高二化学开发利用金属矿物和海水资源

一、金属矿物的开发利用自我诊断 1.冶炼金属一般有以下四种方法：焦炭法，水煤气法（或氢气、一氧化碳法），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Cu2 (OH)2CO3,()湿法炼铜；现代有：（）铝热法炼铬，（）从光卤石（KClMgCl26H2O）中炼镁。,第七章 化学与自然资源的开发利用,基础盘点,第1讲 开发利用金属矿物和海水资源,（1）试写出（）、（）、（）、（）发生反应的化学方程式。（2）下列关系不正确的是 。 A.() B.() C.() D.(),解析 （）火烧孔雀石炼铜是用树木煅烧孔雀石，孔雀石分解后产生CuO，树木变成焦炭后还原CuO得到Cu。（）湿法炼铜是我国西汉时期用铁从铜的化合物溶液中置换出铜。（）铝热法炼铬。()从光卤石中炼镁是先从光卤石中得到MgCl2，再电解熔融MgCl2，得到Mg。,（） Cu2(OH)2CO3 2CuO+H2O+CO2,2CuO+C 2Cu+CO2（）Fe+CuSO4 FeSO4+Cu,答案,（）2Al+Cr2O3 2Cr+Al2O3（）MgCl2(熔融) Mg+Cl2（2）B,基础回归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。2.金属冶炼的实质 使金属化合物中的金属离子 电子被 为金属单质的过程：Mn+ne- M。,金,铂,化合物,正,得,还原,3.金属冶炼的一般步骤4.金属冶炼方法 （1）热分解法 例如：2HgO 2Hg+O2,2Ag2O 4Ag+O2。 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 。,弱,不易,容易,较差,（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： 。,C+2ZnO 2Zn+CO2 C+2CuO,2Cu+CO2,3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2,CO+CuO Cu+CO2,3H2+WO3 W+3H2O 4H2,+Fe3O4 3Fe+4H2O,，,，,，,活泼金属还原法。例如：Al还原Cr2O3、V2O5，其化学方程式依次为： 。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： ； ； 。,2Al+Cr2O3 Al2O3+2Cr,10Al+3V2O5 6V+5Al2O3,中等,中间,2Al2O3(熔融) 4Al+3O2,MgCl2(熔融) Mg+Cl2,2NaCl(熔融),2Na+Cl2,，,二、海水资源的开发利用自我诊断 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；在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、干燥产物；电解得到镁。 （1）以上提取镁的全过程中没有涉及的化学反应类型是 。 A.分解反应 B.化合反应 C.置换反应 D.复分解反应,（2）下列关于提取镁的说法中，不正确的是 。A.此法的优点之一是原料取自大海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.电解法冶炼金属要消耗大量的电能答案 （1）C （2） C,基础回归 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。2.海水化学资源的开发利用（1）氯碱工业 海水NaCl 、 、 。 电解饱和NaCl溶液的方程式为 。,Cl2,H2,NaOH,2NaCl+2H2O,2NaOH+Cl2+H2,蒸馏法,电渗析法,离子交换法,（2）海水提镁海水 Mg(OH)2 (溶液) MgCl26H2O Mg、Cl2（3）海水提溴海水（酸化） (液)Cl2+2Br- 。,MgCl2,MgCl2,Br2,HBr,Br2,2Cl-+Br2,要点一 金属的冶炼1.金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系,要点精讲,2.铝热反应 （1）原理：Al是还原剂，金属氧化物作氧化剂，是铝将金属氧化物中的金属置换出来的反应；实质是铝将金属离子还原为金属单质。 （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。,【典例导析1】下列说法错误的是（） 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.可用电解熔融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 解析 本题主要考查金属的冶炼方法。铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属，如2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3,A项对；电解NaCl溶液不能得到金属钠，金属钠应该用电解熔融的NaCl方法制取，B项错；铝是活泼金属，很难用还原剂把它还原出来，但可用电解法制得，C项对；金属可以回收利用，D项对。,B,迁移应用1 金属锂是密度最小的金属，等质量的金属，锂可以释放出更多的电子，故常用来制造高性能电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则冶炼金属锂应采用的方法是（） A.电解法B.热还原法 C.热分解法D.铝热法 解析 锂的金属性介于钠和镁之间，应该与钠、镁的冶炼方法相同，即电解法。,A,要点二 海水资源的开发利用1.海水淡化的方法及原理,2.海水中镁的提取（1）流程,(2)有关反应的化学方程式MgCl2+Ca(OH)2 Mg(OH)2+CaCl2Mg(OH)2+2HCl MgCl2+2H2OMgCl26H2O MgCl2+6H2OMgCl2(熔融) Mg+Cl2,3.海水提溴 (1)工艺流程：海水 Br2(l) (2)原理 用蒸馏法将海水浓缩,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：2NaBr+Cl2 Br2+2NaCl 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 2HBr+H2SO4,向吸收塔内溶液中通入适量的氯气： 2HBr+Cl2 2HCl+Br2 用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内溶液中的溴单质。 