人教版高中化学必修二第11讲：开发利用金属矿物和海水资源(教师版)

开发利用金属矿物和海水资源____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．掌握冶炼金属的一般原理，了解适用于不同金属的冶炼方法，知道铝热反应；2．掌握海水资源开发利用的方法。知识点一.金属的冶炼。金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属离子得到电子被还原为金属单质的过程：Mn＋＋ne－=M。2．金属活泼性与对应离子得电子能力的关系金属越活泼，其对应离了越难得电子，越难被还原成单质。3．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特别提醒(1)熟记金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系，对解决该部分题目非常关键。同时，利用好规律“单强离弱”，即金属单质的还原性越强，其离子的氧化性越弱。(2)金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，金属阳离子的氧化性越强，越容易被还原，用一般的还原方法就能使金属离子还原，人们开发利用的时间就较早。同理，金属的位置越靠前，人们开发利用的时间就较晚。知识点二.铝热反应。实验装置实验现象当外露部分镁条刚刚燃完时，纸漏斗内的混合物立即剧烈反应，发出耀眼的光芒，产生大量的热。纸漏斗被烧破，有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体原因分析镁条燃烧，放出大量的热；KClO3作为引燃剂在受热状态下发生分解，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生反应：2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3，生成的铁在高温下呈熔化状态原理应用冶金工业上常用该原理制取高熔点的金属，如钒、铬、锰等。也可用在生产上，如焊接钢轨等特别提醒在应用铝热反应解决问题时，要理解铝热反应的实质是置换反应，利用铝的活泼性置换出不活泼的金属，在判断铝热反应是否能发生时，应首先看金属的活动性。知识点三.海带提碘。实验步骤实验现象结论或解释①取3g左右的干海带，把干海带表面的附着物用刷子刷净(不要用水冲洗)，用剪刀剪碎后，用酒精润湿，放入坩埚中。点燃酒精灯，灼烧海带至完全变成灰烬，停止加热，冷却②将海带灰转移到小烧杯中，向其中加入10mL蒸馏水，搅拌、煮沸2～3min，过滤得无色透明溶液碘不是以碘单质形式存在③在滤液中滴入几滴稀硫酸，再加入约1mLH2O2溶液，观察现象溶液由无色变为深黄色化学方程式：2KI＋H2O2＋H2SO4=I2＋K2SO4＋2H2O，I2的水溶液为黄色④取少量上述滤液，加入几滴淀粉溶液，观察现象溶液变为深蓝色I2遇淀粉变蓝特别提醒(1)海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；海带要用干的，因为湿的海带不易燃烧。(2)H2O2氧化I－的离子方程式为H2O2＋2I－＋2H＋=I2＋2H2O。(3)流程图：海带灰→浸泡→氧化→过滤→提纯→碘单质。知识点四.海带提溴。1．工艺流程海水eq\o(→,\s\up7(除去悬浮),\s\do5(杂质))eq\o(→,\s\up7(浓缩))eq\o(→,\s\up7(氧化剂),\s\do5(氧化))eq\o(→,\s\up7(提取))Br2(g)。2．实验步骤实验操作化学方程式①用蒸馏法将海水浓缩。用硫酸将浓缩的海水酸化②向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转变为溴单质2NaBr＋Cl2=Br2＋2NaCl③向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内Br2＋SO2＋2H2O=2HBr＋H2SO4④向吸收塔中的溶液内通入适量的氯气2HBr＋Cl2=Br2＋2HCl⑤用四氯化碳(或苯)萃取吸收塔中溶液里的溴单质特别提醒萃取剂的选择应注意：(1)被萃取的物质与所加入的有机溶剂不发生化学反应；(2)萃取剂与水不能互溶。