第四章第一节金属矿物和海洋资源的综合利用

1、 中 国 教 育 培 训 领 军 品 牌第四章 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教学目标1.认识和体会化学在自然资源开发和国的和作用，常识性介绍金属回收和资源保护的意义2.提示化学与可持续发展的重要关系 3.树立资源保护意识及合理开发意识4.初步培养自主查阅资料的能力5.初步掌握化学实验基本操作、基本技能学习内容知识梳理 考点1：金属矿物的开发利用1、金属在自然界的存在形式： 自然界中金属元素多数以化合态形式存在,少数以游离态(Au、Pt)形式存在.2、金属的冶炼（1）冶炼原理： 利用金属矿物，将其中的金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料，这一过程在工业

2、上称为金属的冶炼。（2）冶炼步骤： 矿石的富集冶炼精炼（3）冶炼方法：（实质是还原的方法）金属阳离子得电子变成金属原子，金属的化学活动性不同，金属阳离子得电子的能力也不同。金属的活动顺序K Ca Na Mg AlZn Fe Sn Pb （H）CuHg Ag Pt Au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分解法热分解法有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。在金属活动性顺序表中，位于氢后面的某些金属的氧化物受热就能分解。2HgO2HgO2， HgSO2HgSO2， Ag2SO22AgSO2 热还原法 多数金属的冶炼过程属于热还原法常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢

3、气和活泼金属等电解法在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。总结：金属活泼性不同，金属冶炼的方法不同。（补充）湿法（炼铜）：FeCuSO4FeSO4Cu 物理法：Au、Pt在自然界中主要以游离态存在，利用密度。铝热反应（1）反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量热，发出耀眼白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。（活泼金属可作还原剂）(2)原理： Al是还原剂，另一种氧化物作氧化剂，是铝将氧化物中的金属置换出来的反应；其实质是铝将氧化物中化合态

4、的金属还原为金属单质(3)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(4)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（5）应用：焊接钢轨，冶炼金属。（知识升华）常见的金属冶炼原理金属冶炼原理Fe (高炉炼铁) （铝热法炼铁）Cu （火法炼铜）FeCuSO4FeSO4Cu （湿法炼铜）Mg（Mg、CO均为气态）AlNa（4）金属资源的保护主要途径提高金属矿物的利用率减少金属的使用率加强金属资料的回收和再利用使用其他材料代替金属材料考点2：海水资源的开发和利用1、海水的组成：含八十

5、多种元素。其中，H、O、Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr等总量占99%以上，其余为微量元素；特点是总储量大而浓度小，以无机物或有机物的形式溶解或悬浮在海水中。 总矿物储量约5亿亿吨，有“液体矿山”之称。堆积在陆地上可使地面平均上升153米。 如：金元素的总储量约为5×107吨，而浓度仅为4×10-6 g/吨。 另有金属结核约3万亿吨，海底石油1350亿吨，天然气140万亿m3。2、海水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。通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子

6、交换法等。蒸馏法：原理：加热到水的沸点，液态水变为水蒸气与海水中的盐分离，水蒸汽冷凝得到淡水。2、海水化学资源的开发利用（海水制盐）（1）提取镁：工艺流程如下：为了使MgCl2转化为Mg（OH）2，加入的碱液可以选用NaOH 或Ca(OH)2，要使MgCl2完全转化为沉淀，加入碱的量应过量，验证MgCl2已完全转化为Mg（OH）2的方法 取上层清液，滴入NaOH溶液，不产生沉淀 分离得到Mg（OH）2沉淀的方法是过滤 。无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl2，该反应的化学方程式为。、（2）海水提溴（空气吹出法）：步骤：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

7、适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，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：向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气： 用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。化学反应方程式： 2NaBr + Cl2 = Br2 +2NaCl Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4 Cl2 + 2HBr = 2HCl + Br2（3）海带提碘及碘元素的检验流程：反应的离子方程式： 2H+2IH2O2 = I22H2O例题讲解 考点1：金属矿物的开发利用【例1】下列金属冶炼的反应原理，错误的是 A2NaCl(熔融)2NaCl2BMgOH

