熔点 118 海水资源的开发利用 1 海水的淡化 1 海水淡化的主要方法 法 法 法 2 海水的蒸馏 蒸馏电渗析 离子交换 烧瓶 碎瓷片 冷凝器 锥形瓶 2 直接利用海水进行 3 海水制盐 1 方法 把海水引到盐滩上 利用 和 使水分蒸发 得到食盐 日光风力 循环冷却 2 食盐的用途 有关反应的方程式 a b 2nacl 2h2o2naoh cl2 h2 c d 4 海水提溴在预先经过酸化的浓缩海水中 用氯气氧化溴离子使之成为单质溴 反应的离子方程式为 应用思考 3 海水制盐属于物理变化 还是化学变化 4 海水的蒸馏装置与普通的蒸馏装置有何区别 为什么 提示 海水制盐是利用日光和风力使海水中水分蒸发从而使食盐结晶析出 因此属于物理变化 提示 因为海水蒸馏得到的是淡水 水的沸点为100 常压下 无需用温度计 因此可不用蒸馏烧瓶 而换为圆底烧瓶 综合拓展 一 金属活动性顺序表 金属的性质 金属的冶炼 续上表 续上表 二 铝热反应实验探究 把两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状 套在一起 使四周都有四层 把内层滤纸取出 在底部剪一个孔后用水润湿 再套回原处 架在铁圈上 下面放置一盛沙的蒸 发皿 把5g干燥的氧化铁粉末和2g铝粉混合均匀 放在纸漏斗中 在混合物上面加少量氯酸钾固体 并在混合物中间插一根用砂纸打磨过的镁条 用燃着的小木条点燃镁条 续上表 特别关注 铝热反应的注意事项 1 铝热反应是指铝热剂在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应 其中镁条为引燃物质 氯酸钾为助燃物质 2 铝热反应的实质是用较活泼的铝 把活动性相对较弱的金属从其氧化物中还原出来 3 反应特点是在高温下进行 反应迅速并放出大量的热 新生成的金属单质呈液态且易与al2o3分离 4 铝热剂是指铝粉和某些金属氧化物 fe3o4 cr2o3 v2o5等 组成的混合物 5 在冶金工业中常用这一原理制取熔点较高的金属 如v cr mn等 另外该反应原理也可以应用在生产上 如焊接钢轨等 2 烧瓶中的海水量不能超过烧瓶容量的2 3 3 冷凝管内的冷却水要从下口入 上口出 这样冷却的效果最好 4 加入碎瓷片的目的是防止液体暴沸 5 实验前认真检查装置的气密性 6 当烧瓶中有少量液体时 停止加热 7 实验结束时 应先停止加热 后停止通入冷却水 四 海水中碘的提取海水中碘的总储量很大 但由于其浓度很低 因此 目前工业生产中并不是直接由海水提取碘 海洋中的某些植物具有富集碘的能力 如海带等 从海产品中提取碘是工业上获取碘的一种途径 从海带中提取碘的流程图如下 五 海水提溴1 流程 特别关注 1 利用空气吹出法从海水中提溴 主要是利用br2沸点低 易挥发 能被热空气和h2o g 以溴蒸气形式吹入吸收塔 2 从苦卤或吸收液中得到br2 均用cl2作氧化剂把br 氧化为溴单质 尝试应用 1 有关金属的冶炼原理 下列说法正确的是 a 肯定发生的是置换反应b 肯定发生的是分解反应c 肯定发生的是氧化还原反应d 只能用金属作还原剂冶炼金属 解析 金属冶炼的实质是将化合态的金属转化为游离态的金属 肯定发生了氧化还原反应 但不一定是分解反应或置换反应 用作还原剂的不一定为金属 答案 c 2 我国古代的湿法冶金术是世界闻名的 我国在世界上最先应用湿法冶金术冶炼的金属是 a feb cuc agd hg b 3 历史上最悠久的海水淡化方法是 a 蒸馏法b 电渗析法c 