高中化学（人教版）必修第二册 第八章 第一节 第1课时 金属矿物、海水资源的开发利用

第八章

化学与可持续发展

第一节自然资源的开发利用

第1课时金属矿物、海水资源的开发利用

［核心素养发展目标］1.了解金属在自然界中的存在形式，理解金属冶炼的一般原理，掌握活泼性不同的

金属冶炼的一般方法，形成金属冶炼方法知识模型，培养证据推理与模型认知能力。2.了解海水的主要组

成元素、海水资源及开发利用的主要方式，掌握从海水中提取澳的化学反应原理及实验方法，培养科学探

究与创新意识的学科素养。3.通过对金属冶炼原理及海水资源综合利用的认识，体会化学对促进人与自然

和谐相处的意义，培养科学态度和社会责任的学科素养。

一、金属矿物的开发利用

1.金属元素在自然界中的存在形态

在自然界中绝大多数金属元素以化合

化合态

物的形式存在

少数极不活泼的金属存在游离态,如

|游离态;—

Au、Pt等

2.金属的冶炼

金

底

的

冶

炼

3.金属的冶炼方法

(1)金属活泼性与冶炼方法的关系如下：

KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAgPtAu

H—电解法一热还原法一F热分+物理二

解法提取法

(2)金属的冶炼方法

△

热分解法分解Hg。2HgO2Hg+Chf

电解

冶炼钠2NaCl(熔曲——2Na+Cbf

电斛

电解法冶炼镁MgCL(熔融)Mg+Cbf

电解

冶炼铝

2ALOQ熔融)冰晶有4A1+3O?t

高炉炼铁高温

Fe2O3+3CO-2Fe+3CO2

热还原法

铝热法炼铁高温

2AI+Fe?()3AI2C)3+2Fe

湿法炼铜Fe+CuSO4=FeSO4+Cu

其他方法

火法炼铜高温

Cu)S+Oi2Cu+SO、

【思考1】结合下列表格物质的熔、沸点数据分析，为什么冶炼镁时，选择MgCL而不是MgO?为什

么冶炼铝时，选择AkCh而不是AlCb?

物质MgOAI2O3MgCbAlCh

熔点/℃28522054714190(以分子形式存在)

沸点"C360029801412180

提示从表中可以发现，MgO熔点高，耗能多；AlCh的沸点比熔点低，易升华，是共价化合物，熔融状

态下不导电。

【思考2】计算表明，从铝土犷生产1mol铝消耗的电能至少为1.8X1()6j,回收铝质饮料罐得到铝与从

铝土矿得到铝相比，前者的能耗仅为后者的3%~5%。通过对上述数据的分析和比较，你想到了什么？

提示(1)从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝质饮料罐得到铝消耗的能量，加强废旧金属的回收和

再利用是合理利用金属资源的重要途径。

(2)实际生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，在得到所需产品的同时也会产生废

弃物，因此必须考虑废弃物的处理对环境的影响，走可持续发展道路。

4.金属矿物资源的开发和利用途径

(1)提高金属矿物的利用率。

(2)开发环保高效的金属冶炼方法。

(3)防止金属的腐蚀。

(4)加强废旧金属的回收和再利用。

⑸使用其他材料代替金属材料，等等。

r应用体验」

।.判断正误

(1)利用化合物冶炼金属时，金属元素一定发生还原反应()

⑵越活泼的金属元素，人类利用的越晚()

⑶用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从其化合物中还原出来()

(4)铝热反应的本质是用铝将活泼性比铝弱的金属从其化合物中置换出来()

答案(lWQW(3)X(4)4

2.(2025•福建泉州段考)下列制备金属单质的方法或原理正确的是()

A.在通电条件下，电解饱和食盐水制备单质Na

B.在通电条件下，电解熔融MgO制备单质Mg

C.在通电条件下，电解熔融ALOs制备单质A1

D.加强热，使CuO在高温条件下分解制备单质Cu

答案C

解析制备单质Na采用电解熔融NaCl的方法，A错误；MgO熔点高，熔融MgO需消耗大量能源，常通

过电解熔融MgCb制备单质镁，B错误；制备单质Cu用热还原法制备，D错误。

3.如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：

ir.酸钾

/吉零一氧化铁和铝

11B粉的混合物

(1)写出该反应的化学方程式：O

(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)若将所得产品置于足量的NaOH溶液中，可能看到的现象是,写

