高考化学 第31讲　开发利用金属复习课件.ppt

名师一号 2011模块新课标人教化学精美课件系列 第十章化学与可持续发展第31讲开发利用金属矿物和海水资源 基础关 最新考纲 了解海水和金属矿物的综合利用 了解化学科学发展对自然资源利用的作用 自主复习 一 金属矿物的开发利用1 金属在自然界的存在金 铂等化学性质不活泼的金属在自然界以 存在 化学性质较活泼的金属在自然界中以 存在 游离态 化合态 2 金属冶炼的一般步骤 1 除去杂质 提高矿石中有用成分的含量 2 冶炼 利用氧化还原反应 用 把金属矿石中的金属离子 成金属单质 3 精炼 提纯金属 富集 还原剂 还原 3 金属冶炼的方法 4 常见金属的冶炼原理 二 海水资源的开发利用 2 海水资源的综合利用 1 水资源的利用海水中水资源的利用主要包括海水的 和直接利用海水进行 等 海水淡化的方法主要有 等 淡化 循环冷却 蒸馏法 电渗析法 离子交换法 2 化学资源的利用 氯碱工业海水nacl电解naoh cl2 h2电解饱和nacl溶液的方程式为 2nacl 2h2o电解2naoh cl2 h2 海水中镁的提取 流程 有关反应的化学方程式mgcl2 ca oh 2 mg oh 2 2hcl mgcl2 6h2ohcl mgcl2 熔融 电解 mg oh 2 cacl2 mgcl2 2h2o mgcl2 6h2o mg cl2 海水中溴的提取 用 将海水浓缩 用 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 2nabr cl2 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 br2 so2 2h2o 向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气 2hbr cl2 用四氯化碳 或苯 萃取吸收塔内的溶液中的溴单质 蒸馏法 硫酸 br2 2nacl 2hbr h2so4 2hcl br2 海带中碘的提取 流程 主要化学原理 cl2 2ki 或2i h2o2 2h 2kcl i2 i2 2h2o 网络构建 热点关 热点考向 1 金属的通性 金属冶炼的一般原理 如铝热反应 2 海水的综合开发与利用 尤其是mg br2 cl2的提取和生产工艺流程 热点探究 热点1金属的冶炼 1 金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系 2 铝热反应铝将金属氧化物中化合态的金属还原为金属单质 2 反应特点 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 3 引燃剂和铝热剂 引燃剂 镁条 氯酸钾 铝热剂 铝粉和金属氧化物 fe2o3 cr2o3 v2o5等 组成的混合物 4 应用铝热反应常用于冶炼难熔金属如v cr mn等 焊接钢轨等 例1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 利用铝热反应原理用al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等金属通常还原方法是 解析 根据每种金属的特点应选择最佳方案 其中 5 k rb cs ti等利用的原理比较特别 不是用活泼金属置换不活泼金属 而是平衡的原理 如na kcl高温nacl k 抽离钾蒸气此反应得以继续进行 而ti是用na来置换的 4na ticl44nacl ti或用mg来置换 2mg ticl42mgcl2 ti 变式1下列金属冶炼的反应原理 错误的是 a 2nacl 熔融 通电2na cl2 b mgo h2 mg h2oc fe3o4 4co高温3fe 4co2d 2hgo 2hg o2 解析 首先总结金属的三种冶炼方法 再根据金属的活泼性选择合理的方法 na mg都是活泼金属应选用电解法 故a项正确 b项错误 fe是较活泼的金属用还原剂还原的方法 c项正确 hg是不活泼金属用热分解法 d项正确 答案 b 热点2海水资源的开发利用 1 海水淡化方法及原理 2 海水提镁 1 主要反应原理 caco3煅烧cao co2 cao h2oca oh 2 ca oh 2 mgcl2mg oh 2 