高考化学一轮精品教学案 10.1 开发利用金属矿物和海水资源（1）.doc

2013届高考化学一轮精品教学案 10.1 开发利用金属矿物和海水资源（1）【2013考纲解读】1.了解金属矿物和海水的综合利用。2.了解化学科学发展对自然资源利用的作用。【重点知识梳理】知识点一金属矿物的开发和利用1金属在自然界中存在的形态除了_、_等极少数金属外，绝大多数金属以_的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显_化合价。例如：2hgo2hgo2，2ag2o4ago2。用热分解冶炼法冶炼金属的特点是金属元素的金属性_，金属元素的原子_失去电子，其金属离子_得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性_。(2)热还原法冶炼金属焦炭还原法。例如：c还原zno、cuo，其化学方程式依次为_。一氧化碳还原法。例如：co还原fe2o3、cuo，其化学方程式依次为_。氢气还原法。例如：h2还原wo3、fe3o4，其化学方程式依次为_。活泼金属还原法。例如：al还原cr2o3、v2o5，其化学方程式依次为_。做铝热反应实验时，铝热剂是指_。镁条和kclo3的作用是_。反应时的现象是_。常用铝热反应冶炼_的金属。可用热还原法冶炼的金属，其金属性_，金属在常见金属活动性顺序表中居于_区域。(3)电解法冶炼金属例如：al2o3、mgcl2、nacl的电解反应，其化学方程式依次为_；_；_。问题思考1能否用电解alcl3和mgo的方法冶炼al、mg?2铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对铝的使用比铁、铜晚的多？知识点二海水资源的开发利用海水资源的利用主要包括海水水资源的利用和海水化学资源的利用。1海水水资源的利用海水淡化的方法主要有_、_、_等。淡化方法原理蒸馏法将海水加热至105 蒸发汽化，然后蒸汽冷凝而得到蒸馏水电渗析法利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，在外加直流电场作用下，使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到除盐目的离子交换法用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂除去海水中的阴、阳离子得到去离子水的方法问题思考3为什么开发利用海水资源前景广阔？【重点难点突破】一、金属冶炼方法与金属活动性的关系1金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系(见下表)金属的活动性顺序kcanamgalznfesnpb(h)cuhg agptau金属原子失电子能力强弱金属离子得电子能力弱强主要冶炼方法电解法热还原法热分解法物理方法2.工业上常用的还原剂有焦炭、co、h2和活泼金属(一般为al)，其中纯度要求不高的金属一般用较廉价的焦炭或co还原，纯度要求高的一般用h2还原，而对于一些难熔的稀有金属一般需要用铝还原，该反应叫做铝热反应。铝热反应的特点：高温条件；剧烈燃烧，放出大量的热；新生成的液态金属单质易与al2o3(固态)分离。二、海洋资源的开发利用1海水淡化(1)海水淡化途径：通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去。(2)海水淡化的方法及其特点海水淡化的方法主要有蒸馏法(如图所示)、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善，但成本较高。a加明矾使海水中的盐沉淀出来而淡化b利用太阳能使海水升温，通过蒸馏而使其淡化c将海水缓慢降温凝固以获取淡水d将海水通过离子交换树脂以除去各种离子听课记录：2海水中镁的提取(1)流程(2)有关反应的化学方程式mgcl2ca(oh)2=mg(oh)2cacl2mg(oh)22hcl=mgcl22h2omgcl26h2omgcl26h2omgcl2(熔融)mgcl23海水中溴的提取(1)工艺流程：海水 br2(l)(2)原理用_将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化。向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质，离子方程式是_。向含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溶液的吸收塔内以达到富集的目的：br2so22h2o=_。向吸收塔内溶液中通入适量的氯气：2hbrcl2=_。用四氯化碳(或苯)萃取吸收塔内溶液中的溴单质。若要得到纯净的液溴，采用的分离方法是_。4海带中碘的提取(1)流程 (2)主要化学原理：cl22ki=2kcli2。典例导悟4(2012山东荣成模拟)海带中含有丰富的碘。