8、2MgH2OCFe3O44CO3Fe4CO2D2HgO2HgO2【答案】：B【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【例2】下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是冶炼原理方法A2HgO2HgO2热分解法B2Al2O3(熔融)4Al3O2电解法CCu2SO22CuSO2热分解法DFe2O32Al2FeAl2O3热还原法【答案】C【解析】：活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼，中等活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法冶炼，不活泼金属Hg、Ag等用热分解法冶炼，故A、B、D三项正确，C项错误。【变式

9、1】下列金属冶炼的反应原理，错误的是A2NaCl（熔融）2NaCl2 BAl2O33H22Al3H2OCFe3O44CO3Fe4CO2 D2HgO2HgO2【答案】B【变式2】下列关于金属冶炼的说法正确的是 A金属Mg只能用热还原法制备 B高炉炼铁的原理是用CO还原铁矿石 C电解AlCl3制金属Al D用热还原法制金属Na【答案】B【变式3】镁及其合金是用途广泛的金属材料。从海水中提取镁的主要流程如下：回答以下问题：（1）下列金属中，其冶炼方法与镁相同的是 （填序号）。aNa bFe cAl dHg（2）若在实验室完成操作，则需用到的玻璃仪器是 。（3）试剂与Mg(OH)2反应的离子方程式是

10、。（4）在实验室中，检验试剂中阴离子的操作方法和实验现象为：取少量试剂于试管中， ，则证明试剂中含有该阴离子。【答案】（1） a c （2）漏斗、烧杯、玻璃棒 （3）Mg(OH)2 + 2H+ = Mg2+ 2H2O （4）先滴入稀硝酸，再滴入硝酸银溶液，若产生白色沉淀 考点2：海水资源的开发利用【例1】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363 K,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

11、)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,你认为其建议是否合理_(填“是”或“否”),并说出理由_.(3)提取溴的工厂往往会因为挥发而造成空气污染,某实验小组准备测定工厂空气中溴的含量,提供乙醇溶液蒸馏水饱和Na2SO3溶液饱和NaBr溶液,请你为他们设计收集一瓶工厂的空气的方法_.(4)纯碱溶液吸收溴的化学方程式为_,硫酸酸化得到单质溴的离子方程式为_。(5)工业上曾用惰性电极电解盐卤的方法来获取溴,当用惰性电极MgBr2溶液时,除得到溴之外,同时还能得到的产品是_。【答案】（1）B （2）否；需要用大量的萃取剂，污染

12、大，利用率低 （3）把装满饱和NaBr溶液的试剂瓶带到工厂,在工厂内把其中的液体全部倒出,然后加盖密封 （4） （5）Mg(OH)2 和H2【解析】(1)吹出的溴单质用Na2CO3吸收,不能用CO2吹出Br2,是因为CO2与Na2CO3能发生反应,乙烯与溴单质发生加成反应,氩气的使用在工业上成本较高,因此最可能用的是空气(2)直接萃取单质溴不仅需要大量的萃取剂,而且还造成一部分溴流失,从萃取剂中分离出液溴成本增加(3)收集工厂内的空气,只需把装满饱和NaBr溶液的试剂瓶带到工厂后,把其中的液体倒出,然后密封集气瓶,即得一瓶工厂内空气（4）根据题中提供的信息，Br2和Na2CO3反应的化学方程式

13、为：3Br2 + 3Na2CO3 = 5NaBr + NaBrO3 + 3 CO2.硫酸酸化的离子方程式为 5Br + 6H+ + BrO3 = 3Br2 + 3H2O。（5）用惰性电极电解MgBr2 溶液类似于电解NaCl溶液，其电解方程式为：【变式1】海洋约占地球表面积的71%，海水化学资源的利用具有非常广阔的前景。（1）海水晒盐可获得粗盐，在实验室中粗盐经过溶解、 、 可制得精盐。（2）镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的，其主要步骤如下：为了使MgSO4转化为Mg(OH) 2，试剂可以选用 ，要使MgSO4完全转化为沉淀，加入试剂的量应 ；试剂可以选