cacl2 mg oh 2 2hclmgcl2 2h2o mgcl2 熔融 电解mg cl2 2 工艺流程 3 海水提溴 1 主要反应原理 cl2 2br br2 2cl 4 海水提碘 1 主要反应原理 cl2 2i i2 2cl 2 工艺流程 例2海水是镁的主要来源之一 从海水中提取镁可按如下步骤进行 把贝壳制成石灰乳 向引入的海水中加入石灰乳 沉降 洗涤 过滤沉淀物 将沉淀物与盐酸反应 结晶 过滤 干燥 电解得到产物 1 以上提取镁的全过程中 没有涉及的化学反应类型是 填序号 a 分解反应b 化合反应c 置换反应d 复分解反应 c 2 下列关于提取镁的说法中 不正确的是 填序号 a 此法的优点之一是原料来自大海b 进行 步骤的目的是富集mgcl2c 可用电解熔融氧化镁的方法制取镁d 电解冶炼镁要消耗大量电能 c 解析 1 从海水中提取镁的全过程中 涉及到的反应有 把贝壳制成石灰乳 caco3高温cao co2 分解反应 cao h2oca oh 2 化合反应 沉淀mg2 mg2 2oh mg oh 2 复分解反应 沉淀物与盐酸反应 mg oh 2 2hclmgcl2 2h2o 复分解反应 电解 mgcl2 熔融 电解mg cl2 分解反应 未涉及置换反应 2 由于mgo的熔点高 不能使用电解熔融mgo的方法冶炼mg 变式2海洋植物如海带 海藻中含有丰富的碘元素 碘元素以离子的形式存在 实验室里从海藻中提取碘的流程如图所示 1 指出提取碘的过程中有关的实验操作名称 写出过程 中有关反应的离子方程式 2 提取碘的过程中可提供选择的有机试剂为 a 酒精 四氯化碳b 四氯化碳 苯c 汽油 醋酸d 汽油 甘油 过滤 2i cl2i2 2cl b 3 为使海藻灰中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 物品 尚缺少的玻璃仪器是 漏斗 分液漏斗 解析 1 从提取碘的流程图上看出 操作 是将固体 残渣 和液体 含i 的溶液 分离开的操作 这一操作称为过滤 反应 是用cl2将i 氧化成i2的反应 2 利用i2在有机溶剂 如ccl4 苯 中的溶解度远大于在水中的溶解度 用有机溶剂将碘水中的碘提取出来 其中 酒精 甘油 醋酸均与水互溶不分层 不符合题目要求 3 操作 中缺少漏斗 操作 中缺少分液漏斗 能力关 化学工艺流程题的解法 例1 2009 山东 30 孔雀石主要含cu2 oh 2co3 还含少量fe si的化合物 实验室以孔雀石为原料制备cuso4 5h2o及caco3 步骤如下 请回答下列问题 1 溶液a中的金属离子有cu2 fe2 fe3 从下列所给试剂中选择 实验步骤中试剂 中 填代号 检验溶液a中fe3 的最佳试剂为 填代号 a kmno4b nh4 2sc h2o2d kscn c d 2 由溶液c获得cuso4 5h2o 需要经过加热蒸发 过滤等操作 除烧杯 漏斗外 过滤操作还用到另一玻璃仪器 该仪器在此操作中的主要作用是 冷却结晶 引流 3 制备caco3时 应向cacl2溶液中先通入 若先加入 填化学式 若实验过程中有氨气逸出 应选用下列 装置回收 填代号 nh3 h2o b 4 欲测定溶液a中fe2 的浓度 需要用容量瓶配制某标准溶液 定容时视线应 直到 用kmno4标准溶液滴定时应选用 滴定管 填 酸式 或 碱式 平视凹液面 或平视刻度线 凹液面的最低点与刻度线相切 酸式 解析 本题以化学工艺流程图为载体 设计方案制备重要化学试剂蓝矾和碳酸钙 考查无机化学与实验的融合能力 以及完成基本实验操作的能力 1 选择 最佳试剂 其含义是加入试剂能达到实验目的 又不引入新杂质 溶液b与氧化铜反应 能够得到氢氧化铁和溶液c 且由溶液c进一步得到硫酸铜晶体 又因为 a溶液中含有cu2 fe3 fe2 说明加入试剂 的作用是将亚铁离子转化成三价铁离子 因为亚铁离子水解能力弱 将亚铁离子转化成水解能力强的三价铁离子 加入氧化剂能氧化亚铁离子 不能引入新杂质 若加入高锰酸钾 引入k mn2 等 a选项不正确 若加入硫化铵 则s2 与fe2 cu2 fe3 反应 fe2 s2 fes cu2 s2 cus 2fe3 s2 s 2fe2 b项不正确 若加入双氧水 双氧水是一种绿色试剂 不会引入杂质 发生反应 2fe2 h2o2 2h 2fe3 2h2o 溶液a呈酸性 