(3)被萃取的物质在有机溶剂中的溶解度要远远大于在原溶剂中的溶解度。类型一：金属的制取。例1.下列各种冶炼方法中，可制得相应金属的是()A．加热Al2O3B．加热CaCO3C．电解熔融NaClD．氯化钠与铝粉高温共热解析：制铝不能通过加热，只能通过电解Al2O3；加热CaCO3只能生成CaO；电解熔融NaCl：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up14(电解))2Na＋2Cl2↑；NaCl与铝粉高温共热不反应。答案：C例2.从海水中提取金属镁的生产步骤有：①浓缩结晶②加熟石灰③加盐酸④过滤⑤熔融电解，正确的生产顺序是()A．①②③④⑤B．⑤④③①②C．②④③①⑤D．③④②①⑤解析：海水中含有Mg2＋，加入Ca(OH)2可生成Mg(OH)2沉淀：Mg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓，过滤可得到Mg(OH)2固体。如何由Mg(OH)2制取金属镁？根据金属的冶炼方法知应电解含Mg2＋的熔融化合物。若直接加热Mg(OH)2，则Mg(OH)2发生分解生成MgO：Mg(OH)2eq\o(=,\s\up14(△))MgO＋H2O，MgO熔点高，很难熔融；工业上不采用电解熔融MgO的方法，而是将Mg(OH)2转化为MgCl2，MgCl2熔点低，电解熔融MgCl2可得金属镁：MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up14(电解))Mg＋Cl2↑。答案：C类型二：碘的提取实验。例3.海藻中含有丰富的碘元素(以I－形式存在)。实验室中提取碘的流程如下：eq\x(海藻)eq\o(→,\s\up14(灼烧))eq\x(海藻灰)eq\o(→,\s\up14(浸泡))eq\x(悬浊液)eq\o(→,\s\up14(①))eq\x(含I－的溶液)eq\o(→,\s\up14(②),\s\do14(适量Cl2))eq\x(含I2溶液)eq\o(→,\s\up14(③))eq\x(碘的有机溶液)→eq\x(晶体碘)在虚线框内画出实验操作①的仪器装置示意图。实验操作③的名称是__________，所用主要仪器名称为__________。说明：实验装置中仪器用下面方法表示。铁架台、连接胶管等不必画出，如需加热，在仪器下方用“△”表示。下列图示均为玻璃仪器，应标清液面或固体可视界面。(2)提取碘的过程中，可供选择的有机试剂是__________(填序号)。A．酒精(沸点78℃)B．四氯化碳(沸点77℃)C．甘油(沸点290℃)D．苯(沸点80℃)(3)在操作②中，溶液中生成少量ICl，为消除此杂质，使碘全部游离出来，应加入适量(填序号)__________溶液，反应的离子方程式为______________________。A．KIO3B．HClOC．KID．Br2(4)为使从含碘有机溶液中提取碘并回收溶剂顺利进行，采用水浴加热蒸馏(如图所示)。请指出图中实验装置中错误之处(有几处填几处，下列空白可不填满，也可补充)。①____________________________，②____________________________，③____________________________，④____________________________。(5)实验中使用水浴的原因是_______________________，最后晶体碘聚集在__________(填仪器名称)中。解析：本题考查提取碘实验的过程及其操作，也涉及到氧化还原反应的陌生方程式的书写。答案：(1)萃取分液分液漏斗(2)B、D(3)CICl＋I－=Cl－＋I2(4)①缺石棉网②温度计插到了液体中③冷凝管进出水方向颠倒(5)有机溶剂沸点较低，水浴加热可控制温度不致过高，避免碘蒸气进入冷凝管，且可使蒸馏烧瓶受热均匀蒸馏烧瓶类型三：海水中溴的提取。例4.海洋中有大量宝贵资源。被称为“海洋元素”的溴，其工业制法为把海水浓缩得盐卤。然后加热到363K，控制pH为3.5，通入氯气把溴置换出来，然后用一种气体X把溴吹出，再用纯碱溶液吸收，这时，溴转化为溴离子和溴酸根，最后用硫酸酸化，单质溴可从溶液中析出。