高中化学 4.1开发利用金属矿物和海水资源学案 新人教版必修2-新人教版高一必修2化学学案

第四章化学与自然资源的开发利用第一节开发利用金属矿物和海水资源[学习目标定位]1.熟知加热、电解、热还原等冶炼金属的方法，会写相关的化学方程式。2.知道海水淡化的意义和方法，知道从海水中提取溴、碘、金属镁的原理，会写有关的化学方程式。1．常见金属的活动性顺序如下：eq\o(→,\s\up7(KCaNaMgAlZnFeSnPbHCuHgAgPtAu),\s\do5(金属活动性由强逐渐减弱))举例说明金属活动性顺序可以给你哪些判断与依据。2．请你列举身边常见的金属制品的成分，并讨论它们被人类使用的历史。(1)__________________________________；(2)__________________________________；(3)__________________________________；(4)__________________________________。3．写出下列反应的化学方程式，指出其中的氧化剂和还原剂。(1)木炭还原氧化铜________________________________________________________________________，(2)钢铁的冶炼________________________________________________________________________，(3)铁与硫酸铜溶液反应________________________________________________________________________。4．海水通过淡化以获取淡水，海水淡化的方法主要有______________等；海水中含有80多种元素，可以从其中获取____________________、锰、铀等有用物质。知识点一金属的冶炼[探究活动]1．金属元素在自然界的存在形式少数化学性质不活泼的金属，在自然界中能以__________态存在，如__________以及少量的银和铜。化学性质比较活泼的金属，在自然界中总是以________态存在。这显然和金属的____________性紧密相关。2．金属冶炼的原理和实质金属冶炼的原理：利用____________反应的原理，在一定条件下，用__________剂或者加热、电解方法把金属________还原为金属________。金属冶炼的实质：金属离子eq\o(→,\s\up7(得到电子))金属单质，即Mn＋＋ne－→M。3．不同金属适用的冶炼方法(1)热分解法：适于冶炼金属活动性顺序表中位于氢以后的金属；像________等不活泼金属，它们在金属活动性顺序表中位于氢的后面，其阳离子得到电子的能力很________，所以其还原条件也较容易达到。它们的氧化物受热就能分解得到单质。请你写出有关反应的化学方程式：________________________________________________________________________、________________________________________________________________________。(2)电解法：位于金属活动性顺序表中前面的钾、钠、钙、铝等几种金属的还原性很____，这些金属单质都很容易________电子，而其对应的阳离子则氧化性很______，很难________电子，因此用一般的方法和一般的还原剂很难使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。请你写出有关的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________、________________________________________________________________________。(3)热还原法适用冶炼位于金属活动性顺序表中部的金属；常用的还原剂有_____________等，多数金属的冶炼过程属于热还原法。请你写出有关反应的化学方程式：________________________________________________________________________、________________________________________________________________________、________________________________________________________________________、________________________________________________________________________。4．回收废旧金属(1)回收金属的意义：________________________________________________________________________。(2)废旧金属的最好的处理方法是____________。(3)回收金属的实例：废旧钢铁用于炼钢；废铁屑用于制铁盐；从电影业、照相业、科研单位和医院X光室回收的定影液中，可以提取金属银。[归纳总结]1．冶炼方法的总规律：金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，越容易被还原，用一般的____________法就能使金属还原；活泼性居中或不太活泼的用____________法；金属的位置越靠前，越难被还原，往往采用____________法使金属从矿石中还原出来。2．学习时结合金属活动性顺序表和氧化还原性强弱顺序示意图加以理解和记忆：[活学活用]1．