14、用 ；试从节约能源、提高金属镁的纯度分析，以下适宜的冶镁方法是 。A BC D（3）溴及其化合物用途十分广泛，我国正在大力开展海水提溴的研究和开发工作。工业以浓缩海水为原料提取溴的部分过程如下：某课外小组在实验室模拟上述过程设计以下装置进行实验（所有橡胶制品均已被保护，夹持装置已略去）：A装置中通入a气体的目的是（用离子方程式表示） ；A装置中通入a气体一段时间后，停止通入，改通热空气。通入热空气的目的是： ；反应过程中，B装置中有SO42-生成。检验SO42-的方法是 ；C装置的作用是 。【答案】（1）过滤、蒸发 （2）氢氧化钠（NaOH） 过量 盐酸 C （3） Cl2+2Br- =2Cl

15、- +Br2 吹出Br2 取少量B装置中反应后的溶液于试管中，滴加氯化钡溶液，产生白色沉淀，证明有SO42- 吸收未反应的Cl2、Br2和SO2 【变式2】镁是用途广泛的金属，目前世界上60%的镁从海水中提取。海水中主要含NaCl和MgCl2等。下图是对海水资源综合利用的示意图。试剂试剂浓缩、结晶脱水电解粗盐母液MgCl2晶体MgCl2镁结晶海水Mg(OH)2请回答：（1）为了使MgCl2完全转化为Mg(OH)2沉淀，试剂可以选用_。（2）分离Mg(OH)2沉淀的方法是 _。（3）试剂可以选用_。（4）无水MgCl2在熔融状态下通电会产生Mg，写出该反应的化学方程式 _。（5）镁蒸气可以在下列

16、 气体氛围中冷却。 AH2 B空气 CO2 【答案】（1）过量Ca(OH)2（1分） （2）过滤（1分）（3）盐酸（1分）（4）MgCl2 （熔融） Mg+Cl2（2分）（5）A（1分）综合题库1下列说法错误的是A对废旧金属的最好处理方法是回收、再用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D热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气或活泼金属等【答案】：C【解析】：活泼金属的冶炼是电解其熔融盐如MgCl2、NaCl等，或熔融氧化物如Al2O3等制得的，电解其盐溶液得不到金属单质，C错误。2下列说法中，不正确的是A金属的冶炼，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件

17、下将金属从其化合物中还原出来B冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂C金属由化合态变为游离态，都是被还原D金属单质被发现和应用得越早，其活动性一般越弱【答案】：B【解析】：金属的冶炼是将金属化合物转化为金属单质，A项正确；有的金属化合物在发生氧化还原反应冶炼金属的时候，自身既作氧化剂又作还原剂，不需要另加还原剂，如HgO，B项错误；金属元素在化合物中一定显正价，当变成金属单质后，化合价就变为0，所以是被还原，C项正确；金属被发现和应用得早，说明该金属容易被还原，从而也说明这些金属的活动性一般是较弱的，D项正确。3下列化工生产原理错误的是可以电解熔融的氯化钠来制取金属钠；可以将钠加入氯化镁饱和溶

18、液中制取镁；用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝；高炉炼铁的反应是放热的，故无需加热AB C D【答案】：D【解析】：钠特别活泼，投入MgCl2溶液时先与水反应生成NaOH和H2，接着生成Mg(OH)2沉淀，错误；冶炼铝使用的是Al2O3，错误；高炉炼铁中所发生的反应是放热反应，但是仍需要高温条件，错误。4下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是冶炼原理方法A2HgO2HgO2热分解法B2Al2O3(熔融)4Al3O2电解法CCu2SO22CuSO2热分解法DFe2O32Al2FeAl2O3热还原法【答案】：C【解析】：活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼，中等活泼金属Zn、Fe、Sn、

19、Pb、Cu等用热还原法冶炼，不活泼金属Hg、Ag等用热分解法冶炼，故A、B、D三项正确，C项错误。5.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A金属的导电性强弱 B金属在地壳中的含量C金属的化合价高低 D金属的活泼性强弱【答案】：D【解析】：从题给的图示，可以归纳出金属活泼性越弱的金属(如铜)，越早被开发利用。6下列说法错误的是A回收照相业中的废定影液可提取镁B回收不锈钢可提取铬或镍以及铁C回收可口可乐易拉罐可回收铝D回收精炼铜的阳极泥可得金、银等贵重金属【答案】：A【解析】：A中，照相业中的定影液主要含