(1)把溴吹出的气体X，最可能用下面的________(填序号)。A．乙烯B．空气C．氩气D．CO2(2)某同学对上述工艺提出改进意见，认为氧化后直接用有机溶剂萃取出溴即可，你认为其建设是否合理。________(填“是”或“否”)，并说出理由________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)提取溴的工厂往往会因为溴的挥发而造成空气污染，某实验小组准备测定工厂的空气中溴的含量，提供乙醇溶液、蒸馏水、饱和Na2SO3溶液、饱和NaBr溶液，请你为他们设计收集一瓶工厂的空气的方法________________________________。(4)纯碱溶液吸收溴的化学方程式为______________________________。硫酸酸化得到单质溴的离子方程式为______________________________。解析：(1)吹出的溴单质用Na2CO3吸收，不能用CO2吹出Br2，是因为CO2与Na2CO3能发生反应，乙烯与溴单质发生加成反应，氩气的使用在工业上成本较高，因此最可能用的是空气。(2)直接萃取单质溴不仅需要大量的萃取剂，而且还造成一部分溴流失，从萃取剂中分离出液溴成本增加。(3)收集工厂内的空气，只需把装满饱和NaBr溶液的试剂瓶带到工厂后，把其中的液体倒出，然后密封集气瓶，即得一瓶工厂内空气。(4)根据题中提供的信息，Br2与Na2CO3反应化学方程式为：3Br2＋3Na2CO3=5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑，然后硫酸酸化的离子方程式为5Br－＋6H＋＋BrOeq\o\al(－,3)=3Br2＋3H2O。答案：(1)B(2)否需大量萃取剂，污染大，利用率低(3)把装满饱和NaBr溶液的试剂瓶带到工厂，在工厂内把其中的液体全部倒出，然后加盖密封(4)3Br2＋3Na2CO3=5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑5Br－＋6H＋＋BrOeq\o\al(－,3)=3Br2＋3H2O基础演练选择题1．铝的活泼性较强，直到十八世纪人类才开始将Al从它的化合物中冶炼出来。当时 铝价格十分昂贵，拿破仑的头盔就是用Al制作的，现在还保存在大英博物馆中。 下列冶炼铝的方法正确的是()A．Al2O3(熔融)电解,Al B．Al2O3eq\o(→,\s\up7(盐酸))AlCl3(熔融)电解,AlC．Al(OH)3eq\o(→,\s\up7(H2),\s\do5(高温))Al D．Al2O3eq\o(→,\s\up7(C或CO),\s\do5(高温))Al2．下列氧化物不能跟铝粉组成铝热剂的是()A．Cr2O3 B．MnO2 C．MgO D．V23．下列有关海水综合利用的说法正确的是()A．从海水中可以得到NaCl，NaCl是制造化肥的原料B．海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化C．海水中含有碘元素，只需将海水中的碘升华就可以得到碘单质D．利用潮汐发电是将化学能转化为电能4．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()A．氯、溴、碘B．钠、镁、铝C．烧碱、氢气D．食盐、淡水5．人类历史上大量生产和使用铝、铁、钛、铜四种金属单质的时间顺序是()A．铜、铁、铝、钛 B．铁、铝、铜、钛C．铜、铁、钛、铝 D．铁、铜、铝、钛6．工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法。选用不同方法冶炼不同金属的主要依据是()A．金属在自然界中的存在形式 B．金属元素在地壳中的含量C．金属阳离子得电子的能力 D．金属熔点的高低7．下列说法正确的是()A．使元素的化合态转化成游离态的过程就是还原的过程B．高炉炼铁的原料有铁矿石、焦炭和空气。工业上就是用焦炭还原铁矿石以制得生铁C．电解熔融氧化铝时，每还原出1kg铝，必有约111mol电子转移D．工业上常用电解NaCl水溶液的方法制取金属钠8．水资源非常重要，联合国确定2003年为国际淡水年。