出铝热反应的一种主要用途：o

(4)假设铝足量且反应充分，设计一种实验方案，证明本实验中有单质铁生成：°

高温

答案(l)Fe2C)3+2AlA12Os+2Fe

(2)不能镁比铝活泼，铝不能置换出镁

(3)部分固体溶解，有气泡产生焊接钢轨(或冶炼某些熔点高的金属，合理即可)

(4)取适量反应后的固体混合物，先用NaOH溶液除去铝，再加入稀硫酸，有气泡冒出，说明有铁生成(或

用磁铁靠近固体，有固体可被磁铁吸引，说明有铁生成)

解析（3）若铝过量，剩余的铝及反应生成的氧化铝与NaOH溶液反应，可看到部分固体溶解，且溶液中有

气泡产生。

■归纳总结--------------------------------------------------------------------------------------------

铝热反应的原理及其应用

铝与某些难熔金属氧化物（如FGO.,、

定义

Cr2O3.MnO?等）在高温条件下发生的

置换反应称为铝热反应

反应旺：三

原理如FezO3+2Al=^=2Fe+Al2O3

铝

热铝粉和某些难熔金属氧化物（如Fe?。；,、

铝热剂

反V2O3、M11O2等）以一定比例形成的

应混合物

在高温下进行，反应迅速并放出大量

反应

的热，新生成的金属单质呈熔融态

且易与AhO」（固态）分离

应用冶炼熔点较高、还原性比铝弱的金属.

如V、Cr、Mn等,也可用于焊接钢轨等

二、海水资源的开发利用

1.海水中水资源的开发利用

（1）利用途径及海水淡化方法

海水水资源的利用，主要包括海水淡化和直接利用海水进行幽四型等。海水淡化的方法主要有蒸憎

法、反渗透法和电渗析法等,其中蒸镭法的历史最久,技术和工艺也比较成熟。

（2）海水的蒸储

①主要仪器：A直形冷凝管,B蒸储烧瓶,C锥形瓶。

②冷却水的流向：生口进，运口出。

③B中加入碎瓷片的目的是防止液体暴沸。

2.海水中化学资源的开发利用

（1）海水制盐

从海水中制得的氯化钠，可以食用，同时也是生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸等的化工原料。

①氯碱工业：电解饱和食盐水，可生产氢氧化钠、氢气和氯气。

电解

化学方程式：2NaCl+2H2。2NaOH+H2f+CLt。

电解

②制钠和氯气：2NaClC熔副!)-2Na+Cbf。

点、燃

③制盐酸：H2+CI2-2HClo

④制漂白剂(84消毒液)：2NaOH+C12=NaClO+NaCl+H9。

△

⑤制纯碱：NaCI+CO2+H2O+NH3=NH4CH-NaHCO3I；2NaHCChNazCOa+CO?t+H。

(2)海水提澳

①海水提澳的方法(吹出法)

含Bl?③空气含BQ

的8祖公Ui四②氯气辄化的海水吹出1的卒气1

工艺

国堂凝④吸收

流程澳水

混介物

和汉水

浓缩海水晒盐和海水淡化的过程中副产物Br彳导到浓缩

氧化向浓缩的海水中通入C12，将由-氧化成B「2

基本

吹出利用浪的挥发性，通入热空气和水蒸气，吹出嗅蒸气

操作

吸收吹出的浸蒸气用S02吸收

蒸僧再用Ch将HBr氧化得到漠后蒸微分离

②氧化、吸收环节主要反应的离子方程式：

2Br+C12=B*+2C「、502+8a+2比0=4田+50歹+281。

3.海水中其他资源的开发利用

(1)制备化工产品：制备Mg、K、L及其他化工产品。

(2)获取能量物质：提取铀和重水用来开发核能。

(3)开发利用新型能源：潮汐能、波浪能等。

【思考1】下图为海水提镁的工艺流程，写出下列步骤中的化学(或离子)方程式。

高温

①分解贝壳(主要成分是CaC03)、制备Ca(0H)2：CaCCh2^CaO+CChf、CaO+H2O=Ca(OH)2°

②沉淀Mg2+：M『++2OH-=Mg(OH)2I(离子方程式)。

③制备MgCb：Mg(OH)2+2Ha=MgC12+2H2O。

电解

④制取Mg:MgCL(熔融)Mg+Cbt。

【思考2】从海带中提取碘单质，相关实脸步骤如下：

①灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；

②在滤液中滴加稀H2sCh及适当的氧化剂，然后加入几滴某溶液；

③用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入母烟中；

④海带灰转移到小烧杯中，加蒸镭水，搅拌、煮沸、过滤。

(1)合理的步骤顺序是(填序号)。

(2)适当的氧化剂是,反应的离子方程式是o

(3)证明含碘的操作及现象是o

+

答案⑴③①④②(2用2。22F+2H+H2O2=I2+2H2O(3)取步骤②后的溶液于试管中，滴入淀粉溶

液，溶液变蓝

「应用体验」

1.判断正误

(1)海洋约占地球表面积的71%,因此地球不缺水，人类可以任意使用，不用节约()

