《金属矿物的开发利用-海水资源的开发利用》课件

《金属矿物的开发利用海水资源的开发利用》1.知道金属在自然界中的存在形态，金属冶炼的一般方法和原理，会写相关反应的化学方程式。2.掌握铝热反应的原理和实验步骤。3.了解金属回收的意义，树立环保意识。4.知道海水淡化的意义和方法。5.熟知从海水中提取溴、碘、金属镁的原理，会写相关反应的化学方程式。学习目标一金属的活泼性与冶炼方法1.金属的冶炼原理金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属离子得到电子被还原为金属单质的过程：Mn++ne-=M。2.金属活泼性与对应离子得电子能力的关系金属越活泼，其对应离子越难得电子，越难被还原为单质。3.金属活动性顺序与金属冶炼的关系活动性顺序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb（H）、CuHg、AgPt、Au单质还原性（原子失电子能力）强→弱阳离子氧化性（离子得电子能力）弱→强金属冶炼方法电解法热还原法热分解法富集法还原剂或特殊措施直流电提供电子H2、CO、C、Al等，加热或高温加热（△）物理方法或化学方法4.金属冶炼的热还原法（1）热还原法的分类

（2）热还原法的优缺点①用H2作还原剂时，生成物H2O在高温下以H2O（g）蒸发出去，使制得的金属纯度较高，但成本也较高。②用CO作还原剂冶炼金属时，CO一般在冶炼炉中通过下列反应生成：C+O2CO2，CO2+C2CO，所以用CO还原法冶炼得到的金属中混有杂质C，纯度不高。③用C作还原剂冶炼得到的金属往往混有焦炭和碳化物，得不到纯度较高的金属。④用铝热反应冶炼金属，虽然克服了被冶炼金属及其氧化物熔点高、难冶炼的问题，但是成本较高。例1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：用焦炭和空气反应生成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铜解析：A错，在溶液中，钠与水反应，应用金属钠置换熔融氯化钛，得到钛。B对，CO具有较强的还原性，工业上用CO还原铁矿石得到铁。C错，电解熔融NaCl可得到金属钠，电解氯化钠溶液得不到金属钠。D错，利用黄铜矿与焦炭高温还原法冶炼铜，电解精炼粗铜得到纯铜。答案：B【点拨】选择金属冶炼方法的基本思路1.选择何种方法冶炼金属，应依据金属在自然界中的存在形态和金属的活动性。2.金属冶炼时，金属元素由化合态变为游离态，金属活动性不同，其阳离子得电子能力不同，得电子能力强的，易被还原，可选用加热法分解或热还原法，得电子能力弱的较难被还原，可用电解法。3.在金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，其阳离子越容易被还原，用一般的还原方法就能将金属阳离子还原；金属的位置越靠前，其阳离子越难被还原；最活泼的金属的阳离子只能用最强的还原方法来还原。二铝热反应1.铝热反应

概念铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应原理Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来铝热剂铝粉和某些金属氧化物（Fe2O3、Cr2O3、V2O5等）组成的混合物引发操作在铝热剂上放KClO3，插入镁条，并将镁条点燃反应特点在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离应用冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等二铝热反应实验实验装置

实验现象镁条剧烈燃烧，放出一定的热量，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应。反应放出大量的热，并发出耀眼的白光。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中实验结论在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热注意事项（1）镁条要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃；（2）氧化铁粉末要干燥，铝粉不能被氧化，否则难以反应；（3）要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出；（4）蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人；（5）实验装置要与人有一定距离，防止人被烧伤例2如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：（1）该实验装置中还缺

。引发铝热反应的操作为

。（2）若将氧化铁换成氧化镁，该反应

（填“能”或“不能”）发生，理由是

。（3）铝热反应的用途有

。解析：（1）利用镁条燃烧放热从而引发铝热反应，同时促使KClO3分解产生O2，使镁条快速燃烧。（2）Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。答案：（1）镁条和氯酸钾在混合物中间插一根镁条，将氯酸钾放在混合物上镁条的周围，点燃镁条（2）不能镁比铝活泼，铝不能置换镁（3）用于焊接钢轨；冶炼某些熔点高的金属三海水提溴海水提溴的主要方法是空气吹出法。1.主要流程（2）主要反应Cl2+2Br-=Br2+2Cl-（氧化）Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4（富集）Cl2+2Br-=Br2+2Cl-（提取）例1

下面是工业海水提溴的部分流程，下列有关说法正确的是 （）A.“吹出”采用热空气而不是常温空气的原因是热空气的氧化性强B.碱液吸收所发生的化学反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为1∶5C.第③步中“酸化”要用强氧化性的酸，如硝酸D.含溴的水溶液Ⅱ中的单质溴浓度比Ⅰ中的大解析：A错，“吹出”采用热空气而不是常温空气的原因是热空气的温度高，溴更易挥发。B错，步骤②中碱液吸收得到含Br-、BrO3-的溶液，根据得失电子守恒可知，氧化剂与还原剂的物质的量之比为5∶1。C错，第③步酸化过程中，发生离子反应5Br-+BrO3-+6H+=3Br2+3H2O，不能选用强氧化性的酸。D对，Ⅰ→Ⅱ的过程是富集溴的过程，显然Ⅱ中单质溴的浓度比Ⅰ中的大。答案：D二海带中提碘1.海带中含有碘元素的检验（1）关键反应的反应原理：2H++2I-+H2O2=I2+2H2O。（2）实验步骤及证明方法2.海带中提碘（1）流程：海带→灼烧→浸泡→氧化→过滤→提纯→碘单质。（2）主要的化学反应原理：Cl2+2KI=2KCl+I2。例2