c选项正确 若加入kscn溶液 不能氧化亚铁离子 它结合三价铁离子 fe3 3scn fe scn 3 d项不正确 2 硫酸铜的溶解度随温度降低而减小 从硫酸铜溶液中分离出硫酸铜晶体 采用的实验操作是 蒸发 蒸发溶剂制成饱和硫酸铜溶液 结晶 降温结晶 析出硫酸铜晶体 过滤 过滤操作一般要用到三种玻璃仪器 烧杯 漏斗 玻璃棒 玻璃棒的作用是引流 避免液体外溅 3 根据流程图知 在氯化钙溶液中加入氨水 通入二氧化碳制化学试剂碳酸钙 因为二氧化碳不与氯化钙溶液反应 同时二氧化碳在水中的溶解度很小 因此 要先向氯化钙溶液中加入氨水或通入氨气 在碱性溶液中通入二氧化碳 增加二氧化碳的溶解度 从而生成碳酸钙 氨气极易溶于水 要考虑选用防倒吸装置 4 酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性 碱式滴定管下端有一段橡胶管 橡胶管能被酸性高锰酸钾氧化 故应选择酸式滴定管 课堂练习 1 不同金属的冶炼 其冶炼方法可能不同 主要原因是 a 金属在自然界中的分布不同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 答案 d 2 冶炼金属一般有下列四种方法 焦炭法 水煤气 或h2 co 法 活泼金属置换法 电解法 这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 从光卤石中炼镁 对它们的冶炼方法的分析 不正确的是 a b c d 答案 b 解析 选择金属的冶炼方法与金属在自然界中存在的状态 金属活动性等有关 需要在理解的基础上加以记忆 对于 发生的反应分别是 cu2 oh 2co3 2cuo co2 h2oc 2cuo 2cu co2 属于 fe cuso4 feso4 cu 属于 2al cr2o3高温al2o3 2cr 属于 先从光卤石中提取mgcl2 再电解mgcl2 mgcl2通电mg cl2 属于 综上所述 选项b不正确 3 下列说法正确的是 a mg al cu可以分别用置换法 直接加热法和电解法冶炼得到b 天然气 沼气和水煤气分别属于化石能源 可再生能源和二次能源c 我国流通的硬币材质是经过冶炼的纯金属单质d 从广东打捞的明代沉船上存在大量的铝制餐具 答案 b 4 许多国家十分重视海水资源的综合利用 不需要化学变化就能够从海水中获得的物质是 a 氯 溴 碘b 钠 镁 铝c 烧碱 氢气d 食盐 淡水 解析 a b c中的金属或非金属单质需加入氧化剂或电解法制取 均为化学变化 而d中的食盐和淡水是利用蒸发原理制取的 为物理变化 答案 d 5 下列方法不能用于海水处理得到淡水的是 a 电渗析法b 蒸馏法c 升华d 离子交换法 解析 升华一般用于固体物质的分离 其中某种物质易升华 变为气体逸出 使物质得到提纯分离 答案 c 6 2008 济南 汞单质及其化合物在工业生产和科学研究上有广泛的用途 汞唯一重要的矿源是朱砂 hgs 朱砂炼汞的反应之一为 hgs o2 hg so2请回答下列问题 1 hgs与o2的反应中 氧化剂是 每生成1molhg转移电子的物质的量为 mol 6 hgs和o2 2 电解某汞的硝酸盐溶液 当阴极消耗amol金属阳离子时 可获得2amol金属单质 同时阳极可得0 5amol的气体产物 则该气体产物是 填化学式 由此可推断得知该盐的化学式是 其阳极上的电极反应式是 4oh o2 2h2o 4e o2 hg2 no3 2 3 随着冶炼 电镀等工业生产的不断发展 所需汞及其化合物的用量也日趋增多 随之排放出来的含汞的废水也愈加严重 现已成为世界上危害较大的工业废水之一 以下处理含汞 hg2 废水的方法中最简单实用的是 填序号 a 向含hg2 的废水中加入na2s等可溶性硫化物b 加入金属还原剂c 电解法 a 第31讲开发利用金属矿物和海水资源 1 铝能用于冶炼金属 如fe v cr等 这是因为铝具有 a 两性b 导电性好c 熔点低d 还原性强 在冶炼反应中放出大量热 解析 金属冶炼的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子后变成金属单质 铝热反应是因为铝具有很强的还原性 在冶炼中放出大量的热 答案 d 2 下列说法正确的是 a 有些活泼金属如铝可用作热还原法的还原剂b 