第一节 知识解析及习题.doc

第一节 开发利用金属矿物和海水资源自然资源是指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。人类在依托自然资源生存、发展的过程中金属矿物的开发和利用同人类的生产和生活有着非常紧密的联系，而海洋资源为人口急剧膨胀的世界展示了新的开发利用前景。目标导学1、金属在自然界中的存在形式有哪些？游离态（即单质形式）：如金、铂等不活泼金属。化合态（即化合物形式）：如Na、Mg、Fe、Cu等绝大多数金属。2、金属冶炼的实质是什么？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化学方法是把金属化合物转变成金属单质的唯一方式。3、金属冶炼的方法与金属活动性顺序有什么关系？金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，其金属离子越容易被还原，用一般的还原方法就能使金属还原；金属的位置越靠前，其金属离子越难被还原，最活泼的金属其金属离子只能用最强的还原手段来还原，如电解法。金属的活动性顺序K Ca Na Mg AlZn Fe Sn Pb (H) CuHg Ag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4、目前从哪些方面利用海水资源？（1）海水资源的利用：主要包括海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却。海水淡化方法主要有：蒸馏法、电渗析法、离子交换法。（2）海水中资源的开发与利用：以海水中NaCl为原料的相关化工产品：海水饱和食盐水氢气氯气氢氧化钠盐酸漂白剂冶炼金属等合成农药等造纸、玻璃、肥皂、纺织等 电解 相关化学反应： 2Na + 2H2O 2NaOH + Cl2+ H22NaOH + Cl2 = NaCl + NaClO + H2O 点燃 2Ca(OH)2 + 2Cl2 = CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2OCl2 + H2 2HCl海水中提取溴：主要采用空气吹出法。相关流程：海水浓缩海水Br-海水Cl-、Br-吸收塔（SO2）-Br-SO42-Cl-、Br-溴单质浓缩酸化通入Cl2通入空气水蒸气（吹入）反应后富集溴通入Cl2分离主要反应： Cl2 + 2Br- = 2Cl- + Br2 Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO42HBr + Cl2 = 2HCl + Br2重点讨论：1、金属的冶炼原理、步骤及方法：（1）原理：用还原法把化合态的金属还原成游离态的金属。Mn+ + ne- M（2）金属冶炼的步骤：富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。冶炼：利用氧化还原反应的原理，在一定条件下，用还原剂把金属离子还原为金属单质。精炼：采用一定的方法，提炼纯金属。（3）金属冶炼的方法：由于金属的化学活动性不同，金属离子得到电子还原成金属单质的能力也就不同。因此，不同金属必须采用不同的冶炼方法。通常的方法有以下三种：热分解法：某些不活泼金属的离子得电子能力较强，仅用加热法就可以使其从化合物中游离出来。适用冶炼金属活动性较差的金属，如汞和银。 例如：2HgO 2Hg + O2 2Ag2O 4Ag + O2 热还原法：多数金属的冶炼都采用该方法。即在高温下，采用适当的还原剂（如C、CO、H2、Al）将金属从化合物中还原出来的方法。适用活动性介于ZnCu之间大多数金属的冶炼。 高温 例如： Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 高温 WO3 + 3H2 W + 3H2O 高温 2CuO + C 2Cu + CO2 高温 3Fe3O4 + 8Al 9Fe + 4Al2O3电解法：活泼金属，一般的还原剂很难还原。工业上常用电解法冶炼。一般适用在金属活动顺序表中排在Al前面的金属。 电解 冰晶石例如： 2Al2O3（熔融） 4Al + 3O2 电解 2NaCl（熔融） 2Na + Cl2 电解 MgCl2（熔融） Mg + Cl22、铝热反应原理及其应用：（1）铝热剂与铝热反应的原理是什么？