离子交换法d 过滤法 解析 蒸馏法是海水淡化方法中最简单 最古老的方法 答案 a 一 金属冶炼方法 金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的应用 下列关于金属的一些说法不正确的是 a 合金的性质与其组成金属的性质不完全相同b 工业上金属mg al都是用电解熔融氯化物制得的c 金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子d 越活泼的金属越难冶炼 解析 合金的性质与其成分金属的性质不完全相同 如硬度 强度更大 熔点更低等 a项正确 因为alcl3为共价化合物 熔融时不导电 冶炼铝应用电解al2o3 熔融 的方法 b项错误 金属冶炼的实质就是把金属阳离子还原为金属原子 越活泼的金属 其阳离子的氧化性越弱 越难被还原 c d两项正确 答案 b名师点睛 选择金属冶炼的方法要依据金属在自然界中的存在形态和金属的活泼性强弱 在金属活动性顺序中 金属的位置越靠后 越容易被还原 金属的位置越靠前 越难被还原 金属活动性顺序表中k al之间的活泼金属多用电解法制取其金属单质 mn cu之间的中等活泼金属常用普通还原剂 如c co h2等 还原法 hg ag等不活泼金属常用热分解其化合物的方法制取 pt au等金属在自然界中主要以单质形式存在 可用物理方法分离得到 变式应用 1 下列金属冶炼的反应原理 错误的是 解析 镁的还原性比氢气强 故b项不正确 答案 b 二 铝热反应 如右图所示 用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状 套在一起 使四周都有四层 把内层滤纸取出 在底部剪一个小孔 用水润湿 再跟另一纸漏斗套在一起 架在铁圈上 下面放置一盛沙的蒸发皿 把5g 和2g铝粉混合均匀 放在纸漏斗中 上面加少量氯酸钾 并在混合物中间插一根镁条 用小木条点燃镁条 观察发生的现象 干燥的氧化铁粉末 通过以上实验信息 回答下列问题 1 写出该反应的化学方程式 在该反应中 是氧化剂 是还原剂 该反应称为 反应 2 该实验的实验现象是 镁条剧烈燃烧 放出大量的热 并发出耀眼的光 火星四射 纸漏斗的下部被烧穿 有红热状的液珠落入蒸发皿内的细沙上 液珠冷却后变为黑色固体 3 写出下列操作或物质的作用 内层纸漏斗底部剪一个孔 蒸发皿盛沙 镁条 氯酸钾 3 铝热反应实验中 为使熔融物易落下 通常在内层滤纸漏斗底部剪一个孔 为防止溅落物炸裂蒸发皿 通常在蒸发皿内盛沙子 反应中镁条引起氯酸钾分解 氯酸钾引发铝热反应 答案 1 fe2o3 2alal2o3 2fefe2o3al铝热 2 3 使熔融物易于落下防止溅落物炸裂蒸发皿引起氯酸钾分解引发铝热反应名师点睛 1 本实验中镁条的作用 镁条燃烧提供热量 促使kclo3发生分解 2 氯酸钾的作用 氯酸钾分解放出o2 使镁条剧烈燃烧 单位时间内放出更多的热量 以引发al和fe2o3的反应 变式应用 2 粉末状样品a是由等物质的量的mgo和fe2o3组成的混合物 进行如下实验 取适量a进行铝热反应 产物中有单质b生成 另取20ga全部溶于0 15l6 0mol l的盐酸中 得溶液c 将 中得到的单质b和溶液c反应 放出1 12l 标准状况 气体 同时生成溶液d 还残留有固体物质b 用kscn溶液检验时 溶液d不变色 请回答问题 1 中引发铝热反应的实验操作是 产物中的单质b是 2 中所发生的各反应的化学方程式是 3 中所发生的各反应的离子方程式是 