(2)海水中含量最多的两种元素为Na元素和C1元素()

(3)海水中各种化学资源的开发过程中，都必须发生化学反应()

(4)蒸馅操作时，温度计水银球的位置应在蒸像烧瓶支管口处，测量蒸气的温度()

(5)海水中元素的种类很多，许多元素的富集程度较高()

答案⑴X(2)X(3)X(4)7(5)X

2.(2025•广东肇庆月考)下列有关海水资源的利用的说法不正确的是()

A.从海水中制取镁、钾、澳及其他化工产品，是在传统海水制盐工业上的发展

B.海水中提澳的过程中发生的化学反应以氧化还原反应为主

C.海带中的碘以r形式存在，向海水中滴加淀粉，有蓝色出现

D.海水淡化的方法主要有蒸储法、电渗析法、反渗透法等

答案C

解析淀粉遇12显篮色，海带中的碘以r形式存在，直接滴加淀粉不会变色，故选c。

3.(2025•北京海淀期中)镁及其合金是用途很广的金属材料，可以通过以下步骤从海水中提取镁。下列

说法不正确的是()

r溶液

海水(含有NaCl试剂少

和MgSOj等)操作a----------------试剂②

-Mg(OH)2沉淀心吟

Mg—4无水MgEQT］Mgc,溶液;

A.试剂①常用石灰乳

B.操作a是蒸储

+2+

C.试剂②是盐酸，加入后发生反应：Mg(OH)2+2H=Mg+2H2O

D.工业上常用电解熔融MgCb获得金属镁

答案B

解析试剂①常用石灰乳沉淀镁离子得到Mg(OH)2沉淀，A正确；将Mg(OH)2沉淀和溶液分离，则操作a

是过滤，B错误；试剂②是盐酸，Mg(0H)2和盐酸反应的离子方程式为Mg(OH)2+2H+=Mg2++2H2O,C正

确；镁是活泼金属，工业上常用电解熔融MgCk获得金属镁，D正确。

4.(2025・山东荷泽期中)海带灼烧、溶解、过滤后得到含r的溶液，再经以下步骤得到碘单质：

凡(％•稀硫酸CC1,浓Na()H溶液45%硫酸一

含r溶液&＞溶液1丁有机相土溶液2—④.12的悬浊液/固体碘

下列说法错误的是()

A.由溶液1到碘的悬浊液的过程实现了碘的富集

B.步骤②和步骤③所用的分离操作相同

C.上述过程中发生的氧化还原反应有2个

D.分液时旋开分液漏斗活塞，用烧杯接收下层溶液，从上口倒出上层溶液

答案C

解析溶液1中含有a经过步骤②③④后又得到L的悬浊液，实现了碘的富集，A正确；步骤②和步骤

+

③所用的操作方法都是分液，B正确：①中发生反应：2r+H2O2+2H=l2+2H2O,③中发生反应：

+

3I2+6OH=51+103+3H2O,④中发生反应：5I+I03+6H=3I2+3H2O,发生的氧化还原反应有3个，C错

误。

课时对点练

［分值：1分分］

对点训练

口〜8题，每小题6分］

题组一金属冶炼的原理及方法

1.如图为三种金属被人类开发利用的大致年限，之所以时间上有先后，主要取决于()

