第四章 化学与可持续发展

1、第四章 化学与可持续发展 第一讲 开发利用金属矿物和海水资源复习重点：了解化学方法在金属矿物开发（主要是金属冶炼）及海水资源开发中的作用。复习难点：学生在掌握金属冶炼的一般原理基础上，了解适用于不同金属的冶炼方法。知识梳理一、金属的冶炼：金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中还原出来的生产过程。金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法。总的说来，金属的性质越稳定，越容易将其从化合物中还原出来。金属冶炼的方法主要有：1、热分解法：对于金属，可以直接用方法将金属从其化合物中还原出来，例如：HgO；Ag2O。2、热还原法：在金属活动性顺序表中处于位置的金属，通常是用还原剂（、等）将金属从其化合

2、物中还原出来，例如：Fe2O3+ CO ；WO3+ H2 ；ZnO+ C；MgO+ C ；Fe2O3+ Al ；Fe+CuSO4=。3、电解法活泼金属较难用还原剂还原，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，例如：2NaCl（熔融） 2Na+Cl2；MgCl2（熔融） ；2Al2O3 。一些对纯度要求较高的不活泼金属也可以采用电解其盐溶液的方法来进行冶炼，例如：2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O24、有些金属可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来，例如：Cu2S+O2 。二、海水资源的开发利用1、海水资源的开发的方案(1)从海水中提取淡水海水淡化，海水淡化的方法主要有法、法、法

3、等。(2)海水制盐(3)从海水中提取、等化工产品(4)从海水中获取作为核能开发的重要原料(5)从海水中获取其他物质和能量。2从海水中提取物质的方法 海水中含有的各种元素的特点：种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。例如：(1)从海水中提取溴的主要工艺流程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，使转化为：2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl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的目的：Br2+SO2+H2O=。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

4、溶液中的溴单质。(2)进行从海带中提取碘实验的反应原理及应注意的问题反应原理：海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2，再萃取出来。如用H2O2做氧化剂，反应的离子方程式是：。实验注意事项海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；用干海带从而易于燃烧；灼烧海带的地方要注意通风。疑难点拨一、金属冶炼与金属活动性顺序表根据金属离子得电子能力不同而采用不同的方法。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

5、还原法热分解法1、电解法：(熔融)：活泼金属(KAl)的冶炼常采用电解它的熔盐或氧化物的方法。2、还原剂法(高温)：金属活动性顺序表中ZnCu之间的金属冶炼常采用此法。常用的还原剂有H2(CuOCu)、C(ZnOZn)、Na(TiCl4Ti)、Al(Cr2O3Cr)、CO(Fe2O3Fe)等。3、加热法：用于冶炼不活泼金属Hg、Ag2HgO2HgO2，HgSO2HgSO2，Ag2SO22AgSO2 4、湿法：FeCuSO4FeSO4Cu 5、物理法：Au、Pt在自然界中主要以游离态存在，利用密度。二、溴的制取1、工业制溴（以海水为原料）、通Cl2气将化合态的溴氧化成单质溴：Cl2 + 2 Br

6、- = 2 Cl- + Br2、以硫酸酸化，NaBr与NaBrO3发生反应，结果化合态的溴转化为溴单质5Br- + BrO3- + 6H+ 3Br2 + 3H2O2、实验室制溴一般用NaBr、浓H2SO4、MnO2共热，即：2NaBr + 2H2SO4(浓) + MnO2 Na2SO4 + MnSO4 + Br2 + 2H2O典例剖析【例1】冶炼金属一般有下列四种方法：焦炭法；水煤气（或氢气，或一氧化碳）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；（）湿法炼铜；现代有（）铝热法炼铬；（）从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是A、（）用 B、（）用

7、C、（）用 D、（）用解析：对于（）、（）、（）、（）发生的反应分别是() ，符合() ，适合于() ，适合于()先从光卤石中提取MgCl2 ，再电解MgCl2 ，MgCl2 Mg+Cl2，符合。综上分析，本题答案为B。【例2】海水是取之不尽的化工原料资源，从海水中可提取各种化工原料。下图是工业上对海水的几项综合利用的示意图：试回答下列问题：1、粗盐中含有Ca2、Mg2、SO42等杂质，精制时所用试剂为：A 盐酸；B BaCl2溶液；C NaOH溶液；D Na2CO3溶液。加入试剂的顺序是 。2、电解饱和食盐水时，与电源正极相连的电极上发生的反应为 。与电源负极线连的电极附近溶液pH （变大、

8、不变、变小）。若1mol电子的电量为96500C，则用电流强度为100A的稳恒电流持续电解3分13秒，则在两极上共可收集到气体 mL（S.T.P）。若保证电解后饱和食盐水的浓度不变，则可采取的方法是 。3、由MgCl2·6H2O晶体脱水制无水MgCl2时，MgCl2·6H2O晶体在 气氛中加热脱水，该气体的作用是 。 4、电解无水MgCl2所得的镁蒸气可以在下列 气体中冷却。A H2 B N2 C CO2 D O2 解析：1、B C D A或C B D A 该小题属离子除杂题。除杂原则是在除去Ca2、Mg2、SO42时，不能带入杂质离子。所以，解此题的关键是把握好加入离子的