4.海带中碘的提取 (1)流程 (2)主要化学原理：Cl2+2KI 2KCl+I2。,【典例导析2】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： 。,解析 （1）该实验是对固体海带加热灼烧，与三脚架一起使用的常常是泥三角、坩埚和酒精灯。（2）步骤是由海带灰悬浊液得到含碘离子的溶液，因此一定要进行过滤。（3）结合“碘离子 含碘水溶液”，再联想实验室中Cl2的制备不难写出的离子方程式为 2I-+MnO2+4H+ Mn2+I2+2H2O。（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，这是选作萃取剂的原则。（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。,答案 （1）BDE （2）过滤 蒸馏（3）2I-+MnO2+4H+ Mn2+I2+2H2O（4）苯与水互不相溶；碘在苯中的溶解度比在水中大（5）取少量提取碘后的水溶液于试管中，加入几滴淀粉试液，观察是否出现蓝色（如果变蓝，说明还有单质碘）,规律总结 （1）化学实验的基本操作和基本仪器要做到熟练操作和会运用。（2）混合物的分离方法：过滤、结晶、蒸馏、分液、萃取、重结晶等，要明白分离原理。（3）熟练掌握一些物质或离子的检验方法。,迁移应用2 假如你是一位企业家，在众多开发海水资源的项目中，选择了海水提镁，在前期考察过程中你将遇到许多问题，请根据背景材料的提示，按要求回答相关问题： 背景材料1：下表所示为海水中各元素含量情况（mg/L）。,背景材料2：部分化学试剂的市场价格如下表所示：,请回答下列问题：（1）在海水提镁的过程中要实现对镁离子的富集、分离，有以下三个方案：方案一：直接往海水中加入沉淀剂；方案二：加热蒸发海水后再加入沉淀剂；方案三：在晒盐后的卤水中加入沉淀剂。,你认为方案 最合理。不选方案的理由是 。不选方案的理由是 。（2）应该选择试剂作为镁离子的沉淀剂。不考虑其他费用，沉淀相同量的镁离子所用氢氧化钠和氧化钙的价格比为。（3）为了节省成本，你可考虑以海边上的贝壳为原料，试简述其理由： 。,解析 （1）海水提镁首先要对海水进行浓缩，然后加入沉淀剂，显然方案一浪费原料，方案二浪费能量，最合理的是方案三。 （2）根据市场价格，CaO作为镁离子的沉淀剂最为经济。假设沉淀a mol镁离子，需要氢氧化钠和氧化钙的价格比为：2a402 300 (a56700)=23049。 （3）贝壳的主要成分为碳酸钙，可以通过高温煅烧贝壳的方法生产氧化钙，作为镁离子的沉淀剂，降低成本。,答案 （1）三 一 海水中镁离子浓度太低，要沉淀必须加入大量的沉淀剂，浪费原料 二 要加热海水需耗费很多的能源（2）CaO 23049（3）贝壳中含碳酸钙，加热分解生成的氧化钙可用作沉淀剂，节省了成本,题组一 金属的冶炼1.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。下图表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（）,对点训练,A.金属的导电性强弱 B.金属在地壳中的含量多少 C.金属的化合价高低 D.金属的活动性大小解析 从题给图示可以归纳出金属性越不活泼的金属（如铜）越早被开发利用，故选D。答案 D,2.在理论上我们可以用电解熔融KCl的方法来制备金属钾，而实际上我们不用此法制备钾，而用熔融状态下的KCl与a反应并及时抽走钾蒸气的方法制备钾，可能的原因是：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K作用具有爆炸性；抽走钾的蒸气有利于钠与熔融的KCl反应，其中正确的是() A.全部 B. C. D.,A,3.2005年诺贝尔化学奖获得者施罗克等人发现金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。工业上冶炼钼的化学原理为： 2MoS2+7O2 2oO3+4SO2; MoO3+2NH3H2O (NH4)2MoO4+H2O; (NH4)2MoO4+2HCl H2MoO4+2NH4Cl; H2MoO4 MoO3+H2O; 用还原剂将MoO3还原成金属钼。 则下列说法正确的是() A.MoS2煅烧产生的尾气可直接排入空气中 B.MoO3是金属氧化物，也是碱性氧化物,C.H2MoO4是一种强酸D.利用H2、CO和铝分别还原等量的MoO3，所消耗还原剂的物质的量之比为332解析 A项，MoS2煅烧产生的SO2是大气污染物，不能直接排入空气，A不正确；B项，MoO3和氨水反应表现出酸性氧化物的性质,B不正确；C项, H2MoO4不溶于水，不是强酸，C不正确；D项还原1 mol MoO3需要6 mol电子，消耗H2、CO、Al的物质的量分别为 =332，D正确。答案 D,4.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和B分别为 （填序号）。 A.O2、CO2B.O2、CO C.CO2、COD.CO、CO2,C,（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（3）钛（Ti）有“未来钢铁”之称。工业上常以：TiCl4+2Mg Ti+2MgCl2获得海绵状钛。该反应在下列哪种环境中进行 （填序号）。A.稀有气体中 B.空气中C.氮气中 D.CO2气体中,A,C,5.试以FeCl3为主要原料，用三种方法制取单质铁。供选用的试剂有：石灰石、木炭粉、水、碳酸钠，要求不得另选试剂，只写反应的化学方程式，并说明工业冶炼铁的原理。 解析 根据逆推法，可用下列格式进行推导：,答案 CaCO3 CaO+CO2 CaO+H2O Ca(OH)2Ca(OH)2+Na2CO3 CaCO3+2NaOH3NaOH+FeCl3 Fe(OH)3+3NaCl2Fe(OH)3 Fe2O3+3H2O,方法1：2H2O 2H2+O23H2+Fe2O3 2Fe+3H2O方法2：2C+O2 2CO3CO+Fe2O3 2Fe+3CO2方法3：3C+2Fe2O3 4Fe+3CO2其中，CO与Fe2O3的反应为工业上冶炼铁的原理。,题组二 海水资源的开发利用6.如果实行海水淡化来供应居民饮用水，下列方法中在 原理上完全不可行的是() 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 解析 海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