铝热剂指铝粉和某些金属氧化物（如Fe2O3、Fe3O4、V2O5、Cr2O3、MnO2等）组成的混合物。铝热反应的原理：利用金属铝的强还原性，在引燃条件下与某些金属氧化物发生置换反应。由于该反应是剧烈的放热反应，温度可高达2000以上，因此叫做铝热反应。（2）铝热反应的实验操作步骤及其现象：实验步骤：把两张圆形滤纸分别叠成漏斗状态套在一起，取出内层滤纸，在其底部剪一小孔后用水润湿，再套回原处，使四周都有四层，并架在铁圈上。如图4-1所示：下面放置一盛沙子的蒸发皿。将5 g炒干的氧化铁粉末和2 g铝粉均匀混合放入纸漏斗，在混合物上面加少量KClO3固体，中间插一根用砂纸抽样打磨过的镁条。用燃着的木条点燃镁条，让其发生反应： 高温 反应方程式： Fe2O3 + 2Al 2Fe + Al2O3实验现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生反应。反应放出大量的热，并发出耀眼的光，产生大量的烟。纸漏斗下部被烧穿，有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上。冷却观察为铁珠。（3）铝热反应有什么作用？铝热反应放出大量的热，可使置换出来的金属熔化成液态。可用于野外焊接。 高温 用于冶炼Fe、V、Mn等难熔金属。如：3MnO2 + 4Al 3Mn + 2Al2O3（4）实验中镁条和KClO3起什么作用？反应中，镁条是起引燃、启动反应的作用。KClO3在高温下释放出氧气，使镁条插入混合物中的部分能继续燃烧，放出大量的热，引发铝粉与金属氧化物的反应。铝热反应一旦被引发，将在反应本身放出的热的作用下，继续剧烈地进行。（5）实验过程中，为什么必须将纸漏斗用水润湿？承接生成物的蒸发皿内为什么要盛放少量的细沙？因为反应会放出大量的热，用水润湿纸，可使纸漏斗较长时间地承载反应混合物，防止铝热剂未反应就四处散落。蒸发皿内的细沙可以防止高温熔融物使蒸发皿炸裂，并防止熔融物溅出伤人。3、如何检验海带中的碘元素？（1）实验原理：利用氧化剂将海带中的I- 氧化出来，利用淀粉遇单质碘变蓝的特性进行检验。（2）在实验前为什么要用刷子刷而不用水冲洗干海带表面的附着物？海带中碘主要以碘化钠的形式存在，碘化钠易溶于水，用水冲洗干海带会使其中所含碘分损失很多。（3）碘易升华，为什么还可以用酒精灯灼烧干海带？干海带中的碘主要是碘化钠，碘化钠熔点很高，不会挥发。（4）能否用其它氧化剂代替双氧水？双氧水将I- 氧化成单质碘。可以用碘酸钾（KIO3）代替双氧水。要防止氧化剂将I- 氧化成更高价态的产物（例如不宜用KMnO4、氯水等）。题例共析【例1】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。四种方法在工业上均有应用。古代有（）火烧孔雀石炼铜，（）湿法炼铜；现代有（）铝热法炼铬，（）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、（）用 B、（）用 C、（）用 D、（）用分析：对于（）、（）、（）、（）发生的反应及如何选择金属的冶炼方法： （）：Cu2(OH)2CO3 2CuO + CO2+ H2O 、 2CuO + C 2Cu + CO2符合；（）：Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu符合； 高温 （）：Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3符合； 电解 （）：先从光卤石中提出MgCl2，再电解MgCl2：MgCl2（熔融） Mg + Cl2符合。综上所述，本题应选B。解答：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： （2）据上述反应可总结出铝热反应的特点：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； 铝热反应常用于冶炼金属性比铝 （填“强”或“弱”）的金属。分析：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。 