9、顺序：Ba2+必须在CO32之前加入；CO32、OH必须在H+之前加入，所以B、C不分先后，而D、A本身既分前后，又必须放在B、C之后才能满足条件。2、2Cl2eCl2 变大 4480 措施是向电解液中通入一定量的HCl气体电解饱和食盐水时，与正极相连的阳极发生的反应是2Cl2eCl2，与负极相连的阴极发生的反应是：2H2eH2。H+不断消耗，使得溶液中OH增大，pH变大。电解中外溢的是Cl2、H2，所以要确保原溶液浓度不变，只能向体系中通入一定量的HCl气体以补足损失的H、Cl原子。易错处是加入盐酸，使溶液浓度变小。3、HCl 抑制水解平衡MgCl2H2O Mg(OH)ClHCl正向进行 4

10、、A【例3】（2004年全国高考）粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。进行如下实验：取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；另取20g A全部溶于0.15 L 6.0mol·L-1盐酸中，得溶液C；将中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12L(标况)气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；用KSCN溶液检验时，溶液D不变色；请填空：(1)中引发铝热反应的实验操作是 。产物中的单质B是 。(2)中所发生反应的反应的化学方程式是 。(3)中所发生的各反应的离子方程式是 。(4)若溶液D的体积仍视为0.15 L，则该溶液中c（Mg2）为 ，c（Fe2）为 。解析

11、：MgO不能与铝发生置换反应，所以发生的反应是Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3 中发生的反应是Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，MgO+2HCl=MgCl2+H2O中发生的反应是Fe+2FeCl3=3FeCl2，Fe+2HCl=FeCl2+H2中加入KSCN溶液不变色，说明Fe3+完全被还原为Fe2，溶液D为MgCl2、FeCl2的混合液。根据题意假设20g A中MgO和Fe2O3的物质的量均为x，则：40g·mol-1 x+160 g·mol-1 x=20g，解得x=0.1mol。溶液中Mg2的物质的量等于MgO的物质的量，c（Mg2）=0.67 mol

12、·L-1反应后原加入的盐酸中的Cl-全部转移到FeCl2和MgCl2中，Cl-守恒，所以溶液D中n（Cl-）=n（Mg2）×2+n（Fe2+）×2= 6.0mol·L-1×0.15 L=0.9moln（Fe2）=0.35mol所以c（Fe2）=2.3 mol·L-1答案：（1）加少量KClO3，插上镁条并将其点燃；Fe（2）Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，MgO+2HCl=MgCl2+H2O（3）Fe+2H=Fe2+H2；Fe+2Fe3=3Fe2（4）0.67 mol·L-1；2.3 mol·L-1【

13、例3】某化学课外小组用海带为原料制取了少量的碘水。现有CCl4从碘水中萃取碘并用分液漏斗分离出两种溶液。其实验操作可分解为如下几步： (A)把盛有溶液的分液漏斗放在铁架台的铁圈中；(B)把50mL碘水和15mLCCl4加入分液漏斗中，并盖好玻璃塞；(C)检验分液漏斗活塞上的玻璃塞是否漏液；(D)倒转漏斗用力振荡，并不时旋开活塞放气，最后关闭活塞，把分液漏斗放正；(E)旋开活塞，用烧杯接收溶液；(F)从分液漏斗的上口倒出上层水溶液；(G)将漏斗上口的玻璃塞打开，使凹槽对准小孔；(H)静置，分层。(1)正确的操作顺序是： _(A)(G)_(E)(F)。(用编号字母填写)。(2)上述(E)步骤的操作

14、应注意：_。 上述(G)步骤操作的目的是_。(3)能用CCl4萃取碘的原因是_。 (4)下列物质，不能用作从溴水中萃取溴的溶剂是_。 (A)苯(B)四氯化碳 (C)酒精(D)碘化钾解答：(C)(B)(D)(A)(G)(H)(E)(F) 使漏斗下端管口紧靠烧杯内壁，及时关闭活塞，不让上层液体流出使漏斗内外空气相通，以保证进行E操作时漏斗里液体能顺利流出CCl4与水互不相溶，而且碘在CCl4中的溶解度比在水中的大得多苯及四氯化碳都是典型的有机溶剂，都能溶解溴，且都不溶于水，因而都可做溴的萃取剂，而酒精、碘化钾都溶于水，不能与水分层，所以不能做溴水的萃取剂，选(C)、(D)。知能训练一、选择题1、我