下列关于水的说法错误的是()A．蒸馏法是海水淡化的方法之一B．淡水的密度小于海水的密度C．融化的雪水中矿物质含量比深井水中的少D．0℃以上，温度越高，水的密度越小9．已知MnO、MgCl2的熔点分别为2800℃、604℃，将MgO、MgCl2加热熔融后通电电解，都可得到金属镁。海水中含有MgCl2，工业上从海水中提取镁，正确的方法是()A．海水eq\o(→,\s\up7(NaOH))Mg(OH)2eq\o(→,\s\up7(电解))MgB．海水eq\o(→,\s\up7(HCl))MgCl2溶液→MgCl2(熔融)eq\o(→,\s\up7(电解))MgC．海水eq\o(→,\s\up7(石灰乳))Mg(OH)2eq\o(→,\s\up7(灼烧))MgOeq\o(→,\s\up7(电解))MgD．海水eq\o(→,\s\up7(石灰乳))Mg(OH)2eq\o(→,\s\up7(HCl))MgCl2溶液→MgCl2(熔融)eq\o(→,\s\up7(电解))Mg二．填空题10．在已经提取氯化钠、溴、镁等化学物质的高碘卤水中，采用如图所示的工艺流程生产单质碘： 试回答：(1)乙、丁中溶质的化学式：乙________，丁________。(2)第④步操作中用稀硫酸浸洗的目的是()A．除去未反应的NOeq\o\al(－,3) B．除去未反应的I－C．除去未反应的Fe D．除去碱性物质(3)第⑦步操作可提纯I2的两种方法是________和______(不要求写具体步骤)。(4)实验室检验I2的方法是 __________________________________________________。(5)甲物质见光易变黑，其原因是(用化学方程式表示)________________。巩固提高一．选择题1.下列各组金属中，最适合用氢气或一氧化碳把它们从化合物中还原出来的是（）A．CaMgB．AlFeC．FeCuD．HgAg2．我国古代湿法炼铜的反应原理是（）A．B．C．D．3．下列物质中不属于合金的是（）A．硬铝B．黄铜C．钢铁D．水银4．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5．从海水中撮镁，正确的方法是（）A．B．C．D．6．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7．冶炼金属一般有下列四种方法，这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（）①焦炭法②水煤气（H2或CO）法③活泼金属置换法④电解法A．Ⅰ用①B．Ⅱ用②C．Ⅲ用③D．Ⅳ用④8．Mg、Ａl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４：３C．金属溶解的物质的量相等D．加入的两种金属质量不等9．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．二．填空题10．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。一.选择题1．H2作还原剂和金属作还原剂相比，所得金属的纯度的说法正确的是()A．用H2的高B．用金属的高C．二者相同D．无法比较2．实验室欲使1.6g氧化铁完全还原，事先应准备的CO在标准状况下的体积为（）A．672mLB．336mLC．大于672mLD．小于336mL3．除去食盐溶液中的Ca2＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)等杂质，需加入NaOH、Na2CO3、BaCl2和盐酸，加入顺序正确的是()A．NaOHNa2CO3BaCl2HCl B．Na2CO3BaCl2HClNaOHC．BaCl2HClNaOHNa2CO3D．NaOHBaCl2Na2CO3HCl4．海水中含有氯化镁，是镁的重要来源之一。从海水中提取镁，可以按照如下步骤：①把贝壳制成石灰乳；②在引入的海水中加入石灰乳，沉降、过滤、洗涤沉淀物；③将沉淀物与盐酸反应，结晶，过滤，干燥产物；④将所得产物熔融后电解。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①②③步操作的目的是从海水中提取氯化镁C．