8.1自然资源的开发利用第1课时学案高一下学期化学人教版

第一节自然资源的开发利用第1课时金属矿物和海水资源的开发利用素养要求1.了解金属在自然界中的存在形式，掌握金属冶炼的一般方法和原理。2．以海水资源为例，形成工业上提取物质的一般思路和方法。3．以海水资源、金属矿物的开发利用为例，了解依据物质性质及其变化综合利用资源的方法，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。一、金属矿物的开发利用1．金属元素在自然界中的存在形式(1)游离态(单质形式)：极少数____________________以游离态的形式存在。(2)化合态(化合物形式)：绝大多数金属元素以化合物的形式存在，在化合物中金属元素的化合价通常都是________价。2．金属的冶炼(1)概念：工业上将金属矿物中的金属从其____________出来，用于生产各种金属材料的过程。(2)实质：把金属化合物中的__________________成金属单质，大部分金属的冶炼原理可表示为____________=M。归纳从金属矿石中提炼金属的步骤1．矿石的富集；2.冶炼；3.精炼。3．冶炼方法4．合理开发和利用金属矿物资源的主要途径(1)提高金属矿物的________；(2)开发________的金属冶炼方法；(3)防止金属的________；(4)使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量；(5)加强废旧金属的________和________。【学而思】1.如图是我国古代和现代冶金的两张图片，那么人类使用金属的年代先后顺序与金属的活动性有什么关系？2．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，让熔融的铁水流入铁轨的裂缝，冷却后就将铁轨牢牢黏结在一起。其中的原理是什么？写出化学方程式。二、海水资源的开发利用1．直接利用：海水进行________。2．海水淡化：主要方法有__________、__________、________________。3．海水中的化学资源海水中含量最多的H、O两种元素，加上________________等11种元素的总量超过________，其他为微量元素，共计含有80多种。4．海水制盐5．海带提碘(1)流程：海带→灼烧→____________→过滤

Cl2____________→提纯(2)原理：________。6．海水提溴(1)过程：浓缩→________→________→提取。(2)原理：__________________________________________。7．海水提镁(1)过程：浓缩

