2025版高一化学必修第二册（含不定项选择）第八章 第一节 第1课时 金属矿物的开发利用 海水资源的开发利用

第一节自然资源的开发利用第1课时金属矿物的开发利用海水资源的开发利用课标定向目标定位1.以金属矿物、海水的开发利用为例,了解依据物质性质及其变化综合利用资源的方法。(证据推理与模型认知)2.能从化学的角度分析从资源到产品的转化途径,能对资源的开发利用和能源的使用方案进行评价;辩证地看待资源的使用的利弊及其对环境和社会的影响。(科学态度与社会责任)厘清重点金属冶炼原理;海水提溴的工艺流程、原理和分离提纯方法突破难点金属活泼性与金属冶炼方法的关系;物质提取的一般思路和方法学习任务一:金属矿物的开发利用必备知识·导学[引入]2023年1月1日,三星堆出土的铜顶尊跪坐人像和青铜神兽两件“跨坑”文物,经过高科技手段首次公开了拼合后的模样,备受瞩目。在人类发展的历史长河中,金属的发现与使用有着怎样的历程?不同金属是如何开发出来的?一、金属在自然界中的存在形态二、金属的冶炼1.概念及实质:2.金属冶炼方法与金属活动性顺序的关系物理方法适用于极少数不活泼、以游离态存在于地壳中的金属,如Au常用水洗法获得热分解法分解HgO2HgO2Hg+O2↑电解法冶炼钠2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑冶炼镁MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑冶炼铝2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑热还原法高炉炼铁Fe2O3+3CO2Fe+3CO2铝热法炼铁2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe三、铝热反应1.概念:铝与某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)在高温条件下发生的置换反应。2.反应原理Fe2O3+2Al2Fe+Al2O33.实验蒸发皿中铺少量细沙的作用:防止蒸发皿炸裂;防止生成的熔融物溅出。4.应用(1)制取熔点较高、活动性弱于Al的金属,如铁、铬、锰、钨等。(2)金属焊接,如:野外焊接钢轨等。[思考]以下为铝土矿(主要成分为Al2O3,还有杂质Fe2O3、MgO、SiO2等)提取铝的流程,滤液B中含铝的形式是什么?电解的化学方程式是什么?提示:滤液B中含铝的形式是[Al(OH)4]-,电解的化学方程式为2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑。四、金属矿物资源开发和利用的主要措施1.提高金属矿物的利用率;2.开发环保高效的金属冶炼方法;3.防止金属的腐蚀;4.使用其他材料代替金属材料,减少金属的使用量;5.加强废旧金属的回收和再利用。判对错·通教材判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)越活泼的金属,人类利用的时间越晚。 (√)提示:越活泼的金属,其金属阳离子氧化性越弱,越难被还原,因此人类利用的时间越晚。(2)利用金属冶炼时,金属元素一定发生氧化反应。 (×)提示:金属冶炼的本质是将金属从其化合物中还原出来。(3)可以用电解熔融的氯化铝的方法制备金属铝。 (×)提示:氯化铝是共价化合物,熔融时不能电离出自由移动的阴、阳离子,不导电,不能使用。(4)用热还原法冶炼金属时,可以用H2将Mg从化合物中还原出来。 (×)提示:Mg的活泼性强于H,不能用热还原法。(5)可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠。 (×)提示:电解饱和食盐水,发生的反应为2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,不能获取金属钠。(6)可用铝热反应获取金属镁。 (×)提示:Mg的活泼性强于Al,不能用铝热反应获取。核心要点·归纳金属冶炼方法、发现时间的长短与元素活泼性关系金属越活泼,冶炼难度越大,发现得通常越晚。微点拨·拓教材金属冶炼的其他方法(1)湿法冶金:利用溶液中发生的化学反应,对原料中的金属进行提取和分离的方法,如湿法炼铜:Fe+CuSO4===FeSO4+Cu。(2)火法炼铜:Cu2S+O22Cu+SO2。(3)有些活泼金属可以用还原法来冶炼,如:Na+KClNaCl+K↑等。学力诊断·测评1.(2024·济南高一检测)下列有关金属冶炼的方法不正确的是 ()A.制镁:将海水富集得到的氯化镁溶液电解得到镁和氯气B.制铁:用焦炭和氧气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中的铁的氧化物C.制汞:加热氧化汞得到汞,同时生成氧气D.制锰:将铝粉与难熔的MnO2以一定比例混合后,高温冶炼得到锰【解析】选A。A.镁是活泼金属,工业上电解熔融的氯化镁得到镁和氯气,A错误;B.铁为较活泼的金属,工业上用焦炭与氧气反应生成的一氧化碳在高温下还原铁矿石得到铁,B正确;C.汞为不活泼的金属,工业上用加热氧化汞的方法冶炼汞,C正确;D.铝的活泼性大于锰,可以将铝粉与难熔的MnO2以一定比例混合后,利用铝热反应高温冶炼得到锰,D正确。2.(1)信州铅山县有苦泉,流以为涧。挹其水熬之,则成胆矾,烹胆矾则成铜。熬胆矾铁釜,久之亦化为铜。(沈括《梦溪笔谈》)写出相应反应的化学方程式:_______________________________。

