第十一章第一节开发利用金属矿物和海水资源

1、 【考纲点击考纲点击】1了解金属矿物和海水的综合利用了解金属矿物和海水的综合利用2了解化学科学发展对自然资源利用的作用了解化学科学发展对自然资源利用的作用 【考情播报考情播报】1金属的活动性顺序、金属冶炼的一般原理金属的活动性顺序、金属冶炼的一般原理2结合从海水资源中提取结合从海水资源中提取mg、br2、cl2的生产工艺流的生产工艺流 程考查元素及其化合物知识以及化学基本原理的应用程考查元素及其化合物知识以及化学基本原理的应用. 1金属在自然界的存在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金、铂等化学性质不活泼的金属在自然界以 存存在，化学性质较活泼的金属在自然界中以在，化学性

2、质较活泼的金属在自然界中以 存在存在游离态游离态化合态化合态2金属冶炼的一般步骤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：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，用冶炼：利用氧化还原反应，用 把金属矿石中的金属把金属矿石中的金属 离子离子 成金属单质成金属单质(3)精炼：提纯金属精炼：提纯金属还原剂还原剂富集富集还原还原3金属冶炼的方法金属冶炼的方法(1)热分解法热分解法 用加热分解氧化物的方法可制取用加热分解氧化物的方法可制取hg、ag，化学方程，化学方程式式 分别为：分别为：(2)热还原法热还原法 h2还原还原wo3： . al还原还原cr2o

3、3： . co还原还原fe2o3： .(3)电解法电解法 制取制取na、mg、al等使用电解冶炼的方法，化学方程式分等使用电解冶炼的方法，化学方程式分 别为：别为： . . .4金属的回收和资源保护金属的回收和资源保护(1)废旧金属最好的处理方法是废旧金属最好的处理方法是 (2)回收利用废旧金属的意义是节约矿物资源、减少环境污回收利用废旧金属的意义是节约矿物资源、减少环境污 染、节约能源染、节约能源(3)合理开发和利用金属矿物资源，有效地使用金属产品、材合理开发和利用金属矿物资源，有效地使用金属产品、材 料，主要的途径有：料，主要的途径有： ； ； ； 回收利用回收利用提高金属矿物的利用率提高

4、金属矿物的利用率减少金属的使用量减少金属的使用量加强金属资源的回收和再利用加强金属资源的回收和再利用使用其他材料代替金属材料等使用其他材料代替金属材料等 金属冶炼的方法和铝热反应金属冶炼的方法和铝热反应1金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系(1)原理原理 由于不同金属的活动性不同，金属离子得到电子被还原成金由于不同金属的活动性不同，金属离子得到电子被还原成金 属原子的能力也不同金属活动性顺序中，金属的位置越靠属原子的能力也不同金属活动性顺序中，金属的位置越靠 后，越容易被还原，一般的还原方法就能使金属还原；金属后，越容易被还原，一般的还原方法就能使金属还原；金属

5、 的位置越靠前，越难被还原，最活泼金属只能用最强的还原的位置越靠前，越难被还原，最活泼金属只能用最强的还原 手段来还原手段来还原(2)金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系2铝热反应铝热反应(1)原理原理 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的金金属置换出来的反应；其实质是铝将氧化物中化合态的金 属还原为金属单质属还原为金属单质(2)反应特点反应特点 高温条件；剧烈燃烧，放出大量的热；新生成的液高温条件；剧烈燃烧，放出大量的热；新生成的液 态金属单质易与

6、态金属单质易与al2o3(固态固态)分离分离(3)引燃剂和铝热剂引燃剂和铝热剂 引燃剂：镁条、氯酸钾引燃剂：镁条、氯酸钾 铝热剂：铝粉和金属氧化物铝热剂：铝粉和金属氧化物(fe2o3、cr2o3、v2o5等等)组成组成 的混合物的混合物 铝热反应常用于冶炼难熔金属如铝热反应常用于冶炼难熔金属如v、cr、mn等，在金属等，在金属活动性顺序中排在活动性顺序中排在al前面的金属的氧化物前面的金属的氧化物(如如na2o，mgo)不能不能发生铝热反应发生铝热反应1从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文 明的发展水平如图表示了三种金属被人类开发利用