约200年前|阿6（NN）年前

KCaNaMt:AlZn1eSnPb（ll）CuH-*PtAu

［约3（NX）年前

A.金属在化合物中的化合价高低

B.金属的活动性强弱

C.金属的导电性强弱

D.金属在地壳中的含量多少

答案B

解析由图可知，金属越不活泼，越先被人类开发利用，金属越活泼，被人类开发利用的时间越靠后，B

项正确。

2.下列反应原理中，不符合工业冶炼金属实际情况的是（）

△

A.2HgO_2Hg+O2t

电解

B.2Al2。3（熔融）冰晶石4A1+3O21

电解

:=

C.2MgO~2Mg+O2t

高温

D.4CO+Fe3O43Fe+4CO2

答案C

解析工业上冶炼镁可采用电解法，其原料应选用MgCL而不是MgO,因为MgO的熔点比MgCb的高，

会消耗大量能量，成本较高，C项符合题意。

3.（2024.江苏淮安高一段考）类比推理是学习化学的重要思维方法，下列陈述I及类比推理陈述II均正确的

是（）

选项陈述I类比推理陈述n

冶炼铁通常用热还

A冶炼铜也可用热还原法

原法

工业上用电解

工业上用电解MgO的方

BAI2O3的方法得到

法得到镁单质

铝单质

Fe能把CuSCU溶Na也能把CuSC）4溶液中

C

液中的铜置换出来的铜置换出来

可用铝热法制备金

D也可用铝热法制备金属镁

属格

答案A

解析氧化镁的熔点很高，工业上常用电解氯化镁的方法制取镁单质，B错误；钠与CuSCh溶液反应生成

Cu（OH）2沉淀和H2,C错误；镁的金属活泼性强于铝，不能利用铝热反应制备金属镁，D错浜。

题组二合理开发和利用金属矿物资源

高温

4.下列关于铝热反应：2AI+Fe2（）3AI2O3+2FC的说法不正确的是（）

A.该反应中A1作还原剂

B.该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为1:2

C.该反应中冶炼1molFe转移2mol电子

D.该反应可用于焊接钢轨

答案C

解析FezCh中Fe呈+3价，每冶炼1molFe转移3moi电子，C错误。

5.铅的冶炼大致过程如下：

①富集：将方铅矿（PbS）进行浮选；

高温

=

②焙烧：2PbS+3O2^2PbO+2SO2：

高温高温

====

③制粗铅：PbO+C=Pb+COt:PbO+CO=Pb+CO2o

下列说法正确的是（）

A.浮选法富集方铅矿的过程属于化学变化

B.将1molPbS冶炼成Pb理论上至少需要6g碳

C.方铅矿焙烧反应中，PbS是还原剂，还原产物只有PbO

D.整个冶炼过程中，制取1molPb共转移2mol电子

答案B

解析浮选法富集方铅矿的过程中没有新物质生成，属于物理变化，故A错误；将1molPbS冶炼成Pb的

过程中，根据化学方程式得出，2Pbs〜2PbO〜C〜2Pb,1molPbS冶炼成Pb理论上至少需要0.5mol碳，即

需要6g碳，故B正确；方铅矿焙烧反应中，PbS中S元素化合价升高，是还原剂，氯元素化合价降低，

还原产物有PbO和SO?,故C错误；整个冶炼过程中，根据Pb原子守恒，1molPbS转化为1molPbO,

转移电子6mol,1molPbO转化为1molPb,转移电子2mol,所以制取1molPb共转移8moi电子，故D

错误。

题组三海水资源的开发利用

6.（2025•云南玉溪月考）2024年12月16日，第三届中国一印度洋地区蓝色经济发展合作论坛在昆明开幕。

蓝色经济表明海洋资源有巨大的开发潜力。下列说法不正确的是（）

A.蒸保法可实现海水淡化

B.潮汐能、波浪能可作为新型能源

C.加热蒸发海水可直接获得镁单质

D.海水中获得的氯化钠是重要的化工原料

答案C

解析海水中镁以Mg2+形式存在，蒸发仅得盐类，需通过化学方法（如电解熔融MgC12）才能得到镁单质，

故选C。

7.（2025•山东日照期中）溟被称为“海洋元素”，从海水（弱碱性）中提取滨单质的流程如下。下列说法错误的

是（）

A.海水酸化可避免氯气与海水中的碱性物质反应

B.吹巴塔中采用气•液逆流的方式，可使被充分吹出

+

C.吸收塔中发生反应的离子方程式为SO2+Br2+2H2O=S0i-+2Br-+4H

D.该流程中消耗1molCl2,最终能够获得1molBr2

答案D

解析海水酸化可避免氯气与海水中的碱性物质反应，避免消耗更多的氯气，A正确：吹出塔中采用气・