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① B．(Ⅱ)用②C．(Ⅲ)用③ D．(Ⅳ)用④2．如右图所示，用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起，使四周都有四层。把内层漏斗取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上，下面放置盛沙的蒸发皿。把5g炒干的氧化铁粉末加2g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条。观察发生的现象。通过以上实验信息，回答下列问题。(1)写出该反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________，在该反应中______________是氧化剂，________是还原剂，该反应称为________反应。(2)选出该实验的实验现象(填写在横线上)：________。①镁条剧烈燃烧；②放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射；③纸漏斗的下部被烧穿；④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。(3)写出下列操作或物质的作用：内层纸漏斗底部剪一个孔：__________________；蒸发皿盛沙：________________________________________________________________________；镁条：______________________；氯酸钾：_____________________________。(4)如何用简单的方法证明生成物为金属铁？知识点二海水中溴的提取及从海洋植物中提取碘[探究活动]1．某同学从科普书中摘录了从海水中提取溴的方法，请仔细阅读，然后回答问题。在海水中溴以溴化镁和溴化钠的形式存在。经过晒盐后的卤水中，溴的含量提高了100倍左右。只要把卤水加入反应塔中，通过氯气和水蒸气蒸馏，就可以把“溴”蒸出来。也有借助煤油从海水中提取溴的，煤油用过之后，还可以回收。土法提取溴可用浓盐酸作用于漂白粉或用二氧化锰氧化浓盐酸制取氯提取溴。(1)从海水中提取溴，一般要经过________、________和提取三个步骤。其流程为海水eq\o(→,\s\up7(日光))eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—NaCl,—\o(→,\s\up7(Cl2))\o(→,\s\up7(热空气或水蒸气))溴蒸气))(2)卤水中通入Cl2时发生反应的离子方程式为________________________________。(3)通过水蒸气就可把溴蒸出来的原因是______________。(4)借助煤油从海水中提取溴是利用了溴________________的性质。2．海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素，碘元素以离子的形式存在。从海藻中提取碘的实验流程如图所示：(1)指出提取碘的过程中有关的实验操作名称：①________；写出过程②中有关反应的化学方程式：_________________________________________________________。(2)提取碘的过程中可选用的有机试剂为()A．酒精、四氯化碳 B．四氯化碳、苯C．汽油、醋酸 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________。[归纳总结]1．海水中制取溴的主要方法：空气吹出法。主要流程：2．海带中提碘(1)海带中含有碘元素的检测(2)海带中提碘①流程海带→浸泡→氧化→过滤→提纯→碘单质②主要的化学原理：________________________________或_____________。[活学活用]3．溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65mg·L－1。实验室模拟海水中溴的提取。实验方法：将适量新制氯水加入到20mL富含溴离子的海水中(海水可以用0.1mol·L－1的NaBr溶液代替)，把溴置换出来。氯水中的氯气作________________剂，涉及的反应为__________。得到的单质溴可以用有机溶剂在____________(仪器)中实现萃取富集，萃取试剂用____________、苯等，得到的有机层显__________色。理解感悟本题考查有关海水中含有溴元素的证明和提取的实验原理、仪器，以及萃取的实验操作等。将非金属阴离子置换为单质要用到氧化剂，将金属阳离子置换为单质要用到还原剂，常见的氧化剂有过氧化氢、新制氯水、酸性高锰酸钾溶液等。知识点三从海水中提镁[探究活动]海水提镁的生产流程可表示为1．海水提取镁的最基本方法是往海水中加____________，得到________沉淀，将沉淀分离出来后再加入________把它变成________；之后，经过结晶、________、干燥、________，就可得到金属镁。2．海水提镁要用到海滩上的贝壳。那么，贝壳在生产流程中起什么作用？其主要成分发生了怎样的化学变化？3．从海水中的Mg2＋到金属镁，经历了哪些化学变化？4．在用上述方法提镁的过程中，采取了哪些措施来提高经济效益？这对你有什么启示？[归纳总结]由MgCl2·6H2O加热制取无水MgCl2时，要不断通入干燥的HCl气体，防止MgCl2水解生成Mg(OH)2。[活学活用]4．