7、的大明的发展水平如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，主要取决于致年限，之所以有先后，主要取决于 ()a金属的导电性强弱金属的导电性强弱b金属在地壳中的含量多少金属在地壳中的含量多少c金属的化合价高低金属的化合价高低d金属的活动性大小金属的活动性大小解析：解析：从给出的开发利用的时间可以看出铝最晚，而铜最早，从给出的开发利用的时间可以看出铝最晚，而铜最早，而且在这三种金属中铝最活泼，而铜最不活泼，金属开发的而且在这三种金属中铝最活泼，而铜最不活泼，金属开发的时间早晚与金属的活动性顺序有密不可分的关系时间早晚与金属的活动性顺序有密不可分的关系答案：答案：d2如图是我国古代冶

8、铁图，你认为下述反应原理正确的是如图是我国古代冶铁图，你认为下述反应原理正确的是 ()解析：解析：在古代，在古代，h2、al等新资源还未开发出来图中显然是等新资源还未开发出来图中显然是用木炭还原氧化铁而得铁图中也一定不是用用木炭还原氧化铁而得铁图中也一定不是用co作还原剂作还原剂的，因的，因co同氢气一样在敞口容器中难与矿石接触，且易燃同氢气一样在敞口容器中难与矿石接触，且易燃烧，鼓气就更不可能实现上述反应了烧，鼓气就更不可能实现上述反应了答案：答案：b1海水资源的利用海水资源的利用(1)海水中水资源的的利用主要包括海水的海水中水资源的的利用主要包括海水的 和直接利用和直接利用海海 水进行水进

9、行 等等(2)海水淡化的方法主要有海水淡化的方法主要有 、 、 等等淡化淡化循环冷却循环冷却蒸馏法蒸馏法电渗析法电渗析法离子交换法离子交换法2海水化学资源的开发利用海水化学资源的开发利用(1)氯碱工业、溴工业、镁工业、钾工业等的发展氯碱工业、溴工业、镁工业、钾工业等的发展(2)核能原料核能原料 和和 的开发利用的开发利用(3)潮汐能、波浪能的开发利用潮汐能、波浪能的开发利用铀铀重水重水1镁的提取镁的提取(1)流程流程(2)有关反应的化学方程式有关反应的化学方程式 mgcl2ca(oh)2=mg(oh)2cacl2 mg(oh)22hcl=mgcl22h2o2溴的提取溴的提取(1)流程流程(2)

10、有关反应的离子方程式有关反应的离子方程式2brcl2 = = 2clbr2so2br22h2o = = 4h2br3海带提碘及碘元素的检验海带提碘及碘元素的检验(1)流程流程(2)反应的离子方程式反应的离子方程式 2h2ih2o2 = = i22h2o 冶炼镁时，应电解冶炼镁时，应电解mgcl2，不应电解，不应电解mgo，因为，因为mgo的熔的熔点点高，消耗的能量更多高，消耗的能量更多 3海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法正确的是说法正确的是 ()a海水中含有钾元素，只需经过物理变化就可以得到钾单海水中含有钾元素，只需经过物

11、理变化就可以得到钾单质质b海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化c从海水中可以得到从海水中可以得到nacl，电解熔融，电解熔融nacl可制备可制备cl2d利用潮汐发电是将化学能转化为电能利用潮汐发电是将化学能转化为电能解析：解析：海水中钾元素以海水中钾元素以k形式存在，生成钾单质必须发生化形式存在，生成钾单质必须发生化学反应，学反应，a错误海水蒸发制海盐发生的是物理变化，错误海水蒸发制海盐发生的是物理变化，b错错误潮汐发电是将动能转化为电能，误潮汐发电是将动能转化为电能，d错误错误答案：答案：c例例1(2009杭州质检杭州质检)下列金属的工业制法正确的是下

12、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制钛：用金属钠置换出氯化钛(ticl4)溶液中的钛溶液中的钛b炼铁：用焦炭和空气反应产生的一氧化碳在高温下还原炼铁：用焦炭和空气反应产生的一氧化碳在高温下还原 铁矿石中的铁铁矿石中的铁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 得到金属钠得到金属钠d炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜的铜思路点拨思路点拨解答本题可根据金属的活泼性和金属的三种冶解答本题可根据金属的活泼性和金属的三种冶炼方法进行分析炼方法进行分析课堂笔记课堂笔记选选 金属钠