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_(从下列仪器中选出所需的仪器，用标号字母填写在空白处)。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_。(3)步骤反应的离子方程式是_。(4)步骤中，某学生选择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：_。【参考答案】3h2wo3w3h2o,4h2fe3o43fe4h2o2alcr2o3al2o32cr,10al3v2o56v5al2o32(1)cl2h2naoh2nacl2h2o2naohcl2h2(2)mgcl2mgcl2(3)br2hbrbr2问题思考1不能。因为alcl3是共价化合物，熔融时无法电离出自由移动的离子，不导电；而mgo虽是离子化合物，但其熔点太高，熔融会消耗大量电能，成本较高。2铝的金属活动性比铁、铜强，难于冶炼，古代人们的技术条件达不到，不能冶炼铝，故铝的发现和大量使用比铁、铜晚的多。【典例导悟】1c解析：由2nacl(熔融)2nacl2可知钠离子得电子被还原，cl失电子被氧化，a项正确；无论是湿法炼铜还是火法(热还原法)炼铜，都是正二价的铜离子得到电子生成铜原子被还原，b项正确；1 mol fe3o4被还原为fe时，应转移8 mol e，c项错误；铝热反应放出大量的热，使铁成为液态从而与al2o3分离，d项正确。故选c。 2a解析：海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法。选项a，加明矾，明矾的主要成分是kal(so4)212h2o，不能使海水中的盐沉淀出来，所以不能使海水淡化。 3(1)(2)c(3)c解析：(2)从海水中提取镁的全过程中，涉及的反应有：把贝壳制成石灰乳：caco3caoco2，分解反应；caoh2o=ca(oh)2，化合反应；沉淀mg2：mg22oh=mg(oh)2，复分解反应；沉淀物与盐酸反应：mg(oh)22hcl=mgcl22h2o，复分解反应；电解：mgcl2(熔融)mgcl2，分解反应。未涉及置换反应。(3)由于mgo的熔点高，工业生产中不使用电解熔融mgo的方法冶炼mg。 (4)因碘不易溶于水而易溶于有机溶剂苯，且苯不溶于水易与水溶液分层，这是选择萃取剂的原则。(5)根据碘单质遇淀粉变蓝这一现象，可以取少量提取碘之后的溶液，加入淀粉看是否变蓝来检验。【高考真题解析】1.（2012新课标7）下列说法正确的是 a.液溴易挥发，在存放液溴的试剂瓶中应加水封 b.能使湿润的淀粉ki试纸变成蓝色的物质一定是cl2 c.某溶液加入ccl4，ccl4层显紫色，证明原溶液中存在i- d.某溶液加入bacl2溶液，产生不溶于稀硝酸的白色沉淀，该溶液一定含有ag+2.（2012江苏）20. (14 分)铝是地壳中含量最高的金属元素，其单质及合金在生产生活中的应用日趋广泛。(1)真空碳热还原-氯化法可实现由铝土矿制备金属铝，其相关反应的热化学方程式如下： al2o3(s)+alc13(g)+3c(s) =3alcl(g)+3co(g) h=a kjmol1 3alcl(g)=2al(l)+alc13(g) h=b kjmol1 反应al2o3(s)+3c(s)=2al(l)+3co(g)的h= kjmol1(用含a、b 的代数式表示)。 al4c3是反应过程中的中间产物。al4c3 与盐酸反应(产物之一是含氢量最高的烃) 的化学方程式为 。(2)镁铝合金(mg17al12 )是一种潜在的贮氢材料，可在氩气保护下，将一定化学计量比的mg、al 单质在一定温度下熔炼获得。该合金在一定条件下完全吸氢的反应方程式为mg17al122+17h2=17mgh2+12al。得到的混合物y(17mgh2 +12al)在一定条件下可释放出氢气。 熔炼制备镁铝合金(mg17al12)时通入氩气的目的是 。 在6. 0 moll-1 hcl 溶液中，混合物y 能完全释放出h2。1 mol mg17 al12 完全吸氢后得到的混合物y 与上述盐酸完全反应，释放出h2 的物质的量为 。 在0. 5 moll-1 naoh 和1. 0 moll-1 mgcl2溶液中， 混合物y 均只能部分放出氢气，反应后残留固体物质的x射线衍射谱图如图8 所示(x射线衍射可用于判断某晶态物质是否存在，不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同)。在上述naoh 溶液中，混合物y 中产生氢气的主要物质是 (填化学式)。(3)铝电池性能优越，al-ago 电池可用作水下动力电源，其原理如图9所示。该电池反应的化学方程式为 。 【答案】 (1)a+b al4c3+12hcl=4alcl3+3ch4(2)防止mg、al 被空气氧化 52 mol al(3)2al+3ago+2naoh=2naalo2+3ag+h2o3.