用电解nacl溶液的方法来冶炼金属钠c 可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝d 回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物 答案 ad 3 2008 广东梅州模拟 海水淡化可采用膜分离技术 如图所示 对淡化膜右侧的海水加压 水分子可以透过淡化膜进入左侧淡水池 而海水中其他各种离子不能通过淡化膜 从而得到淡水 对加压后右侧海水成分变化分析正确的是 a 溶质质量增加b 溶剂质量减少c 溶液质量不变d 溶质质量分数减小 解析 右侧水量减少后 溶质质量未变 a项错 溶液质量减少 c项错 溶质质量分数增大 d项错 答案 b 4 2009 铁岭模拟 下列各种冶炼方法中 可制得相应金属的是 a 加热al2o3b 加热caco3c 电解熔融nacld 氯化钠与铝粉高温共热 解析 制铝不能通过加热 只能通过电解al2o3 加热caco3只能生成cao 电解熔融nacl 2nacl 熔融 电解2na 2cl2 nacl与铝粉高温共热不反应 答案 c 5 下列说法正确的是 a 使元素由化合态转化成游离态的过程就是还原的过程b 高炉炼铁的原料有铁矿石 焦炭和空气 工业上就是用焦炭还原铁矿石以制得生铁c 电解熔融氧化铝时 每还原出1kg铝 必有111mol电子转移d 工业上常用电解nacl水溶液的方法制取金属钠 解析 元素有金属元素和非金属元素之分 使金属阳离子转化为金属单质的过程是借助还原反应 与之相反 使非金属阴离子转化为非金属单质的过程则是借助氧化反应 如2br cl22cl br2 所以选项a正确 高炉炼铁中起还原作用的是co 而并非焦炭 b错 al 3e al3 冶炼1kgal共获得电子 所以c正确 d中nacl水溶液里的h 得电子能力远比na 强 所以不可能得到na 只能得到h2 答案 c 6 从海水中提取金属镁的生产步骤有 浓缩结晶 加熟石灰 加盐酸 过滤 熔融电解 正确的生产顺序是 a b c d 解析 海水中含有mg2 加入ca oh 2可生成mg oh 2沉淀 mg2 2oh mg oh 2 过滤可得到mg oh 2固体 如何由mg oh 2制取金属镁 根据金属的冶炼方法知应电解含mg2 的熔融化合物 若直接加热mg oh 2 则mg oh 2发生分解生成mgo mg oh 2 mgo h2o mgo熔点高 很难熔融 工业上不采用电解熔融mgo的方法 而是将mg oh 2转化为mgcl2 mgcl2熔点低 电解熔融mgcl2可得金属镁 mgcl2 熔融 电解mg cl2 答案 c 7 钾是一种非常活泼的金属 易与氧气反应生成超氧化钾 ko2 ko2具有很强的氧化性可与钾反应而发生爆炸 在理论上我们可以用电解熔融的kcl的方法来制备金属钾 而实际我们不用此法制备钾 而用熔融状态下的kcl与na反应并及时抽走钾蒸气的方法制备钾 可能的原因有以下四种 其中正确的是 钾易溶于熔融的钾盐中 钾蒸气易逸出而污染环境 钾被氧化后的产物与钾反应具有爆炸性 抽走钾蒸气时有利于钠与熔融的kcl反应a 全部b c d 解析 由题干信息可以知道 是正确的 金属钾熔化后易溶于熔融的钾盐中 将温度控制在比钾沸点稍高 使钾变为钾蒸气 将钾蒸气抽出有利于钠与熔化的kcl反应向右移动 另外 钾蒸气易逸出会污染环境 答案 a 8 2009 临汾模拟 北京奥运会 水立方 游泳池中的水主要是通过砂滤 臭氧和活性炭来净化的 下列有关说法不正确的是 a 砂滤是利用过滤原理除去水中较大的固体颗粒b 臭氧可以消毒杀菌是因为臭氧有强氧化性c 活性炭可以吸附水中悬浮的杂质d 游泳池水中的臭氧浓度越大越好 解析 o3具有强氧化性 浓度过大 对人体亦有害 故d项错误 答案 d 9 用铝热法还原下列氧化物 制得金属各1mol 消耗铝最少的是 a mno2b wo3c cr2o3d co3o4 解析 用铝热法还原金属氧化物时 al作还原剂 金属氧化物作氧化剂 在反应中金属氧化物被还原为单质 显然 在氧化物中金属化合价愈高 变为单质时需获得的电子愈多 消耗铝愈多 金属化合价愈低 得电子数愈少 消耗铝愈少 以上金属氧化物中金属的化合价分别为 mn 4 w 6 cr 3 co co化合价最低 消耗铝最少 答案 d 10 