13、与金属钠与ticl4溶液中的水反应，不能置换溶液中的水反应，不能置换出金属钛，出金属钛，a不正确；电解熔融态的不正确；电解熔融态的nacl溶液不能得到金属溶液不能得到金属钠，钠，c不正确；黄铜矿经冶炼得到粗铜，粗铜再经电解精炼制不正确；黄铜矿经冶炼得到粗铜，粗铜再经电解精炼制得纯度为得纯度为99.9%的铜，的铜，d不正确不正确b 金属活动性顺序中金属活动性顺序中“前面的金属置换后面的金属前面的金属置换后面的金属”，但是不一定从其盐溶液中置换出来，例如钠不能从盐溶液中但是不一定从其盐溶液中置换出来，例如钠不能从盐溶液中置换出金属，把盐变为熔融态，钠即可以置换出较不活泼的置换出金属，把盐变为熔融态

14、，钠即可以置换出较不活泼的金属金属. .例例2(2009天津高考天津高考)海水是巨大的资源宝库，在海海水是巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列从海水中水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列从海水中提取食盐和溴的过程如下：提取食盐和溴的过程如下： ()(1)请列举海水淡化的两种方法：请列举海水淡化的两种方法：_、_.(2)将将nacl溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有 h2、_、_或或h2、_.(3)步骤步骤中已获得中已获得br2，步骤，步骤中又将中又将br2还原为还原为br，其目的，其目的 为为_.(4)步骤步骤用用s

15、o2水溶液吸收水溶液吸收br2，吸收率可达，吸收率可达95%，有关反，有关反应的应的 离子方程式为离子方程式为_， 由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要要 问题是问题是_ (5)某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法，查某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法，查 阅了有关资料：阅了有关资料：br2的沸点为的沸点为59，微溶于水，有毒性和强腐，微溶于水，有毒性和强腐 蚀性他们参观生产过程后，绘制了如下装置简图：蚀性他们参观生产过程后，绘制了如下装置简图：请你参与分析讨论：请你参与分析讨论：图中仪器图中仪器b的名

16、称：的名称：_.整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因为为_实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件：制关键条件：_. c中液体产物颜色为中液体产物颜色为_，为除去该产物中仍残留的，为除去该产物中仍残留的少量少量cl2，可向其中加入，可向其中加入nabr溶液，充分反应后，再进行的分溶液，充分反应后，再进行的分离操作是离操作是_思路点拨思路点拨课堂笔记课堂笔记(2)电解电解nacl溶液：溶液：2nacl2h2o h2cl22naoh，或也可得到，或也可得到h

17、2和和naclo.(3)步骤步骤中获得低浓度中获得低浓度br2溶液，再经过步骤溶液，再经过步骤、可富集溴元素可富集溴元素(4)so2与与br2发生发生氧化还原反应：氧化还原反应：so2br22h2o = = h2so42hbr，产物是两，产物是两种强酸，故在工业生产中要注意强酸对设备的严重腐蚀种强酸，故在工业生产中要注意强酸对设备的严重腐蚀(5)由已知信息由已知信息br2的强腐蚀性可得出的强腐蚀性可得出br2腐蚀橡胶，故装置中不能腐蚀橡胶，故装置中不能用橡胶塞和橡胶管再由用橡胶塞和橡胶管再由br2的沸点为的沸点为59可知用该套装置提可知用该套装置提纯溴关键要控制温度计纯溴关键要控制温度计b的温

18、度，收集的温度，收集59时的馏分时的馏分c中收中收集到的是深红棕色的液溴，要除去该产物中残留的少量集到的是深红棕色的液溴，要除去该产物中残留的少量cl2，可向其中加入可向其中加入nabr充分反应后，利用充分反应后，利用br2易溶于易溶于ccl4的性质进行的性质进行萃取分液来分离，或利用萃取分液来分离，或利用br2易挥发的特点用蒸馏法分离易挥发的特点用蒸馏法分离答案答案(1)蒸馏法、电渗析法、离子交换法及其他合理答案蒸馏法、电渗析法、离子交换法及其他合理答案中的任意两种中的任意两种(2)cl2naohnaclo(3)富集溴元素富集溴元素(4)br2so22h2o = = 4hso 2br强酸对设

19、备的强酸对设备的严重腐蚀严重腐蚀(5)冷凝管冷凝管br2腐蚀橡胶腐蚀橡胶控制温度计控制温度计b的温度，并收集的温度，并收集59时的馏分时的馏分深红棕色萃取、分液深红棕色萃取、分液(或蒸馏或蒸馏)2-4 海水中提取卤素单质和金属冶炼的原理方法有相似海水中提取卤素单质和金属冶炼的原理方法有相似之处，如较活泼的卤素单质之处，如较活泼的卤素单质cl2需用电解法把需用电解法把cl转化为转化为cl2，较不活泼的卤素单质较不活泼的卤素单质br2，i2可用氧化还原法选择氧化剂进行可用氧化还原法选择氧化剂进行转化转化 结合最新科技探究自然资源的开发利用结合最新科技探究自然资源的开发利用 该类题目往往具有一个较新