（2011福建卷）下表各选项中，不能利用置换反应通过y得到w的一组化合物是选项化合物abcdyco2fe2o3c2h5ohfecl3wmgoal2o3c2h5onacucl24.（2011广东卷）由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气，这些杂质可采用吹气精炼法除去，产生的尾气经处理后可用钢材镀铝。工艺流程如下：（注：nacl熔点为801；alcl3在181升华）（1）精炼前，需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂，防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质，相关的化学方程式为 和 。（2）将cl2连续通入坩埚中的粗铝熔体，杂质随气泡上浮除去。气泡的主要成分除cl2外还含有 ；固态杂质粘附于气泡上，在熔体表面形成浮渣，浮渣中肯定存在 。（3）在用废碱液处理a的过程中，所发生反应的离子方程式为 。（4）镀铝电解池中，金属铝为 极，熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以alcl4 和al2cl7形式存在，铝电镀的主要电极反应式为 。（5）钢材镀铝后，表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀，其原因是 。（3）尾气经冷凝后分为气体a和b，由框图可知a是氯气和氯化氢的混合气体，b是alcl3，因此用废碱液处理a的过程中，所发生反应的离子方程式为cl22oh=clcloh2o和h+ohh2o。（4）既然是镀铝，所以铝必需作阳极，由于熔融盐中铝元素和氯元素主要以alcl4 和al2cl7形式存在，所以阳极的电极反应式为al +7 alcl43e4al2cl7。（5）铝在空气中易形成一层极薄的致密而坚固的氧化膜，它能阻止内部的金属继续被氧化，起到防腐蚀保护作用。1(2011浙江理综，13)海水中含有丰富的镁资源。某同学设计了从模拟海水中制备mgo的实验方案：模拟海水中的离子浓度(mol/l)namg2ca2cl0.4390.0500.0110.5600.001注：溶液中某种离子的浓度小于1.0105 mol/l，可认为该离子不存在；实验过程中，假设溶液体积不变。已知：ksp(caco3)4.96109；ksp(mgco3)6.82106；kspca(oh)24.68106；kspmg(oh)25.611012。下列说法正确的是a沉淀物x为caco3b滤液m中存在mg2，不存在ca2c滤液n中存在mg2、ca2d步骤中若改为加入4.2 g naoh固体，沉淀物y为ca(oh)2和mg(oh)2的混合物(2011浙江理综，26)食盐中含有一定量的镁、铁等杂质，加碘盐中碘的损失主要是由于杂质、水分、空气中的氧气以及光照、受热而引起的。已知：氧化性：fe3i2；还原性：i3i26oh5i3h2o；kii2ki3（1）某学习小组对加碘盐进行如下实验：取一定量某加碘盐(可能含有kio3、ki、mg2、fe3)，用适量蒸馏水溶解，并加稀盐酸酸化，将所得溶液分为3份。第一份试液中滴加kscn溶液后显红色；第二份试液中加足量ki固体，溶液显淡黄色，用ccl4萃取，下层溶液显紫红色；第三份试液中加入适量kio3固体后，滴加淀粉试剂，溶液不变色。加kscn溶液显红色，该红色物质是_（用化学式表示）；ccl4中显紫红色的物质是_（用电子式表示）。第二份试液中加入足量ki固体后，反应的离子方程式为_、_。（4）对含fe2较多的食盐(假设不含fe3)，可选用ki作为加碘剂。请设计实验方案，检验该加碘盐中的fe2。_（4）实验方案简答要注意规范性，“如取加入现象结论”，本实验i对fe2的检验有干扰，用过量氯水又可能氧化scn。【答案】（1）fe(scn)3； ；5i6h3i23h2o、2fe32i2fe2i2。（2）4kio22h2o2i24koh；否；ki3受热或潮解后产生ki和i2，ki易被o2氧化，i2易升华。（3）ac。（4）方法：取适量食盐，加水溶解，滴加足量氯水(或h2o2)，再加kscn溶液至过量，若显血红色说明有fe2。方法：取适量食盐，加水溶解，加入k3fe(cn)3溶液，有蓝色沉淀说明有fe2。 （2009天津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）步骤中已获得br2，步骤中又将br2还原为br，其目的为 。（4）步骤用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：图中仪器b的名称：。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。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： 。c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 。 