第十章化学与自然资源的开发利用第一讲金属矿物和海水资源的开发利用课件新人教版

第十章化学与自然资源的开发利用第一讲金属矿物和海水资源的开发利用课件新人教版以实际生产为背景的金属冶炼及提纯、海水提镁、海水提溴的原理和工艺流程的分析与评价、以及对环境的影响和治理。一、金属矿物的开发利用1．金属在自然界中存在的形态 除了

、

等极少数金属外，绝大多数金属以

的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显

化合价。2．金属冶炼的实质 使金属化合物中的金属离子

到电子被

为金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。金铂化合物正得还原 (2)热还原法 ①焦炭还原法。例如：用C还原ZnO、CuO，其化学方程式依次为：

。

②一氧化碳还原法。例如：用CO还原Fe2O3、CuO，其化学方程式依次为：

。 ③氢气还原法。例如：用H2还原WO3、Fe3O4，其化学方程式依次为：

。

④活泼金属还原法。例如：用Al还原Cr2O3、V2O5，其化学方程式依次为：

。 (3)电解法冶炼金属 例如：Al2O3、MgCl2、NaCl的电解反应，其化学方程式依次为：

；

；

。 适合用热分解法冶炼的金属具有什么样的性质特点？ 提示适合用热分解法冶炼的金属元素的金属性弱，原子不易失去电子，其金属离子容易得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性较差。

二、海水资源的开发利用 海水资源的利用主要包括海水水资源的利用和海水化学资源的利用。1．海水水资源的开发利用 海水淡化的方法主要有

、

、______________等。2．海水化学资源的开发利用

电解饱和NaCl溶液的化学方程式为

。蒸馏法电渗析法离子交换法Cl2H2NaOHMgCl2MgCl2Br2Br22Cl－＋Br2

(1)海水提溴的过程中用硫酸酸化海水的目的是什么？ (2)海水提溴的过程中，用热空气或水蒸气把Br2吹出，用SO2吸收的目的是什么？ 提示在预先经过酸化的浓缩海水中，用氯气置换溴离子使之成为单质溴，此时溴单质在海水中的浓度还很低。通入热空气和水蒸气，将溴吹入吸收塔，使溴蒸气和吸收剂SO2发生作用转化成氢溴酸的目的是对溴再次富集，然后用氯气将其氧化得到单质溴，浓度较大，便于分离提取。三个步骤金属提炼的一般步骤一个原理海水蒸馏原理我的警示(1)注意在海水中钠、镁、溴和碘都以化合态形式存在且含量较低，需要先富集再提取，提取过程中要通过发生氧化还原反应获得它们的单质。(2)提取海水中NaCl、镁、溴、碘的过程中要用到结晶、过滤、萃取和分液等实验操作，要注意这些操作的使用条件和操作方法的规范性。(3)海水中铀和重水的提取，潮汐能、波浪能的开发对于新能源的开发具有重要意义。问题征解根据海水提溴的方法，怎样设计“海水提碘的原理和流程”？提示海水提碘的原理和流程(1)主要反应原理：Cl2＋2I－===I2＋2Cl－(2)工艺流程：必考点76铝热反应1．铝热剂 (1)在铝热反应中，反应混合物(铝、金属氧化物)称为铝热剂。 (2)能与Al组成铝热剂的金属氧化物常见的有Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、MnO2、V2O5等。2．反应特点 在高温下进行，反应迅速，放出大量的热。新生成的金属单质呈液态且易与Al2O3分离。3．热还原法的典型实验——铝热反应以氧化铁和铝粉为例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，并发出耀眼的强光。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，除去外层熔渣，仔细观察，可以发现落下的是铁珠【典例1】 某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并放出耀眼的光芒”、“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。查阅《化学手册》知：Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如下：物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/℃660205415351462沸点/℃246729802750(1)该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是：该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理：________(填“合理”或“不合理”)。(2)设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是________，反应的离子方程式为_________________________________。(3)实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是________(填序号)。A．浓硫酸B．稀硫酸C．稀硝酸D．氢氧化钠溶液金属的活动顺序是金属冶炼方法选择的依据，其对应关系如下：金属的活动性顺序KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu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热分解法物理方法【应用1】 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： ①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成； ②另取20gA全部溶于0.15L6.0mol·L－1盐酸中，得溶液C； ③将①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； ④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色。请填空：(1)①中引发铝热反应的实验操作是________，产物中的单质B是________。(2)②中所发生的各反应的化学方程式是____________________________________________。(3)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0.15L，则该溶液中c(Mg2＋)为________，c(Fe2＋)为________。必考点77海水的利用——氯碱工业、海水提镁、海水提溴1．氯碱工业生产流程2．海水提镁生产流程3．海水提溴生产流程【典例2】 在已经提取氯化钠、溴、镁等化学物质的富碘卤水中，采用所给的工艺流程生产单质碘： (1)碘位于元素周期表中的第________周期第________族。(2)步骤③加Fe的目的是______________________。(3)写出步骤④的化学方程式：______________。(4)上述生产流程中，可以利用的副产物是________，考虑原料循环利用，若将该副产物制成生产所需的试剂，先后还需加入________来进行处理。(5)甲物质见光易变黑，其原因是(用化学方程式表示)：___________________________________________。(6)第⑤步操作可供提纯I2的两种方法是________和________。 解析由物质的转化图，逐一分析讨论可知甲为AgI，乙是由铁和碘化银反应生成的产物，由于铁在该反应中只能被氧化为＋2价，故乙是FeI2，而Cl2将FeI2氧化为I2和FeCl3：3Cl2＋2FeI2===2I2＋2FeCl3。上述生产流程中，可利用步骤③生成的Ag来制取AgNO3，以循环利用，但步骤③得到的Ag中含有过量的铁，可先加稀H2SO4将铁除去，再溶于稀HNO3制得AgNO3。AgI不稳定，见光易分解生成单质碘和银，银不是晶体而为粉末状，显黑色；由于I2单质易升华，易溶于有机溶剂，提纯I2可用升华法或萃取的方法。