20、有硫代硫酸钠(Na2S2O3)，能与底片上的感光材料上未感光的AgBr形成络离子，溶解在定影液中。然后将定影液中的Ag转化为单质银而回收。B中，不锈钢主要含有Fe、Cr、Ni等金属；C中易拉罐主要成分是Al；D中阳极泥含有未溶解的不活泼金属Au、Ag等。7在熔融状态下，Na与KCl存在可逆反应：NaKClNaClK，通过调整温度，可利用金属Na来制取K。物质KNaKClNaCl熔点()63.697.8770801沸点()7748831 5001 413根据上表的熔点和沸点，确定由Na与KCl反应制取K的合适温度为A770 B801C850 D770801【答案】：C【解析】：K、Na的活泼性相

21、近，要从上述可逆的置换反应中制取K，主要是利用K的沸点比Na的低而控制温度使K气化。其余三种物质均为液体，便于生成的K蒸气不断逸出，使反应向生成K的方向进行而制得K。应在801883间合理。8有0.4 g铁的氧化物，用足量的CO在高温下将其还原，把生成的CO2全部通入足量澄清石灰水中，得到0.75 g沉淀。这种铁的氧化物的化学式是AFeO BFe2O3CFe3O4 DFeO和Fe2O3【答案】：B【解析】：CO和铁的氧化物反应时，氧化物中的一个O原子对应一个CO2分子，每一个CO2分子对应一个CaCO3，所以有下列的关系式，假设0.4 g该氧化物中含x g O原子。OCO2CaCO316 10

22、0x g 0.75 g解得x0.12N(Fe)N(O)23。故此氧化物的化学式为Fe2O3。9我国古代“药金”的冶炼方法是：将炉甘石(ZnCO3)和赤铜矿(Cu2O)与木炭按一定的比例混合后加热至800，即可炼出闪烁似金子般光泽的“药金”。下列叙述正确的是A“药金”实质上是铜锌合金B冶炼炉中炉甘石直接被木炭还原为锌C用王水可区别黄金和“药金”D用火焰灼烧不能区别黄金和药金【答案】：A【解析】：冶炼“药金”的相关反应方程式为：ZnCO3ZnOCO2，2ZnOC2ZnCO2，2Cu2OC4CuCO2，可知A项正确，B项错误。王水可以溶解黄金和“药金”，故C项错误。用火焰灼烧可以区别黄金和“药金”，

23、因为高温下黄金跟空气不反应，而“药金”可以与空气反应，生成的CuO是黑色的，ZnO是白色的，总之，灼烧后的“药金”颜色有变化，故D项错误。10(12分)用如图所示的装置进行实验，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)选出该实验的实验现象(把序号填写在横线上)：_。镁条剧烈燃烧；放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射；纸漏斗的下部被烧穿；有红热状态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_。【答案】(1)Fe2O32AlAl2O

24、32FeFe2O3Al铝热(2)(3)使熔融物易于落下防止溅落物炸裂蒸发皿反应产生高温，引发铝热反应【解析】(1)铝热反应为2AlFe2O32FeAl2O3，该反应中Fe2O3作氧化剂，Al作还原剂。(2)全为该铝热反应的现象。(3)铝热反应实验中：为使熔融物易落下，通常在内层纸漏斗底部剪一个孔；为防止溅落物炸裂蒸发皿，蒸发皿内盛沙子；反应中镁条产生高温，引起氯酸钾分解；氯酸钾引发铝热反应。11.黄铜矿(CuFeS2)是制取铜及其化合物的主要原料之一，还可制备硫和铁的化合物。(1)冶炼铜的反应为：8CuFeS221O28Cu4FeO2Fe2O316SO2若CuFeS2中Fe的化合价为2，反应中被还原的元素是_(填元素符号)。(2)上述冶炼过程产生大量SO2。下列处理方案中合理的是_(填代号)。a高空排放b用于制备硫酸c用纯碱溶液吸收制Na2SO3d用浓硫酸吸收(3)利用黄铜矿冶炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)可制备Fe2O3。方法为：用稀盐酸浸取炉渣，过滤。滤液先氧化，再加入过量NaOH溶液，过滤，将沉淀洗涤、干燥、煅烧得Fe2O3。根据以上信息回答下列问题：a除去Al3的离子方程式是_。b选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中