高温 解答：（1）3Fe3O4 + 8Al 9Fe + 4Al2O3 高温 3V2O5 + 10Al 6V + 5Al2O3 高温 3 MnO2 + 4Al 3Fe + 2Al2O3 （2）置换反应 还原 还原 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42所示：含碘的水溶液含碘的有机溶液晶态碘海澡海澡灰海澡灰悬浊液含I-的溶液残渣晒干灼烧浸泡氧化适量Cl2后期处理图42（1）指出上述提取碘的过程中有关实验操作的名称：步骤 ，步骤 。写出步骤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： ； ； 。（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。分析：（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，需用对卤素单质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）给烧瓶加热，应在烧瓶下垫石棉网，缺少石棉网是错误之一；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；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，则很难保障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。解答：（1）过滤 萃取 2I- + Cl2 = I2 + 2Cl- （2）BC （3）分液漏斗（4）缺少石棉网； 温度计的水银球插液面以下； 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 蒸馏烧瓶知识生长常用于物质分离的几种方法：物质的分离是指通过适当的方法，把混合物中的几种物质分开（要还原成原来的形式），分别得到几种比较纯净的物质。（1）蒸馏法：适用于分离互溶，但沸点不同的液态混合物。如酒精与水的分离、海水淡化等。（2）结晶法：适用分离各组分均溶于水，但溶解度随温度变化差别较大的固体混合物。如NaCl与KNO3的分离。（3）过滤法：适用于一种可溶，另一种不溶的固态混合物。如NaCl与BaSO4的分离。（4）分液法：适用于分离两种互不相溶的液态混合物。如苯与水的分离。（5）萃取法：适用于分离溶质在两种互不相溶的溶剂中溶解度不同的混合物。如用CCl4提取碘水中的碘。（6）洗气法：适用各气体与吸收剂作用不同来分离气态混合物。如CO2与CO的分离。（7）升华法：适用于分离其中一组分有升华特征的固体混合物。如碘与沙子的分离。【资料链接】再生铝的节能、环保意义生产1t原铝至少消耗4 t铝土矿资源。当前全球消耗铝土矿超过一亿吨，每生产1t原铝需要耗能1400016000 kwh，而生产1t再生铝合金耗能仅为原铝生产能耗的2.6%。另外，有资料统计，再生铝生产比用水电生产原铝减少二氧化碳量91%，比用燃油发电减少二氧化碳排放量更多，环保效益十分显著。废铝的主要来源是交通运输工具的铝结构与零配件、废铝饮料罐、废建筑铝材（比如铝门窗）和电器铝材（比如废铝电线等）。我国近十年来，铝质饮料罐的生产和消费增长极快，目前年销售量大约为50亿只，1995年我国饮料罐用铝材约10万吨，其中国产铝1.2万吨，其余全部进口。因此铝的回收利用，对我国保护铝土资源和节约能源意义重大。达 标 练 习1、我国古代炼丹家魏伯阳所著的周易参同契是世界上现存最早的一部炼丹专著。书中描写到“金入于猛火，色不夺精光。”这句话是指黄金的性质是在强热条件下（ ）。A、很稳定 B、很活泼 C、易氧化 D、易还原2、医生建议因缺少某种元素而患甲状腺肿大的病人多食海带，是由于海带中含有较丰富的（ ）。A、碘元素 B、铁元素 C、钾元素 D、锌元素3、热还原法冶炼金属的反应一定是（ ）。A、置换反应 B、氧化还原反应 C、分解反应 D、复分解反应4、把海水转化为可饮用的淡水，采用的操作方法是（ ）。A、蒸馏 B、过滤 C、分液 D、萃取5、金属矿物资源是人类不可再生的资源，节约金属矿物资源的下列途径中不可行的是（ ）。A、控制金属矿产的乱开滥采 B、全面停止使用金属C、使用其他材料代替金属 D、循环使用金属6、下列叙述错误的是（ ）。