(2)用矿(硫化矿,主要成分为Cu2S)二百五十箩……入大旋风炉,连烹(灼烧)三日三夜,方见成铜。(明·陆容《菽园杂记》)写出相应反应的化学方程式:___________________。

【解析】(1)湿法炼铜的原理是CuSO4+Fe===FeSO4+Cu;(2)火法炼铜的原理是Cu2S+O22Cu+SO2。答案:(1)CuSO4+Fe===FeSO4+Cu(2)Cu2S+O22Cu+SO23.如图为铝热反应的实验装置,请回答下列问题:(1)该实验装置中还缺________________,

在试剂使用正确且符合要求的情况下引发铝热反应的操作为______________________,

写出铝热反应的化学方程式:___________________。

(2)若将氧化铁换成氧化镁,该反应_________(填“能”或“不能”)发生,理由是____。

(3)若将所得产品置于足量的NaOH溶液中,可能看到的现象是____,

写出铝热反应的一种主要用途:___________________。

(4)假设铝足量且反应充分,设计一种实验方案,证明本实验中有单质铁生成:__________________________________。

【解析】(1)观察装置图知,缺少引燃剂镁条,故应在混合物中间插入适当长度的用砂纸打磨过的镁条,点燃镁条可引发铝热反应,铝热反应的化学方程式:Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe。(2)Mg比Al活泼,Al不能从MgO中置换出Mg。(3)若铝过量,剩余的铝及反应生成的氧化铝与NaOH溶液反应,可看到部分固体溶解,且溶液中有气泡产生。(4)可取适量反应后的固体混合物,先用NaOH溶液除去铝,再加入盐酸或稀硫酸,根据有气泡冒出确定有铁生成;也可用磁铁靠近固体,根据固体可被磁铁吸引判断有铁生成。答案:(1)镁条在混合物中间插一根用砂纸打磨过的镁条,然后点燃镁条Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe(2)不能镁比铝活泼,铝不能置换出镁(3)部分固体溶解,有气泡产生焊接钢轨或冶炼某些熔点高的金属(4)取适量反应后的固体混合物,先用NaOH溶液除去铝,再加入稀硫酸,有气泡冒出,说明有铁生成(或用磁铁靠近固体,有固体可被磁铁吸引,说明有铁生成,合理即可)【补偿训练】据《天工开物》记载我国古代以炉甘石(主要成分是ZnCO3)来升炼倭铅(即锌),其原理如图2所示。已知锌的熔点为420℃、沸点为906℃。则下列说法不正确的是 ()A.升炼倭铅过程包含氧化还原反应B.“锌火”是锌蒸气和一氧化碳在空气中的燃烧C.“泥封”的目的是防止得到的锌被氧化D.冶炼时锌变为蒸气在“兜室”冷凝为固体【解析】选D。炉甘石的主要成分是ZnCO3,与煤炭在高温下共热,ZnCO3分解生成ZnO、CO2,C与CO2反应生成CO,CO还原ZnO得到Zn,其中生成CO及CO还原ZnO均为氧化还原反应,A正确;“锌火”是未反应完的CO与Zn蒸气从“兜室”逸出燃烧,B正确;Zn高温下易被空气中O2氧化成ZnO,故“泥封”是为了隔绝空气,防止Zn被氧化,C正确;反应区温度为1100~1300℃,Zn变为蒸气与杂质分离,在“兜室”冷凝为液体流出(冷凝区温度高于Zn的熔点),D错误。学习任务二:海水资源的开发利用必备知识·导学一、海水中的化学元素二、海水水资源的开发利用方法1.海水的淡化海水淡化的主要方法:(1)蒸馏法:历史最久、技术工艺成熟。(2)电渗析法(3)离子交换法(目前正迅速发展,需要不断更新离子交换树脂)离子交换树脂可以把阴、阳离子分别交换出来,使水得到纯化。