液逆流的方式，可增大接触面积，可使Bn被充分吹出，B正确；制取过程中需要澳的富集，每提取Imol

澳,理论上消耗2moi氯气，该流程中消耗1molCb,最终能缉获得0.5molD错误。

8.（2025•苏州期末）海水资源综合利用过程中，卜.列有关说法正确的是（）

A.海水晒盐是利用溶质的溶解度随温度变化而变化的原理

Ca：（）H）z盐酸电解

B.海火提镁的转化为MgCL（aq）--------*Mg（OH）2（s）一"MgCkCaq）一"Mg

C.用Na2c03溶液吸收澳，离子方程式为3B「2+6OH==5BTBrO/3H2。

D.将「氧化为L时，加入过量的比。2会使L的产率降低

答案D

解析海水晒盐是通过蒸发溶剂使NaCI结晶析出，而非利用溶解度随温度变化的原理，A错误；海水提

镁的最后一步应为电解熔融的MgCL,而非电解MgCL溶液，R错误：用Na£O3溶液吸收以2时，离子方

程式应基于CO/参与反应，而非直接使用OH,C错误；过量H2O2在酸性条件下会将L进一步氧化为

+

lOJ,离子方程式：5H2O2+l2=2I0J+2H+4H2O,导致L被消耗，产率降低，D正确。

综合强化

[9〜11题，每小题6分]

9.为回收利用含L的C04废液，某小组设计方案如图所示。下列说法不正确的是（）

A.步骤I中，加入足量Na2cCh溶液充分反应后，上下两层均为无色

B.步骤I中，分液时从分液漏斗下口放出溶液A

C.试剂X可用稀硫酸

D.粗b可用升华法进一步提纯

答案B

解析Na2cCh溶液呈碱性，碘单质在碱性溶液中发生歧化反应生成1和10],则在步度I中，加入足量

Na2cCh溶液后紫红色碘单质完全反应，故上下两层溶液均为无色，A正确：CCL的密度大于水的密度，

CCL,在下层，溶液A在上层，故分液时应从分液漏斗上□倒出水层G笈液A),B错误；步骤H的目的是生

成粗L,在酸性环境中「与10]会发生归中反应生成碘单质，故试剂X可用稀硫酸，C正确；碘单质受热

易升华，故实验制得的粗碘可用升华法进一步提纯，D正确。

10.铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅，工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝：

下列说法错误的是()

A.①②中除加试剂外，还需要进行过滤操作

B.a、b中铝元素的化合价相同

C.③口需要通入过量的氨气

D.④进行的操作是加热，而旦d一定是氧化铝

答案C

解析反应①后的体系中含有固体SiO2,需要过滤除去，反应②后的体系中含有Fe(OH)3沉淀，需要过滤

除去，A正确；a、b中Al元素分别以AlCh和Na[AI(OH)4]的形式存在，其中铝元素的化合价都是+3价，

B正确；由Na[Al(OH)4]制备AI(OH)3需要通入过量CO?,C错误；由A1(OH)3制备AI2O3,加热即可，D正

确。

11.海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源，如图为海水利用的部分过程。

一常士碳酸氢钠△•碳酸钠

避Mg(OH),-MgCl^H.O'2.无水MgCL

I®B声婚隼传

已知：MgCb^HzO受热生成Mg(0H)Cl和HC1气体等。下列有关说法正确的是()

A.制取NaHCCh的反应是利用其溶解度小于NaCI

B.在过程②中将MgCL・6H2O灼烧即可制得无水MgCh

C.第③④⑤步中，溪元素均被氧化

D.工业上将氢氧化钠溶液加到海水中得到Mg(OH)2沉淀

答案A

解析碳酸氢钠在反应涉及物质中溶解度最小，向饱和食盐水田通入氨气以及二氧化碳，溶解度较小的碳

酸氢钠会先析出，故A正确；工业上将石灰乳加到海水中得到Mg(OH)2沉淀，故D错误。

12.(18分)(2025•上海期中)“铝热反应”是将单质铝与金属氧化物混合反应获得金属单质的化学反应。在野

外焊接钢轨时可利用此反应。实验室中可用如卜.装置实现：

7镁条

\广%东漏斗

—找酸钾

J氧化铁和铝粉的混合物

亡匕沙子

(1)写出该反应的化学方程式：。

(2)实验中能观察到的现象有、(列举两点)。

(3)下列金属中，不能用铝热反应制取的是(填字母)。

A.帆(V)B.珞(Cr)C.钙(Ca)D.钵(Mn)

(4)如何验证铝热反应后的熔融物中含有未反应的金属铝，简述实验步骤及现象o

(5)某同学用稀硫酸和KSCN溶