A、炼铁时，还原剂CO将铁从铁矿中还原出来 B、活泼金属Na只能用电解法冶炼制出C、汞的冶炼只能用还原法 D、铜的冶炼用还原法7、铝热反应实验中镁条的作用是（ ）。A、催化剂 B、还原剂 C、燃烧放热启动反应 D、燃烧放热使氧化物分解8、下列物质在冶炼金属的过程中，需加入还原剂的是（ ）。A、HgO B、Al2O3 C、Fe2O3 D、NaCl9、下列各组内的混合物可用萃取、分液分离提纯的是（ ）。A、溴水 B、碘和沙子 C、食盐和苏打 D、氯化钾和二氧化锰10、绿色化学倡导环境友好。检验海带中含碘的实验过程中，需要加入氧化剂将I-氧化成I2，最佳的氧化剂是（ ）。A、Cl2 B、H2O2 C、浓硫酸 D、HNO3 11、已知某温度时发生如下三个反应：C + CO2 = 2CO；C + H2O = CO + H2；CO + H2O = CO2 + H2。由此判断，在该温度下，C、CO、H2还原性的强弱顺序是（ ）。A、COCH2 B、CCOH2 C、CH2CO D、COH2C12、5.8 g某种铁的氧化物在高温下跟CO反应，参加反应的CO为2.8 g，这种氧化物是（ ）。A、Fe3O4 B、Fe2O3 C、FeO D、Fe2O3、Fe3O4的混合物13、（1）自然界中的大多数金属以 态存在，少数不活泼金属以 态存在。 （2）在金属活动性顺序中，钾、钠、铝等金属一般用 法提炼；银、汞等金属可用 法提炼；位于中部的金属一般可用 法提炼。 （3）对于废旧金属的最好处理方法是 。14、海带中的碘元素主要以I-的形式存在的，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2，再萃取出来。某化学兴趣小组的同学通过如下实验提取海带中的碘：用剪刀剪碎海带，用酒精湿润，放入坩埚中；灼烧海带至完全变成灰，停止加热，冷却；将海带灰加蒸馏水溶解，搅拌、煮沸、过滤；在滤液中滴加稀盐酸及碘酸钾（KIO3），生成碘单质；用四氯化碳萃取水溶液中的碘。请回答下列问题：（1）写出实验步骤中相关的离子方程式： ；（2）实验步骤也可用H2O2代替KIO3，相关离子反应方程式为： ； （3）检验用四氯化碳萃取碘后的水溶液是否还有碘单质的实验方法及相关的现象是： 。15、实验室欲Fe2O3含量为64%的赤铁矿粉末（杂质不含铁）2.5 g中的氧化铁完全还原，理论上可以得到单质铁多少克？提 高 练 习1、已知6H+ + IO3- + 5I- = 3I2 + 3H2O，为证明加碘食盐中含KIO3，可供选用的物质有水；蓝色石蕊试纸；KI淀粉试纸；淀粉；食醋；白酒。实验时必须使用的物质是（ ） A、 B、 C、 D2、海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如图所示：海水蒸发粗盐水、重结晶精盐母液Mg(OH)2盐酸、浓缩MgCl2 6H2O脱水MgCl2电解Mg贝壳CaO石灰乳煅烧水（1）若在空气中加热MgCl2 6H2O，生成的是Mg(OH)Cl或MgO，写出相应反应的化学方程式： ；（2）Mg(OH)2沉淀中混有Ca(OH)2应怎样除去？写出实验步骤。 ；（3）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的：溶解时： 过滤时： 蒸发时： 3、1.6 g 某铁的氧化物用足量的一氧化碳还原，将生成的气体全部通入足量的石灰水中，得到3 g白色沉淀，求此氧化物的化学式。综 合 练 习1、（2004年全国理科综合题）粉末状试样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20 gA全部溶于0.15 L 6.0 mol L-1盐酸中，得溶液C；将中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12 L（标况）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。请填空：（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0.15 L，则该溶液中c (Mg2+)为 ，c(Fe2+)为 。2、某课外活动小组用图43所示装置做炼铁原理的实验，同时检测氧化铁的纯度（假设矿石不含其他与CO反应的成分）。