15、国古代湿法炼铜的反应原理是（ ）A、 B、C、 D、2、人类历史上大量生产和使用铝、钛、铁、铜四种金属单质的时间顺序是（）A、铜、铁、铝、钛B、铁、铝、钛、铜C、铜、铁、钛、铝D、铁、铜、铝、钛3、某地区一座大型钢铁厂搬迁后，附近居民将不再受到该厂生产的红棕色烟雾的困扰。你估计这一空气污染物中可能含有（）A、eO粉尘B、粉尘C、粉尘 D、粉尘4.在冶金工业上，均不能用通常化学还原剂制得的一组金属是( )A.Na、Mg、Al B.Na、K、Zn、FeC.Zn、Fe、Cu、Ag D.Mg、Al、Zn、Fe5.单质A从B的盐溶液中置换出单质B，则下列说法中不正确的是( )A.当A、B都是金属时，A一

16、定比B的金属活动性强B.当A、B都是非金属时，A一定比B的非金属活动性强C.当A是金属时，B可能是金属，也可能是非金属D.当A是非金属时，B可能是金属，也可能是非金属6.海水中含有氯化镁，是镁的重要来源之一。从海水中提取镁，可按照如下步骤进行：把贝壳制成石灰乳；在引入的海水中加入石灰乳，沉降、过滤、洗涤沉淀物；将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤、干燥产物；将所得的产物熔融后电解。关于提取镁，下列说法不正确的是( )A.此法的优点之一是原料来源丰富B.进行、步操作的目的是从海水中提取氯化镁C.第步电解时会产生氯气D.以上提取镁的过程中涉及的反应有分解反应、化合反应和复分解反应7.化学“家庭小实验”是

17、利用家庭日常生活用品进行化学学习和探究的活动。下列实验能利用家庭日常生活用品进行的实验是( )证明马铃薯中含有淀粉；除去热水瓶中的水垢；检验自来水是否为硬水；淀粉溶液具有丁达尔现象A. B. C. D. 8.已知在溶液中IO3-可和I-发生反应：+5I-+6H+3I2+3H2O，根据此反应，可用试纸和一些生活中常见的物质进行实验，证明在食盐中存在。可供选用的物质有：自来水；蓝色石蕊试纸；碘化钾淀粉试纸；淀粉；食糖；食醋；白酒。进行上述实验时必须使用的物质是( )A. B. C. D.9、在炼铁和炼钢的过程中都有碳参加反应，下列有关碳参加反应的叙述错误的是（）A、两个过程中，碳原子都是被氧化，都

18、只起着供热源的作用B、炼铁过程中碳被氧化，既起产生热量的作用，又起产生一氧化碳的作用C、炼钢过程中，碳参加反应，从而达到降低含碳量的作用D、炼钢过程中，碳作还原剂，被氧化10、下列变化属于化学变化的是（）A、干馏B、分馏C、蒸馏D、萃取11、下列金属中，既可以用解法，又可以用电解法制取的是（）A、Na B、Fe C、Ag D、Cu12、甲、乙、丙三种溶液中各有一种（为或）离子，向甲中加入淀粉溶液和氯水，溶液变为橙色，再加丙溶液，颜色无明显变化，则甲、乙、丙依次含有（）A、B、C、D、13、Mg、l两种金属分别跟同体积，同浓度的稀硫酸反应，同温同压下生成氢气的体积相同，则Mg、Al两种金属之间的

19、量的关系一定正确的是（）A、两个反应电子转移数目相等B、加入Mg、Al的质量比为：C、金属溶解的物质的量相等D、加入的两种金属质量不等 二、填空题14、在使用蒸馏烧瓶蒸发液体时，通常要放少量 ，以防止 。蒸馏烧瓶中所所盛放的液体不能超过蒸馏烧瓶容积的 ，不少于 。15.铜在自然界多以+1价矿石存在，因为在固态特别是高温下+1价铜的化合价比+2价稳定。从辉铜矿(Cu2S)炼铜的方法之一是：将矿石高温通空气焙烧，生成两种氧化物。将焙烧过的矿石加上比它质量约少一半的未经焙烧的矿石，混合后隔绝空气再进行高温燃烧，结果得到金属铜和一种具有刺激性气味的气体。这两个反应的化学方程式为： _， _。16、海洋

20、植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素碘元素以碘离子的形式存在实验室里从海藻中提取碘的流程如下图： (1)指出制取碘的过程中有关的实验操作名称：_(2)提取碘的过程中可供选择的有机试剂是_A甲苯、酒精B四氯化碳、苯 C汽油、乙酸D汽油、甘油(3)为使海藻灰中碘离子转化为碘的有机溶液实验室里有烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器、物品尚缺少的玻璃仪器是_（4）从含碘的有机溶液中提取碘和回收有机溶液还需要经过蒸馏观察上述实验装置指出其错误之处并加以改正。（5）进行上述蒸馏操作时使用水浴的原因是_最后晶态碘在_里聚集。17、“卤块”的主要成分为MgCl2（含Fe2、Fe3、Mn2等杂质离子）。若以它为原料，按如下工艺流程图，即可制得“轻质氧化镁。”如果要求产品尽量不含杂质离子，而且成本较低。流程中所用试剂或pH值控制可参考下列附表确定。 表1