4 若溶液d的体积仍视为0 15l 则该溶液中c mg2 为 c fe2 为 解析 1 铝热反应发生的条件是高温引燃 引燃剂可以是氯酸钾和镁带 这里的铝热反应是al与fe2o3反应生成fe和al2o3 mgo不发生铝热反应 故单质b为fe 2 a中的mgo和fe2o3都能与盐酸发生反应 则溶液c中含有mg2 和fe3 两种阳离子 3 由 中生成气体 h2 并且还残留有固体物质b fe 可知 在 中的化学反应里盐酸是过量的 故b fe 与溶液c混合后发生的离子反应是fe与fe3 fe与h 的反应 并且fe有剩余 则溶液d的溶质是mgcl2和fecl2 4 根据元素守恒可知 mgcl2和fecl2的混合液中cl 与0 15l6 0mol l的盐酸中所含cl 的物质的量相等 设20ga中mgo和fe2o3的物质的量都是x 则 40g mol x 160g mol x 20g 解得x 0 1mol 溶液d中mg2 的物质的量浓度为 c mg2 0 1mol 0 15l 0 67mol l 根据cl 守恒得溶液d中fe2 的物质的量浓度为 c fe2 6 0mol l 0 15l 0 1mol 2 2 0 15l 2 3mol l 答案 1 在铝热剂的上面加少量kclo3 插入镁带并将其点燃fe 2 fe2o3 6hcl2fecl3 3h2o mgo 2hclmgcl2 h2o 3 fe 2h fe2 h2 fe 2fe3 3fe2 4 0 67mol l2 3mol l 三 海水资源的综合利用 海洋植物如海带 海藻中含有丰富的碘元素 碘元素以碘离子的形式存在 实验室从海藻中提取碘的流程如下 1 指出从海藻中提取i2的实验操作名称 反应 的离子方程式为 2 提取碘的过程中 可供选择的有机溶剂是 a 甲苯 酒精b 四氯化碳 苯c 汽油 乙酸d 汽油 甘油 3 为使含碘的水溶液转化为含碘的有机溶液 实验室里有烧杯 玻璃棒等仪器 尚缺少的主要玻璃仪器是 4 从含碘的有机溶液中提取碘 还要经过蒸馏 指出下图蒸馏装置中的错误之处 5 进行蒸馏操作时 使用水浴加热的原因是 最后晶态碘在 中 解析 本题考查i2的性质及分离物质的方法 过滤 萃取 分液 蒸馏等 1 为了从悬浊液中分离出i 应用过滤 从i2的水溶液中把i2提取出来 应用萃取 2 a中酒精 c中乙酸 d中甘油都是易溶于水的物质 所以不能用于萃取碘 3 萃取分液所必需的仪器是分液漏斗 4 蒸馏装置的三点错误 没有用石棉网 温度计插入液面以下 冷凝管进 出水方向颠倒 5 根据 2 中b选项中的两种萃取剂的沸点数据 苯80 四氯化碳77 用水浴加热即可使之沸腾 而避免高温下i2的升华 最后i2留在烧瓶中 答案 1 过滤萃取2i cl2i2 2cl 2 b 3 分液漏斗 4 没有用石棉网 温度计插入液面以下 冷凝管进 出水方向颠倒 5 萃取剂沸点较低 i2易升华烧瓶 名师点睛 1 分离悬浊液中离子的方法应用过滤 而从一种溶剂中分离出溶质可用蒸发结晶 蒸馏和萃取 蒸发结晶用于分离固体溶质和液体溶剂 蒸馏则用于分离固 液或液 液相溶物 萃取是根据溶质在互不相溶的不同溶剂中溶解性的不同 把溶质从一种溶剂中转移到另一种溶剂中 2 因为i2易升华 故从碘的有机溶液中提取碘时采用水浴加热 由于水温度最高只有100 可避免高温下i2的升华 变式应用 3 海水中含有丰富的碘 为了从海带中提取碘 某研究性学习小组设计并进行了以下实验 请填写下列空白 1 步骤 灼烧海带时 除需要三脚架外 还需要用到的实验仪器是 a 烧杯b 