下表是氧化镁和氯化镁的熔、沸点数据：物质氧化镁氯化镁熔点/℃2852714沸点/℃36001412请参考以上数据分析，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晶体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eq\o(→,\s\up7(HCl气流))MgCl2(熔融)eq\o(→,\s\up7(电解))Mg1．下列说法不正确的是()A．海洋是一个远未完全开发的巨大化学资源宝库B．海水中金的储存量约为陆地的170倍，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2．随着人口增长、工业发展，淡水供应出现危机。若实行海水淡化来供应饮用水，下列方法在原理上完全不可行的是()A．加入明矾，使海水的泥沙沉淀并淡化B．利用太阳能，将海水蒸馏淡化C．将海水通过离子交换法除去其所含的盐分D．利用电渗透法使海水淡化3．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：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①、②、③步操作的目的是从海水中提取氯化镁C．第④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、置换反应和复分解反应4．下列叙述错误的是()A．炼铁时，还原剂CO将铁从铁矿中还原出来B．活泼金属用电解法冶炼制取C．汞的冶炼一般用热分解法D．铝的冶炼用热还原法5．铝能用于冶炼难熔的金属(如Cr、V、Mn等)，这不是因为铝具有()A．还原性B．导电性C．较Cr、V、Mn等价格便宜D．在冶炼反应中放出大量的热6．我国古代将炉甘石(ZnCO3)、赤铜(Cu2O)和木炭粉混合后加热至约800℃，得到一种外观似金子的锌和铜的合金，试写出反应的化学方程式。第四章化学与自然资源的开发利用第一节开发利用金属矿物和海水资源学习准备区1．①在金属活动性顺序表中排在氢前面的金属可以置换出酸中的氢，如Zn＋H2SO4(稀)=ZnSO4＋H2↑。②在金属活动性顺序表中排在前面的金属能把排在后面的金属从其盐溶液中置换出来，如Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu。2．(1)铜：使用历史悠久(2)铁：比铜的使用稍晚(3)铝：近代才开始广泛使用(4)镁合金、锂电池：现代才开始使用3．(1)2CuO＋Ceq\o(=,\s\up7(△))2Cu＋CO2↑氧化剂：CuO，还原剂：C。(2)Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2氧化剂：Fe2O3，还原剂：CO。(3)Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu氧化剂：CuSO4，还原剂：Fe。4．蒸馏法、电渗析法、离子交换法氯化钠、溴、碘、镁学习探究区知识点一探究活动1．游离金和铂化合金属活泼2．氧化还原还原化合物单质3．(1)汞、银强2HgOeq\o(=,\s\up7(△))2Hg＋O2↑2Ag2Oeq\o(=,\s\up7(△))4Ag＋O2↑(2)强失去弱得到2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解),\s\do5(冰晶石))4Al＋3O2↑2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑(3)焦炭、一氧化碳、氢气、活泼金属(如铝)Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2WO3＋3H2eq\o(=,\s\up7(高温))W＋3H2O2PbO＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))2Pb＋CO2↑Cr2O3＋2Aleq\o(=,\s\up7(高温))2Cr＋Al2O34．(1)节约矿物资源、节约能源、减少环境污染(2)回收利用归纳总结1．热分解热还原电解2.减弱增强活学活用1．B[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)2CO3eq\o(=,\s\up7(△))2CuO＋CO2↑＋H2O，C＋2CuOeq\o(=,\s\up7(△))2Cu＋CO2↑，符合①；(Ⅱ)：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu，符合③；(Ⅲ)：2Al＋Cr2O3eq\o(=,\s\up7(高温))Al2O3＋2Cr，符合③；(Ⅳ)：先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2：MgCl2eq\o(=,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑，符合④。]2．(1)2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3Fe2O3Al铝热(2)①②③④(3)使熔融物易于落下防止溅落物炸裂蒸发皿引起氯酸钾分解引发铝热反应(4)用磁铁吸引生成物，磁铁上有黑色物质被吸附，则证明生成物中有金属铁。解析铝粉和某些金属氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物叫铝热剂，在高温下发生铝热反应，可用来冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、