________沉淀→过滤

________溶解→结晶(MgCl2·6H2O)

________MgCl2(2)原理：①____________________________________。④________________________________________________________________________。8．新能源的开发(1)从海水中提取____________，____________是核能开发的重要原料。(2)________、________等新型能源的开发和利用也越来越受到重视。【学而思】1.海水提溴工艺流程如图所示：请思考下列问题：(1)海水中加氯气的目的是什么？写出有关反应的离子方程式。(2)X是什么物质？目的是什么？写出有关反应的离子方程式。(3)Y是什么？目的是什么？2．海带中含有碘元素。从海带中提取碘的实验过程如图所示：流程中步骤④中过氧化氢的作用是什么？这一步的离子方程式如何书写？[即时练]1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。(1)黄金的冶炼可用热分解法。()(2)金属阳离子被还原，一定会得到金属单质。()(3)工业上电解MgCl2溶液制取Mg。()(4)海水中含有Br2。()(5)海带中含有碘，能使淀粉变蓝。()(6)用SO2溶液吸收溴蒸气，是利用了SO2具有漂白性。()2．不同的金属，其冶炼方法也可能不同，主要原因是()A．金属的活动性不同B．金属在自然界中的分布不同C．金属在自然界中的存在形式不同D．金属在自然界中的含量不同3．有关金属的冶炼原理下列说法正确的是()A．肯定发生的是置换反应B．肯定发生的是分解反应C.肯定发生的是氧化还原反应D．只能用金属作还原剂冶炼金属4．下列属于海水化学资源利用的是()A．海水淡化B．海水冷却循环C．海水提溴D．海水发电5．下列说法中不正确的是()A．海洋是一个远未完全开发的巨大化学资源宝库B．海水中金元素的储存量很大，但它的富集程度却很低C．从海水中可以提取铀和重水等核原料D．海水中的溴、氟等元素均为微量元素，但仍有提取的价值6．下列关于海水资源综合利用的说法，不正确的是()A．海水蒸发制海盐的过程只发生化学变化B．从海水中提取溴单质涉及化学变化C．从海水中可以得到MgCl2，可电解熔融MgCl2制备MgD．海水提取溴的过程中，空气吹出法利用了溴易挥发的性质，实现了溴元素的富集目标1金属的冶炼方法例1.冶炼金属常用以下几种方法：①用C、CO或H2作还原剂还原；②利用较活泼的金属Na、Mg等冶炼；③利用铝热反应原理用Al作还原剂还原；④电解法；⑤热分解法。下列金属各采用哪种方法冶炼最佳(填序号)。(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属：________。(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属：________。(3)Hg、Ag等不活泼金属：________。(4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属：________。(5)K、Rb、Cs、Ti等金属通常还原方法是________。提醒根据每种金属的特点选择最佳方案。同种金属可能有不同的冶炼方法，如Cu既可用还原法又可用电解法冶炼，需根据铜的不同用途选择不同的冶炼方法。关键能力1.金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系金属的活动性顺序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、AgPt、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还原法热分解法物理方法2.常用的热还原法特别提示常见热还原法的优缺点优点缺点H2还原法金属纯度高工业成本高CO和C还原法工业成本低金属纯度低，尾气中的CO会污染环境铝热法可以冶炼高熔点、难以冶炼的金属工业成本较高[对点练]1．中华文化博大精深，蕴含了很多化学原理和规律，下列文中描述的变化过程与金属冶炼原理无关的是()A．《浪淘沙》：“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”B．《天工开物》：“炉甘石(ZnCO3)与煤饼混合，密封加热”C．《梦溪笔谈》：“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”D．《抱朴子》：“丹砂(HgS)烧之成水银”2．下列反应原理不符合工业实际的是()A．2Ag2O高温=4Ag＋OB．4Al＋3MnO2高温=3Mn＋2Al2C．2MgO电解=2Mg＋OD．2CuO＋C高温=2Cu＋CO3．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法②水煤气(或氢气，或一氧化碳)法③活泼金属置换法④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜；现代有(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是()A．(Ⅰ)用①B．(Ⅱ)用②C．(Ⅲ)用③D．(Ⅳ)用④目标2铝热反应例2.铝热反应具有广泛的用途，其实验装置如图甲所示。下列说法不正确的是()A．该铝热反应的化学方程式是2Al＋Fe2O3高温=Al2O3B．工业上可利用铝热反应焊接钢轨C．图甲反应过程中没有涉及的化学反应类型是化合反应D．由图乙可推出铝热反应是放热反应提醒铝热反应放出大量热，使新生成的金属呈熔融态，因此可用来焊接钢轨和冶炼高熔点金属。关键能力一、铝热反应实验原理Al作还原剂，金属氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来实验操作实验现象①镁条剧烈燃烧；②氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应；③反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；④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，放出大量的热二、铝热反应实验注意事项1．纸漏斗内层滤纸要用水润湿，防止纸漏斗燃烧。2．承接生成物的蒸发皿内要放置少量细沙，一是防止蒸发皿炸裂，二是防止生成的熔融物溅出。3．实验时要注意安全，反应装置应远离易燃物，观察时不要直视。4．预先用砂纸打磨除去镁条表面的氧化膜，镁条长度约需10cm(过短会导致产生热量不够，影响实验效果)。5．Fe2O3和铝粉要干燥，并且铝粉最好选择未被氧化的，否则反应难以进行。Fe2O3和铝粉的质量比要控制在3∶1(铝粉可稍微过量)，且二者要混合均匀，以保证金属氧化物完全反应。[对点练]4．下列关于铝热反应2Al＋Fe2O3高温=Al2O3＋2Fe的说法不正确的是(A．该反应中Al做还原剂B．该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为2∶1C．该反应中冶炼1molFe转移3mol电子D．该反应可用于焊接钢轨目标3海水资源的利用例3.如图是人类从海水资源中提取某些重要化工原料的流程示意图：请回答下列问题：(1)操作A是____________和过滤(填实验基本操作名称)。(2)操作B需加入下列试剂中的一种，最合适的是________(选填字母)。A．氢氧化钠溶液B．澄清石灰水C．石灰乳D．碳酸钠溶液(3)向苦卤中通入Cl2，发生反应的离子方程式是______________________，用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式为__________________________。(4)工业上由无水MgCl2制取镁的化学方程式为________________________。特别提示海水提镁主要反应原理CaCO3煅烧=CaO＋COCaO＋H2O=Ca(OH)2Ca(OH)2＋MgCl2=Mg(OH)2↓＋CaCl2Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2OMgCl2(熔融)通电=Mg＋Cl例4.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。证明海带中含有碘的实验方法：①用剪刀剪碎海带，用酒精湿润，放入坩埚中。②灼烧海带至完全成灰，停止加热，冷却。③将海带灰加蒸馏水溶解，搅拌、煮沸、过滤。④在滤液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入几滴淀粉溶液。(涉及反应的离子方程式为2I－＋H2O2＋2H＋=I2＋2H2O)(1)在实验过程中用到的玻璃仪器有____________________________________。(2)能证明海带中含有碘的实验操作是________(填序号)，现象是________________________________________________________________________。关键能力1.海水提镁的工艺流程2．海水提溴的主要流程3．海带中提取碘的流程拓展碘元素的检验方法(1)淀粉遇单质碘变蓝，若是碘离子，通常先加入氯水氧化，再加入淀粉。(2)碘水呈黄色，通常加入有机溶剂四氯化碳或苯后有机层呈紫色。(3)加入硝酸酸化的硝酸银溶液后产生黄色沉淀，则原溶液中含碘离子。[对点练]5．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错误的是()A．海水中含有溴元素，需经过化学变化才可以得到溴单质B．无论是海水波浪发电还是潮汐发电，都是将化学能转化为电能C．从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备金属钠D．从海水中提取镁可以采用下列方法：海水→苦卤石灰乳