2.直接利用海水进行循环冷却。三、海水中化学资源的开发利用1.氯碱工业:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。(1)制钠和氯气:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。(2)制盐酸:H2+Cl22HCl。(3)制漂白剂:2NaOH+Cl2===NaCl+NaClO+H2O。2.用KBr制单质溴:2KBr+Cl2===2KCl+Br2。3.用MgCl2制Mg:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。4.从海水中获取能源(1)从海水中提取铀和重水,用于核能开发。(2)开发潮汐能、波浪能等新型能源。四、海水提溴工艺流程示意图如下:工业生产流程及反应原理如下:写出流程中反应的离子方程式:①氧化室:Cl2+2Br-===Br2+2Cl-。②吸收塔:Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4。③蒸馏塔:Cl2+2Br-===Br2+2Cl-。微点拨·拓教材萃取与分液(1)定义:萃取是利用A物质在B物质和C物质中的溶解能力不同,把A物质从B物质提取到C物质里;分液利用的是两种液体互不相溶的特性,把两种互不相溶的两种液体分离开来。(2)实验装置图:判对错·通教材判断下列说法是否正确,正确的打“√”,错误的打“×”。(1)海水淡化的方法中,蒸馏法成本最低。 (×)提示:蒸馏法虽然技术和工艺较成熟,但成本较高。(2)海水中含量最多的两种元素为Na元素和Cl元素。 (×)提示:海水中含量最多的两种元素为H元素和O元素。(3)从海水中获取单质溴过程中,涉及了氧化还原反应。 (√)提示:海水提溴的过程中,Cl2与NaBr溶液等反应均为氧化还原反应。(4)海水中各种化学资源的开发过程中,必须都要发生化学反应。 (×)提示:从海水中提取淡水可用蒸馏法,为物理方法。(5)对于海水来说除了从中获取淡水和化学物质外,其他就没有什么价值了。 (×)提示:除了从海水中获取淡水和化学物质外,海水在能量方面也具有十分重要的战略意义,如潮汐能、波浪能等新能源的开发和利用等。核心要点·归纳海水中提取溴的流程微点拨·拓教材1.海带中提取碘(1)流程(2)通入Cl2的反应原理发生反应的离子方程式:Cl2+2I-===I2+2Cl-。2.海水提镁(1)工艺流程(2)主要的化学反应原理CaCO3CaO+CO2↑CaO+H2O===Ca(OH)2Ca(OH)2+MgCl2===Mg(OH)2↓+CaCl2Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2OMgCl2(熔融)Mg+Cl2↑学力诊断·测评1.(双选)(2024·泰安高一检测)海洋中部分化学资源的利用如图所示,下列说法错误的是 ()A.步骤①、②利用了Cl2的氧化性,热空气吹出利用了溴的挥发性B.物质X常选用SO2,Y常选用烧碱C.工业上常用热还原法冶炼金属镁D.“氯化”过程中发生的反应为MgO+C+Cl2MgCl2+CO【解析】选B、C。A.步骤①、②发生的反应为Cl2+2Br-===2Cl-+Br2,Cl2表现氧化性,溴易挥发,可用热空气将其吹出,A项正确;B.由于Br2具有氧化性,SO2具有还原性,物质X常选用SO2,发生的反应为SO2+Br2+2H2O===2HBr+H2SO4,Y常选用来源丰富、廉价的Ca(OH)2,B项错误;C.工业上常用电解法冶炼金属镁,C项错误;D.