第④步电解会产生氯气 D．以上提取镁的过程中涉及的反应有分解反应、化合反应和置换反应。5．从海藻灰中提取碘的方法是：往海藻灰浸取液中通入Cl2后用升华的方法将置换的碘提纯。但浸取液中通入Cl2时会生成少量性质类似于Cl2的ICl和IBr，为了消除这两种杂质，使其中的碘完全游离出来，应加入适量的()A．CaO B．KI C．H2O D．酒精6．诺贝尔化学奖获得者施罗克等人发现金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。工业上冶炼钼的化学反应物质为： ①2MoS2＋7O2eq\o(=,\s\up7(高温))2MoO3＋4SO2②MoO3＋2NH3·H2O=(NH4)2MoO4＋H2O ③(NH4)2MoO4＋2HCl=H2MoO4↓＋2NH4Cl④H2MoO4eq\o(=,\s\up7(高温))MoO3＋H2O ⑤用还原剂将MoO3还原成金属钼。则下列说法正确的是()A．MoS2煅烧产生的尾气可直接排放B．MoO3是金属氧化物，也是碱性氧化物C．H2MoO4是一种强酸D．利用H2、CO和铝分别还原等量的MoO3，所消耗还原剂的物质的量之比为3∶3∶27．用铝热法还原下列氧化物，制得金属各1mol，消耗铝最少的是()A．MnO2B．WO3C．Cr2O3D．Co3O48．在实验室里用铁屑、氧化铜、稀硫酸为原料制取铜，有下列两种途径：(1)Feeq\o(→,\s\up14(H2SO4))H2eq\o(→,\s\up14(CuO))Cu(2)CuOeq\o(→,\s\up14(H2SO4))CuSO4eq\o(→,\s\up14(Fe))Cu若用这两种方法制得的铜质量相等，则下列有关说法符合实际情况的是()A．消耗氧化铜的质量相同B．消耗铁的质量不同C．消耗硫酸的质量相同D．生成硫酸亚铁的质量不同9.从海水中提取镁的方法是首先使海水中的Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀。从化学知识的角度和经济效益的角度考虑，可在海水中加入的物质是()A．NaOHB．KOHC．CaOD．Na2O二．填空题10．海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素；碘元素以碘离子的形式存在，实验室从海藻中提取碘的流程图如下图所示：溶液悬浊液海藻灰海藻溶液悬浊液海藻灰海藻残渣残渣含I2含I2的有机溶液晶态碘含I2溶液晶态碘含I2溶液（1）指出从海藻中提取碘的实验操作名称：a:c:d:，（2）步骤b的离子方程式，（3）提取碘的过程中，可供选择的有机溶剂是。A．酒精B．乙酸C．苯D．四氯化碳__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________一．选择题1．中国食盐产量居世界首位。下列实验室中的操作类似“海水磨盐”原理的是() A．蒸馏B．蒸发C．过滤D．搅拌2．不需要化学变化就能够从海水中获得的物质是()A．氯、溴、碘B．钠、镁、铝C．烧碱、氢气D．氯化钠3．金属冶炼的目的是()A．把金属化合物还原为金属单质

B．除去金属中的杂质C．把金属单质变为氧化物

D．把电能转变为化学能4．宋朝初期，我国已将湿法炼铜应用于生产，其反应原理为（）A．CuO+H2==Cu+H2OB．CuO+CO==CO2+CuC．Fe+CuSO4==Cu+FeSO4D．Cu2(OH)2CO3==2CuO+H2O+CO2↑5．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。下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()A．金属导电性强弱B．金属在地壳中含量多少C．金属的化合价高低D．金属的活动性强弱6．定向爆破建筑物时，应同时切断钢筋和炸碎水泥，除适宜的炸药外，还需用()A．氧炔焰B．铝热剂C．液氯D．电弧7．下列有关金属冶炼的说法中，不正确的是()A．用电解熔融氯化钠的方法得到活泼金属钠B．在加热的情况下用氢气还原Al2O3得到金属铝C．用铝热反应原理炼得熔点较高的金属铬D．热分解法直接加热HgO