在实验室里用铁屑 氧化铜 稀硫酸为原料制取铜 有下列两种途径 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 消耗氧化铜的质量相同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 解析 两种途径中cuo中的铜均全部生成金属铜 故a项正确 途径 1 中 h2与cuo反应时 部分h2进入尾气中 即气态反应物与固态反应物在加热的条件下反应 气态反应物所消耗量均大于完全反应时所需量 故 1 消耗的铁和硫酸的质量要明显大于 2 消耗的fe和h2so4的质量 同时生成feso4的质量也是 1 2 途径 2 明显优于途径 1 答案 ad 11 海藻中含有丰富的碘元素 以i 形式存在 实验室中提取碘的流程如下 1 在虚线框内画出实验操作 的仪器装置示意图 实验操作 的名称是 所用主要仪器名称为 说明 实验装置中仪器用下面方法表示 铁架台 连接胶管等不必画出 如需加热 在仪器下方用 表示 下列图示均为玻璃仪器 应标清液面或固体可视界面 萃取分液 分液漏斗 2 提取碘的过程中 可供选择的有机试剂是 填序号 a 酒精 沸点78 b 四氯化碳 沸点77 c 甘油 沸点290 d 苯 沸点80 3 在操作 中 溶液中生成少量icl 为消除此杂质 使碘全部游离出来 应加入适量 填序号 溶液 反应的离子方程式为 a kio3b hcloc kid br2 b d c icl i cl i2 4 为使从含碘有机溶液中提取碘并回收溶剂顺利进行 采用水浴加热蒸馏 如图所示 请指出图中实验装置中错误之处 有几处填几处 下列空白可不填满 也可补充 缺石棉网 温度计插到了液体中 冷凝管进出水方向颠倒 5 实验中使用水浴的原因是 最后晶体碘聚集在 填仪器名称 中 蒸馏烧瓶 有机溶剂沸点较低 水浴加热可控制温度不致过高 避免碘蒸气进入冷凝管 且可使蒸馏烧瓶受热均匀 12 海水的综合利用可以制备金属镁 其流程如图所示 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 用电解法制取金属镁时 需要无水氯化镁 在干燥的hcl气流中加热mgcl2 6h2o时 能得到无水mgcl2 其原因是 答案 mgcl2 6h2o mg oh cl hcl 5h2o mgcl2 6h2o mgo 2hcl 5h2o 或mg oh cl mgo hcl 在干燥的hcl气流中 抑制了mgcl2水解 且带走mgcl2 6h2o受热产生的水蒸气 故能得到无水mgcl2 2 mg oh 2沉淀中混有的ca oh 2应怎样除去 写出实验步骤 加入mgcl2溶液 充分搅拌 过滤 沉淀用水洗涤 答案不惟一 合理即可 解析 本题是一道物质制备实验题 以海水制金属镁为载体 考查了镁的化合物的一些基本性质 尤其是mgcl2的水解反应的相关知识 及一些基本操作 内容比较简单 但基础知识的前后关联性强 因而综合性较强 1 由元素守恒可知 加热mgcl2 6h2o时必有hcl和h2o生成 由此可以写出相应的化学方程式 mgcl2 6h2o受热时容易水解生成hcl 所以为了抑制其水解 可以在干燥的hcl气流中加热mgcl2 6h2o 这样产生的水蒸气蒸发而得到无水mgcl2 2 由于mg oh 2难溶于水 而ca oh 2微熔于水 所以除去mg oh 2沉淀中混有的ca oh 2时 需要加入能够使ca oh 2转化为易溶于水的物质 如mgcl2 mg no3 2等 但不宜加入mgso4 经搅拌 过滤 洗涤便可以达到目的 13 海洋中有大量宝贵资源 被称为 海洋元素 的溴 其工业制法为把海水浓缩得盐卤 然后加热到363k 控制ph为3 5 通入氯气把溴置换出来 然后用一种气体x把溴吹出 再用纯碱溶液吸收 这时 溴转化为溴离子和溴酸根 最后用硫酸酸化 单质溴可从溶液中析出 1 把溴吹出的气体x 最可能用下面的 填序号 a 乙烯b 空气c 氩气d co2 2 某同学对上述工艺提出改进意见 认为氧化后直接用有机溶剂萃取出溴即可 你认为其建设是否合理 填 是 或 否 并说出理由 b 否 需大量萃取剂 污染大 利用率低 3 提取溴的工厂往往会因为溴的挥发而造成空气污染 某实验小组准备测定工厂的空气中溴的含量 提供乙醇溶液 蒸馏水 饱和na2so3溶液