浓H2SO4CO气体用下列反应制取：H2C2O4 CO2+ CO + H2O （1）装置乙的作用是 ；装置戊的目的是 ；（2）实验结束后，先熄灭丁处的酒精灯，再熄灭甲处的酒精灯，其主要原因是 ；（3）实验前氧化铁矿粉末的质量为x g，实验后测的乙和戊的质量分别增加了y g和z g，则氧化铁矿粉末中氧化铁的质量分数为 。3、向一定量的Fe与Fe3O4的混合物中加入 50 mL 2 mol L-1 H2SO4溶液，在一定条件下恰使混合物完全溶解，放出448 mL（标准状况）气体。在所得溶液中加入KSCN溶液，无红色出现，那么，用足量的CO在高温下与相同质量的混合物反应，能得到多少克铁？第一节达标练习答案：1、A 2、A3、B （金属的冶炼用还原法把化合态的金属还原成游离态的金属，故一定为氧化还原反应。）4、A （蒸馏法适用于分离互溶，但沸点不同的液态混合物。如酒精与水的分离、海水淡化等。选A）5、B （金属资源是不可再生的，回收金属进行循环使用，使用替代品，禁止乱开滥采，提高利用效率是节约的主要途径。全面停止使用金属目前是不可行的。）6、C （热还原法适用活动性介于ZnCu之间大多数金属的冶炼；热分解法适用冶炼金属活动性较差的金属，而汞在金属活动性顺序中属于较差的金属，用热分解法冶炼。故C错。）7、C （镁条燃烧能放出大量的热，引发铝热反应。铝热反应一旦被引发，将在反应本身放出的热作用下，剧烈进行。）8、C （在冶炼金属的三种方法中，只有热还原法需要加入还原剂。这种方法适合冶炼金属活动性顺序表中间部分的金属，而后面的适合用热分解法，前面的适合用电解法。）9、A （A项，溴水中的溴分子为非极性分子，水分子为极性分子，据相似相溶性原理，溴水可用不溶于水的、且与溴单质不反应的有机溶剂（如苯、己烷、CCl4等）萃取、分液即可；B项最简单的方法是利用碘加热易升华的特性，加热混合物使碘与沙子分离；C项，食盐与Na2CO3均可溶于水，但NaCl的溶解度受温度的影响较小，故可用溶解、加热、结晶的方法分离；D项中KCl为可溶物，MnO2为不溶物，故可采用溶解、过滤的方法分离。）10、B （考虑原料无毒、产物无污染、对环境友好的试剂。Cl2本身是有毒物质，浓硫酸的还原产物有大气污染物SO2，HNO3的还原产物有大气污染物NO2或NO。H2O2对环境无毒害，其还原产物是H2O，因此选择B。）11、B （根据氧化剂 + 还原剂 = 氧化产物 + 还原产物，还原剂的还原性还原产物的还原性判断。由C + CO2 = 2CO知还原性：CCO；由C + H2O = CO + H2知还原性：CH2；由CO + H2O = CO2 + H2知还原性：COH2。）12、A （由题意可得：n(CO)=0.1 mol，设该氧化物的化学式为FexOy，则关系式为： FexOy y CO（56x + 16y）g ymol 5.8 g 0.1 mol 解得x ：y = 3 ：4 ，故为Fe3O4）13、（1）化合 游离 （2）电解 热分解 热还原 （3）回收利用。14、（1）6H+ + IO3- + 5I- = 3I2 + 3H2O （2）2I- + H2O2 + 2H+ = I2 + 2H2O （3）取分液后的上层溶液少量于试管中，滴加淀粉溶液，滴入后若溶液变蓝，则溶液中还有碘单质；若溶液不能变蓝，则其中没有碘单质。15、1.12 g提示：设可得到单质铁的质量为x。由铁元素守恒有转化关系：Fe2O3 2Fe 160 g 112 g 2.5 g64% x解之得：x = 1.12 g 答：理论上可得到单质铁1.12 g。第一节提高练习答案：1、B （根据题目提供的信息：6H+ + IO3- + 5I- = 3I2 + 3H2O ，可知要检验IO3-，需要I-、H+、淀粉。H+可由食醋提供，I-和淀粉可由KI淀粉试纸提供。所以必须使用的物质是和，故选B。） 2、（1）MgCl2 6H2O Mg(OH)Cl + HCl + 5H2O；Mg(OH)Cl MgO + HCl或MgCl2 6H2O MgO + 2HCl + 5H2O（2）加入MgCl2 溶液，充分搅拌、过滤，沉淀用水洗涤；（3）搅拌，加速溶解 使待滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止滤液外洒 搅拌，防止因局部过热液体或晶