【当堂巩固】一、选择题(本题包括10小题，每小题5分，共50分)2下列金属冶炼的反应原理，错误的是()a2nacl(熔融)2nacl2bmgoh2mgh2ocfe3o44co3fe4co2d2hgo2hgo2解析：a为电解法，正确；b用h2还原mgo炼镁违背反应原理，不正确；c用还原法炼铁正确；d用热分解法炼汞，正确。答案：b3从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。如图所示了三种金属被人类开发利用的大致年限，之所以有先后，主要取决于()a金属的化合价高低b金属的活泼性大小c金属的导电性强弱d金属在地壳中的含量多少解析：从表中三种金属发现的年限看，金属越活泼，开发利用的时间越短，即与金属的活泼性有关。答案：b4下列说法不正确的是()a有些活泼金属如铝可作热还原法的还原剂b用电解氯化钠溶液的方法来冶炼金属钠，因为钠性质很活泼c热还原法冶炼金属的反应不一定是置换反应d通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去的措施，都可以达到海水淡化的目的6(2012菏泽模拟)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 bc d7(2012苏州模拟)下列金属的工业制法正确的是()a制钛：用金属钠置换出氯化钛(ticl4)溶液中的钛b炼铁：用焦炭和空气反应产生的一氧化碳在高温下还原铁矿石中的铁c制钠：用海水作原料制得精盐，再电解纯净氯化钠溶液得到金属钠d炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜解析：金属钠与ticl4溶液中的水反应，不能置换出金属钛，a不正确；电解nacl溶液不能得到金属钠，c不正确；黄铜矿经冶炼得到粗铜，粗铜再经电解精炼制得纯度为99.9%的铜，d不正确。答案：b8在实验室里用铁屑、氧化铜、稀硫酸为原料制备铜，有下列两种途径：(1)feh2cu(2)cuocuso4cu若用这两种方法制得的铜质量相等，则下列有关说法符合实际情况的是()a消耗氧化铜的质量不同b消耗铁的质量相同c消耗硫酸的质量相同d生成硫酸亚铁的质量不同9氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。下列说法不正确的是()a电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，钠离子被还原，氯离子被氧化b湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应c用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol fe3o4被co还原成fe，转移9 mol电子d铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化10(2012株州模拟)根据下图海水综合利用的工业流程图，判断下列说法正确的是()已知：mgcl26h2o受热生成mg(oh)cl和hcl气体等。a过程的提纯是物理过程，过程通过氧化还原反应可产生2种单质b在过程中将mgcl26h2o灼烧即可制得无水mgcl2c过程反应后溶液呈强酸性，生产中需解决其对设备的腐蚀问题d在过程、反应中每氧化0.2 mol br需消耗2.24 l cl2二、非选择题(本题包括4小题，共50分)11(9分)阅读以下内容，回答问题。冶炼金属一般有下列四种方法：焦炭法；水煤气(或h2，或co)法；活泼金属置换法；电解法。四种方法各有优缺点，在工业上均有应用。(1)一种无色气体a与红热的炭反应，得到另一种无色气体b，b与灼热的氧化铜反应，又得到a，则a、b分别为_(填序号)。ao2、co2 bo2、cocco2、co dco、co2(2)下列说法错误的是_(填序号)。a对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用b提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步c活泼金属的冶炼都是通过电解其盐溶液制得d热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气或活泼金属等12(12分)铝热反应的化学方程式为：2alfe2o3al2o32fe。某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，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”。查阅化学手册知，al、al2o3、fe、fe2o3的熔点、沸点数据如下：物质alal2o3fefe2o3熔点/660205415351462沸点/246729802750(1)该同学推测，铝热反应所得到的熔融物