从海带中提取碘，设计如下实验方案，下列说法不正确的是 （）A.步骤①的操作方法：灼烧和溶解B.步骤①需要的主要仪器：坩埚和烧杯C.步骤③的试剂a必须是氧化剂D.步骤④的试剂b可选用酒精解析：A对，步骤①的操作是将海带进行灼烧后再将海带灰溶解得到海带灰浊液。B对，步骤①的操作为灼烧和溶解，灼烧时使用的仪器为坩埚，溶解时需要用到烧杯。C对，步骤③是将I-氧化成I2，试剂a必须是氧化剂。D错，酒精能与水以任意比例互溶，不能作为萃取剂。答案：D三海水提镁1.工艺流程2.主要反应原理CaCO3CaO+CO2↑CaO+H2O=Ca(OH)2Ca(OH)2+MgCl2=Mg(OH)2↓+CaCl2Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2OMgCl2（熔融）Mg+Cl2↑

任务一金属的冶炼原理【问题探究】化学科学的发展是推动人类文明进步的重要动力。金属冶炼技术的进步是人类文明进步的重要体现。1.从自然界中获得金属单质,是否都必须发生氧化还原反应?提示

不是;金、铂等可采用物理富集的方法获得,不发生化学反应。2.写出图中冶炼金属时涉及反应的化学方程式,指出金属元素化合价的变化,并总结归纳金属冶炼的实质。3.金属的冶炼方法与金属的活动性顺序有什么关系?用数轴表示出二者之间的关系。提示

【深化拓展】1.金属冶炼方法的选择极少数不活泼的金属在自然界中以单质形式存在,如金、铂等;绝大多数金属元素以化合态形式存在于自然界。金属越不活泼,从其化合物中还原出来越容易;金属越活泼,从其化合物中还原出来越困难。2.金属冶炼方法与金属活动性顺序的关系

活动性顺序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、AgPt、Au单质还原性(原子失电子能力)强→弱阳离子氧化性(离子得电子能力)弱→强金属冶炼方法电解熔融盐或氧化物热还原法热分解法富集法还原剂或特殊措施直流电提供电子H2、CO、C、Al等,加热(△)加热(△)常采用物理方法【素能应用】典例1下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是(

)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利用热分解法冶炼,故A、B、D三项正确。C项错误,C项为火法炼铜。【变式设问】利用铝为还原剂,能否将金属钠从氧化钠中还原出来?为什么?提示

不能;钠的还原性强于铝,故铝不能将金属钠从氧化钠中还原出来。规律方法金属冶炼的注意事项1.采用热分解法冶炼的金属的化合物通常不稳定,受热易分解,不需要太高的温度;而热还原法往往在高温下进行,电解法的温度视反应物的熔点而定。2.金属冶炼的其他方法(1)物理法:适用于极少数不活泼、以游离态存在于地壳中的金属,如金常用水洗法获得。(2)湿法冶金:利用溶液中发生的化学反应,对原料中的金属进行提取和分离的方法,如湿法炼铜Fe+CuSO4===FeSO4+Cu。(3)火法炼铜:Cu2S+O22Cu+SO2。变式训练1(2021山东临沂兰山区高一期末)冶炼金属一般有以下几种方法:①热分解法;②焦炭法;③水煤气法(CO或H2);④活泼金属置换法;⑤电解法。这几种方法各有优缺点,它们在工业上均有应用。古代有:a.火烧孔雀石炼铜,b.湿法炼铜;现代有:c.铝热法炼铁,d.光卤石法炼镁。对它们的冶炼方法分析不正确的是(

)A.a—② B.b—③C.c—④ D.d—⑤答案

B任务二铝热反应【问题探究】1.当铁轨有缝隙时,维修工人常将铝粉与氧化铁的混合物引燃,使熔融的铁水流入铁轨的裂缝,冷却后就将铁轨牢牢地黏结在一起。你知道其工作原理吗?用铝热剂焊接铁轨

提示

高温条件下,铝粉与氧化铁发生铝热反应:Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3。

2.铝热反应实验装置如图,其中镁条和氯酸钾分别有什么作用?提示

点燃镁条用来提供引发铝热反应的热能,氯酸钾的作用是分解提供氧气,使镁条快速充分燃烧。【深化拓展】1.铝热反应定义铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应原理Al作还原剂,另一种氧化物作氧化剂,用铝将氧化物中的金属置换出来铝热剂铝粉和某些金属氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物引发操作在铝热剂上放KClO3,插上镁条并点燃镁条反应特点在高温下进行,反应迅速并放出大量的热,新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离应用冶炼难熔的相对较不活泼的金属,如V、Cr、Mn等;焊接钢轨等2.铝热反应实验注意事项(1)镁条要打磨净表面的氧化膜,否则难以点燃。(2)氧化铁粉末要干燥,铝粉要没有被氧化,否则难以反应。(3)蒸发皿中的细沙要适量,既要防止蒸发皿炸裂,又要防止熔融的液体溅出伤人。(4)确保实验装置与人之间有一定安全距离,防止受伤。【素能应用】典例2用如图所示的装置做铝热反应实验,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:

(填序号)。

①镁条剧烈燃烧②放出大量的热,并发出耀眼的光芒,火星四射③纸漏斗的下部被烧穿④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)2Al+Fe2O32Fe+Al2O3

Fe2O3

Al铝热(2)①②③④(3)使熔融物易于落下防止溅落物炸裂蒸发皿燃烧放热,促使氯酸钾分解,引发铝热反应分解提供氧气,使镁条快速充分燃烧解析

(1)该铝热反应为2Al+Fe2O32Fe+A