20、的命题情景，在新情景下一般该类题目往往具有一个较新的命题情景，在新情景下一般还是对金属性质、冶炼原理、有关概念和理论及新信息的理还是对金属性质、冶炼原理、有关概念和理论及新信息的理解加工等内容进行考查，故立足基本性质，具备突破新情景解加工等内容进行考查，故立足基本性质，具备突破新情景的能力便可应对此类考题的能力便可应对此类考题 美国计划美国计划2015年再次登陆月球，并在月球年再次登陆月球，并在月球上建立永久性基地，为人类登陆火星作先期准备为了解决上建立永久性基地，为人类登陆火星作先期准备为了解决基地人员的供氧问题，科学家设想利用月球富氧岩石制取氧基地人员的供氧问题，科学家设想利用月球富氧岩石

21、制取氧气其提氧原理是：用氢气还原富氧岩石获取水，再利用太气其提氧原理是：用氢气还原富氧岩石获取水，再利用太阳能电池电解水得到氢气和氧气阳能电池电解水得到氢气和氧气 玄武岩玄武岩(钛铁矿钛铁矿)是月球的主要岩石之一，其质地坚硬，是月球的主要岩石之一，其质地坚硬，主要成分为钛酸亚铁主要成分为钛酸亚铁(fetio3)用上述提氧原理，理论上，用上述提氧原理，理论上，从从1 kg fetio3中可获取约中可获取约105.2 g o2. (1)写出写出fetio3与与h2反应的化学方程式：反应的化学方程式：_. (2)研究表明，月球上平均直径为研究表明，月球上平均直径为40微米的小圆珠形微米的小圆珠形成的

22、堆积物成的堆积物(富含富含fe2tio4)是最适合提氧的矿物这种堆积物是最适合提氧的矿物这种堆积物作为提氧原料的优点是作为提氧原料的优点是_ (3)研究人员查阅文献后，得知钛铁矿在高温下还能被研究人员查阅文献后，得知钛铁矿在高温下还能被炭粉还原：炭粉还原：2fetio3c 2fe2tio2co2，co2通通过生化处理可获得过生化处理可获得o2.他们设计了两套实验装置来测定钛铁矿他们设计了两套实验装置来测定钛铁矿中可提取氧的质量分数中可提取氧的质量分数 研究人员用图研究人员用图1装置从钛铁矿中提取氧，实验中得出的装置从钛铁矿中提取氧，实验中得出的可提取氧的质量分数大于理论值，产生这种情况的原因可

23、能可提取氧的质量分数大于理论值，产生这种情况的原因可能是是_；用图；用图2装置进行实验的过程中，称得反应装置进行实验的过程中，称得反应前钛铁矿的质量为前钛铁矿的质量为m1 g，炭粉的质量为，炭粉的质量为m2 g，钛铁矿完全反，钛铁矿完全反应后，测得生成应后，测得生成caco3的质量为的质量为m3 g，则钛铁矿中可提取氧，则钛铁矿中可提取氧的质量分数表达式为的质量分数表达式为_ (4)在钛铁矿提氧过程中科学家们常选用在钛铁矿提氧过程中科学家们常选用h2而不用其他还而不用其他还原剂，其主要原因是原剂，其主要原因是_【解析解析】(1)根据从根据从1 kg fetio3中可获得约中可获得约105.2

24、g o2，结合提氧原理可确定反应方程式结合提氧原理可确定反应方程式(2)因为是因为是40微米的小圆珠，故无需进行破碎岩石工作，而微米的小圆珠，故无需进行破碎岩石工作，而且可提取氧的质量分数大且可提取氧的质量分数大(3)第一问考查实验的误差分析，第二问因为生成第一问考查实验的误差分析，第二问因为生成caco3的的质量为质量为m3 g，故，故co2经生化处理可获得经生化处理可获得o2的质量为的质量为 32 g，所以钛铁矿中可提取氧的质量分数表达式为，所以钛铁矿中可提取氧的质量分数表达式为【答案答案】(1)fetio3h2 = = fetio2h2o(2)无需进行破碎岩石工作、可提取氧的质量分数大无