坩埚c 表面皿d 泥三角e 酒精灯f 干燥器 2 步骤 的实验操作名称是 步骤 的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收苯 该步骤的实验操作名称是 bde 过滤 蒸馏 3 步骤 反应的离子方程式是 4 步骤 中 某学生选用苯来提取碘的理由是 5 请设计一种检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘的简单方法 取少量提取碘后的水溶液于试管中 加入几滴淀粉试液 如变蓝 说明还含有单质碘 苯与水互不相溶 碘在苯中的溶解度比在水中的大 水平测试 1 不同金属的冶炼 其冶炼方法也可能不同 主要原因是 a 金属在自然界的分布不同b 金属在自然界中的含量不同c 金属在自然界中存在形式不同d 金属的活动性不同 解析 很活泼的金属不能用一般还原剂还原 必须用电解的方法 答案 d 2 在冶金工业中 通常不能用化学还原剂制得的一组金属是 a na mg al bab na k zn fec zn fe cu agd mg al zn fe 解析 对于金属活动顺序中排在zn前面的金属 采用一般的还原剂很难将它们还原出来 工业上常用电解法冶炼 答案 c 3 用铝热剂冶炼难熔金属 是利用了铝的 具有还原性 既能与酸反应又能与碱反应 具有导电性 被氧化过程中放出大量的热a b c d 解析 铝热剂法是活泼金属还原剂法冶炼金属的一种方法 除利用铝的还原性外 还由于该反应过程中放出大量的热可使 难熔金属 熔化 从而进一步将其分离出来 答案 c 4 海水中含有氯化镁 是镁的重要来源之一 从海水中提取镁 可按照如下步骤进行 把贝壳制成石灰乳 在引入的海水中加入石灰乳 沉降 过滤 洗涤沉淀物 将沉淀物与盐酸反应 结晶 过滤 干燥产物 将所得的产物熔融后电解 关于提取镁 下列说法不正确的是 a 此法的优点之一是原料来源丰富b 进行 步操作的目的是从海水中提取氯化镁c 第 步电解时会产生氯气d 以上提取镁的过程中涉及的反应有分解反应 化合反应 复分解反应和置换反应 d 5 海带中含有丰富的碘 有人设计如下步骤从海带中提取碘 将海带灼烧成灰 在灰中加水搅拌 加四氯化碳搅拌 通入氯气 过滤 用分液法分离液体混合物 合理操作的先后顺序是 a b c d 解析 海带烧成灰后 有不溶性的物质 需经过过滤 过滤后 需通入氯气将i 氧化为i2 再加四氯化碳萃取分液 答案 d 6 冶炼金属常用以下几种方法 以c co或h2作还原剂还原 以较活泼金属na mg等还原 利用铝热反应原理还原 电解法 热分解法 下列金属各采用哪种方法还原最佳 1 fe zn cu等中等活泼金属 2 na mg al等活泼或较活泼金属 3 hg ag等不活泼金属 4 v cr mn w等高熔点金属 5 k rb cs ti等金属通常所用的还原方法是 能力提升 7 由海水制备无水氯化镁 主要有以下步骤 在一定条件下脱水干燥 加熟石灰 加盐酸 过滤 浓缩结晶 其先后顺序正确的是 a b c d 解析 要从海水中得到mgcl2 首先要加熟石灰得到mg oh 2沉淀 然后过滤 再将沉淀加盐酸溶解 得到mgcl2溶液 最后对溶液浓缩结晶 再对晶体脱水干燥即可 故选d项 答案 d 8 从海带中提取碘的实验过程中涉及下列操作 其中正确的是 a 将海带灼烧成灰b 过滤得含i 溶液c 放出碘的苯溶液d 分离碘并回收苯 解析 a项 海带应在坩埚中灼烧 b项 过滤应用玻璃棒引流 c项 碘的苯溶液在上层 应从上口倒