,Mg(OH)2HCl

MgCl2溶液→无水MgCl2→MgCl2(熔融)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课时金属矿物和海水资源的开发利用知识基础一、1．(1)不活泼金属(如金、铂等)(2)正2．(1)化合物中还原(2)金属离子还原Mn＋＋ne－3．2HgO≜2Hg＋O2↑2Ag2O≜4Ag＋O2↑2NaCl(熔融电解=2Na＋Cl2↑MgCl2(熔融)电解=Mg3CO＋Fe2O3高温=2Fe＋3CO22Al＋Fe2O3高温=Al2O4．(1)利用率(2)环保高效(3)腐蚀(5)回收再利用【学而思】1．提示：金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。金属越活泼，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现相对晚一些。金属越不活泼，冶炼的方法越简单，人们使用的时间越早，所以有青铜、铁器等时代的发展历程。2．提示：高温条件下，铝粉与Fe2O3发生置换反应，化学方程式为Fe2O3＋2Al高温=Al2O3＋二、1．循环冷却2．蒸馏法电渗析法反渗透法3．Cl、Na、K、Ca、Mg、S、C、F、B、Br、Sr99%5．(1)浸泡氧化(2)2I－＋Cl2=I2＋2Cl－6．(1)氧化富集(2)2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－7．(1)CaO盐酸脱水电解(2)①Mg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓④MgCl2(熔融)电解=Mg＋Cl8．(1)铀和重水铀和重水(2)潮汐能波浪能【学而思】1．(1)提示：Cl2氧化Br－生成Br2，Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－。(2)提示：X是SO2，目的是还原Br2进而吸收Br2生成HBr，使溴得到富集；离子方程式为Br2+SO2+2H2O=2Br－+SO42-＋(3)提示：Y是蒸馏塔，目的是蒸馏出Br2。2．提示：过氧化氢作氧化剂，可将I－氧化为I2，其离子方程式为H2O2＋2I－＋2H＋=I2＋2H2O。[即时练]1．答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×2．答案：A3．答案：C4．答案：C5．解析：海洋是一个远未完全开发的巨大化学资源宝库；海水中金元素的总储量约为5×107t，但1t海水中的含量仅为4×10－6g，故它的富集程度很低；可从海水中提取铀和重水等核原料，故A、B、C正确；海水中的溴、氟元素为常量元素，D错误。答案：D6．答案：A核心素养[例1]解析：根据金属活动性顺序，将金属的冶炼方法进行如下分段：(5)K、Rb、Cs的冶炼利用的原理比较特殊，不是用活泼金属置换不活泼金属，而是利用平衡的原理，如Na＋KClNaCl＋K↑，反应过程中分离钾蒸气使此反应得以继续正向进行；而Ti则可用Na来置换：4Na＋TiCl4高温=4NaCl＋Ti，或用Mg来置换：2Mg＋TiCl4高温=2MgCl2答案：(1)①(2)④(3)⑤(4)③(5)②[对点练]1．答案：A2．解析：根据金属的活动性和特点，这四种金属选用的冶炼方法看似都正确，但是工业上冶炼镁时，并不是电解熔融的氧化镁，而是电解熔融的氯化镁。因为氧化镁的熔点很高，与电解熔融的氯化镁相比会消耗更多的能量。答案：C3．解析：选择金属的冶炼方法要考虑金属在自然界中存在的状态及金属的活动性。(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)发生的反应分别是(Ⅰ)：Cu2(OH)2CO3≜2CuO＋CO2↑＋H2O，C＋2CuO≜2Cu＋CO2↑，符合①；(Ⅱ)：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu，符合③；(Ⅲ)：2Al＋Cr2O3高温=Al2O3＋2Cr，符合(Ⅳ)：先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2：MgCl2(熔融)电解=Mg＋Cl2↑，符合答案：B[例2]解析：该铝热反应是高温条件下铝与氧化铁反应生成铁和氧化铝，反应的化学方程式是2Al＋Fe2O3高温=Al2O3＋2Fe，A正确；工业上可利用铝热反应焊接钢轨，其原理是在高温下用铝将铁从氧化铁中置换出来，新生成的铁呈熔融态，进入钢轨缝隙，B正确；图甲反应过程中镁条在空气中燃烧生成氧化镁的反应是化