解答有关溴、碘制取的流程题的关键

①审题时要注意哪步是氧化生成卤素单质，哪步是分离提纯。②依据Cl2、Br2、I2的氧化性或Cl－、Br－、I－的还原性强弱选择合适的氧化剂。③依据Br2、I2的物理性质选择合适的分离提纯方法。

【应用2】 空气吹出法工艺，是目前“海水提溴”的最主要方法之一。其工艺流程如下：(1)步骤③的离子方程式：________________________________________________________________________。(2)步骤⑤中溴蒸气冷凝后得到液溴与溴水的混合物，可利用它们的相对密度相差很大的特点进行分离。分离仪器的名称是________。(3)溴水混合物Ⅱ中溶有一定量的氯气，因此在步骤⑤中可将蒸馏产生的气体通过________(填试剂名称)溶液，以除去氯气。(4)步骤⑤的蒸馏过程中，温度应控制在80～90℃。温度过高或过低都不利于生产，请解释原因：__________________________________________。(5)步骤①中用硫酸酸化可提高Cl2的利用率，理由：__________________________________________。(6)提取溴单质，采用蒸馏“溴水混合物Ⅱ”而不是蒸馏“溴水混合物Ⅰ”，请说明原因：__________________。解析海洋是资源的宝库，海水化工是考试的热点。占地球储量99%的溴分布在海洋中，从海水中提取溴，一般要经过浓缩、氧化、提取三个步骤。【审题技能】化工生产流程题中经常会出现一些表述性词语，这些表述性词语就是隐性信息，它可以暗示我们审题所应考虑的角度。常见的有： (1)“控制较低温度”——常考虑物质的挥发，物质的不稳定性和物质的转化等。 (2)“加过量试剂”——常考虑反应完全或增大转化率、产率等。 (3)“能否加其他物质”——常考虑会不会引入杂质或是否影响产品的纯度。(4)“在空气中或在其他气体中”——主要考虑O2、H2O、CO2或其他气体是否参与反应或达到防氧化、防水解、防潮解等目的。(5)“判断沉淀是否洗净”——常取少量最后一次洗涤液于试管中，向其中滴加某试剂，以检验其中的某种离子。(6)“检验某物质的设计方案”——通常取少量某液体于试管中，加入另一试剂产生某现象，然后得出结论。(7)“控制pH”——常考虑防水解、促进生成沉淀或除去杂质等。(8)“用某些有机试剂清洗”——常考虑降低物质溶解度有利于析出、减少损耗和提高利用率等。【解题策略】

解答这类试题的起点是会识别流程图[箭头指出的是投料(反应物)，箭头指向的是生成物(包括主产物和副产物)，返回的箭头一般是被“循环利用”的物质]。关键是会分析题给信息，正确运用原理进行迁移应用，解题时一般要思考以下问题：①生产目的，设计的原理，生产过程的作用等；②化学反应条件控制原理；③实验基本操作；④资源的回收和利用；⑤“绿色化学”生产，环境保护等。题型示例(13分)【标准答案】(1)Fe(OH)3(1分)Al(OH)3(1分)<(1分)C(1分)(2)NiCl2＋Na2C2O4＋2H2O===NiC2O4·2H2O↓＋2NaCl(2分)漏斗、玻璃棒和烧杯(2分)玻璃棒划破滤纸(1分)、滤液超过滤纸边缘(1分)(3)Cl2(1分)湿润的淀粉KI试纸(1分)(4)2Ni(OH)2＋2OH－＋Cl2===2Ni(OH)3＋2Cl－(2分)【评分细则】

(1)写成名称不得分，“<”写成“小于”不得分。(2)漏写“↓”不扣分，少写一种扣1分，少写两种不得分。原因按标准答案评分。(3)Cl2写成氯气不扣分。检验Cl2也可以用其他方法，如NaBr溶液和苯或CCl4。(4)按照标准答案评分。Hold住考向考向1金属矿物的利用5年4考考向2海水资源的开发利用5年5考名师揭秘资源决定经济发展，资源的开发利用是当今社会的热点。也是近几年高考命题的热点题材，有关该方面的命题，往往都是以实际生产为背景，考查从金属矿物中冶炼金属，从海水中提取物质的化学反应原理、工艺流程分析和相关实验操作以及环境保护问题。2．(2011·上海春季，17)金属的使用是人类拓展自身能力的标志之一。人类利用几种常用金属的先后顺序依次为：金、铜、铁、铝，之所以有先后，主要取决于()。 A．金属在地壳中的含量多少 B．金属的熔、沸点高低 C．金属的活泼性强弱 D．金属的导电性强弱 解析冶金的原理：Mn＋＋ne－===M，活泼金属在自然界中均以化合态存在，活泼性越强，对应阳离子氧化性越弱，越难被还原。金、铜、铁、铝活泼性依次增强，冶炼难度也依次增大。 答案

C1．(2012·山东基本能力，21)地球上97%以上的水是海水，海水淡化可缓解淡水资源不足。下列方法中能将海水淡化的是 ()。 ①在海水中加入硝酸银，滤掉生成的沉淀②蒸馏海水，将蒸汽冷凝③将海水加压，使水分子通过半透膜以滤去盐分④将海水暴晒，滤掉析出的盐 A．①② B．②③