25、需进行破碎岩石工作、可提取氧的质量分数大(3)h2未经干燥、未经干燥、u形管中碱石灰吸收了空气中的水分形管中碱石灰吸收了空气中的水分(4)h2的氧化产物水无污染，电解水产生的的氧化产物水无污染，电解水产生的h2能够被循环能够被循环利用利用1下列化学反应在金属冶炼工业中还没有得到应用的是下列化学反应在金属冶炼工业中还没有得到应用的是()解析：解析：冶炼金属主要依据金属的活泼性而采用不同的方法，冶炼金属主要依据金属的活泼性而采用不同的方法，如如k、na、al等活泼的金属采用电解法；等活泼的金属采用电解法；fe、cu等可采取等可采取热还原法；热还原法；au、ag等不活泼的金属可采用热分解法，所以等不

26、活泼的金属可采用热分解法，所以可知可知al的冶炼应采用电解法，而不采用热还原法，且该法的冶炼应采用电解法，而不采用热还原法，且该法需要温度太高，难以实现故需要温度太高，难以实现故b在金属冶炼工业中还没有得在金属冶炼工业中还没有得到应用到应用答案：答案：b2许多国家十分重视海水资源的综合利用不需要化学变化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就能够从海水中获得的物质是 () a氯、溴、碘氯、溴、碘b钠、镁、铝钠、镁、铝 c烧碱、氢气烧碱、氢气 d食盐、淡水食盐、淡水解析：解析：a、b、c中的金属或非金属单质需加入氧化剂或电解中的金属或非金属单质需加入氧化剂或

27、电解法制取，均为化学变化；而法制取，均为化学变化；而d中的食盐和淡水是利用蒸发原中的食盐和淡水是利用蒸发原理制取的，为物理变化理制取的，为物理变化答案：答案：d. .3由海水制备无水氯化镁，主要有以下步骤：由海水制备无水氯化镁，主要有以下步骤：在一定条件在一定条件下脱水干燥；下脱水干燥；加熟石灰；加熟石灰；加盐酸；加盐酸；过滤；过滤；浓缩结浓缩结晶其先后顺序正确的是晶其先后顺序正确的是 ()a bc d解析：解析：要从海水中得到无水要从海水中得到无水mgcl2，首先要加熟石灰得到，首先要加熟石灰得到mg(oh)2沉淀，然后过滤，再将沉淀加盐酸溶解，得到沉淀，然后过滤，再将沉淀加盐酸溶解，得到m

28、gcl2溶液，然后对溶液浓缩结晶，再对晶体脱水干燥即可，溶液，然后对溶液浓缩结晶，再对晶体脱水干燥即可，故选故选d.答案：答案：d4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，而海水中的各种离子不能通过淡化膜，从而得到淡水，对加压水中的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进行分析，正确的是后右侧海水成分变化进行分析，正确的是 ()a溶质质量增加溶质质量增加b溶液质量不变溶液质量不变c溶剂质量减少溶剂质量减少 d溶质质量

29、分数不变溶质质量分数不变解析：解析：右侧海水中水分子能通过淡化膜进入左侧淡水池，而各右侧海水中水分子能通过淡化膜进入左侧淡水池，而各种离子不能通过淡化膜，故溶质质量不变，溶剂质量减少，溶种离子不能通过淡化膜，故溶质质量不变，溶剂质量减少，溶质质量分数增大质质量分数增大答案：答案：c5铁是应用最广泛的金属，自远古时代人类就学会了炼铁，铁是应用最广泛的金属，自远古时代人类就学会了炼铁，到目前为止，人类研制出很多炼铁的方法到目前为止，人类研制出很多炼铁的方法某研究性学习小组同学在实验室中模拟工业炼铁的过程，某研究性学习小组同学在实验室中模拟工业炼铁的过程，实验装置如图：实验装置如图：(1)写出得到单质铁的化学方程式写出得到单质铁的化学方程式_；(2)实验过程中看到玻璃管内的粉末由红棕色逐渐变黑，请设计实验过程中看到玻璃管内的粉末由红棕色逐渐变黑，请设计一个实验来验证生成了单质铁一个实验来验证生成了单质铁_；(3)装置末端气球的作用为装置末端气球的作用为_，实验结束，实验结束时，应该先停止加热还是先停止通入时，应该先停止加热还是先停止通入co，解释其理由，解释其理由_.解析：解析：检验是否生成单质铁，在反应结束后，待玻璃管内的固检验是否生成单质铁，在反应结束后，待玻璃管内的固体冷却，取少量放于试管中，加少量盐酸，若产生