“氯化”过程中发生的反应为MgO+C+Cl2MgCl2+CO,D项正确。2.模拟从海水中提取镁的实验装置、操作及目的如图所示,能达到实验目的的是 ()选项ABCD装置操作及目的煅烧贝壳至900℃,得到生石灰浓缩海水,加生石灰反应后过滤,得到Mg(OH)2蒸发MgCl2溶液,得到无水MgCl2电解MgCl2溶液,制备金属Mg【解析】选B。煅烧贝壳至900℃,贝壳的主要成分碳酸钙会与坩埚的主要成分之一二氧化硅反应:CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑,故A错误;加生石灰沉淀镁离子后可以用过滤法分离得到Mg(OH)2,故B正确;蒸发MgCl2溶液得到无水MgCl2,必须在干燥的HCl气流中防止镁离子水解,故C错误;制备金属Mg需要电解熔融态的MgCl2,故D错误。3.从海带中提取碘单质流程如图所示,下列关于海水制碘的说法,错误的是 ()A.过滤操作中用到的玻璃仪器有分液漏斗、玻璃棒、烧杯B.含I-的滤液中加入稀硫酸和H2O2后,碘元素发生氧化反应C.在碘水中加入几滴淀粉溶液,溶液变蓝色D.碘水中加入CCl4得到I2的CCl4溶液,该操作为“萃取”【解析】选A。过滤操作中用到的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒、烧杯,过滤时不能用分液漏斗,故A错误;碘离子被H2O2氧化为碘单质,发生氧化反应,故B正确;碘单质能使淀粉溶液变蓝是碘单质的特性,故C正确;碘单质在水中的溶解度不大,易溶于四氯化碳等有机溶剂,可以用四氯化碳萃取碘水中的碘单质,故D正确。【补偿训练】溴及其化合物在医药、农药、染料等方面有着广泛应用。海水提溴的工业生产流程如图所示:下列说法错误的是 ()A.“吹出塔”采用热空气更有利于溴的吹出B.“吸收塔”中反应的化学方程式为SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBrC.“吸收塔”中可用硫酸钠溶液代替SO2D.依据流程可以判断氧化性强弱顺序为Cl2>Br2>SO2【解析】选C。溴易挥发,用热空气使溴挥发更快,故A正确;“吸收塔”中SO2作还原剂,生成两种强酸,反应的化学方程式为SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBr,故B正确;可用亚硫酸钠溶液代替SO2作还原剂,但不能用硫酸钠溶液,C错误;Cl2可将海水中的Br-氧化为Br2,Br2和SO2反应时,Br2作氧化剂,可得出氧化性强弱顺序为Cl2>Br2>SO2,D正确。学情检测·素养达标1.金属的冶炼与生产、生活及国防军事等领域均密切相关。下列有关金属冶炼的原理错误的是 ()A.用电解法制取金属钠:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑B.用Al作还原剂冶炼金属V:3V2O5+10Al6V+5Al2O3C.用H2作还原剂冶炼金属Ag:Ag2O+H22Ag+H2OD.用活泼金属Na为还原剂冶炼Ti:4Na+TiCl4(熔融)Ti+4NaCl【解析】选C。A.电解熔融氯化钠制取金属钠,同时生成氯气,A正确;B.铝的还原性大于钒,用Al作还原剂(铝热剂)冶炼金属V,B正确;C.银是不活泼的金属,一般采用加热Ag2O的方法冶炼Ag,C错误;D.Na的活泼性大于Ti,可用Na为还原剂冶炼Ti,D正确。【补偿训练】高温下利用铝粉与氧化铁的反应可焊接钢轨,发生的反应为2Al+Fe2O32Fe+Al2O3,该反应放出大量的热,下列说法错误的是()A.常温下,Fe易被氧化而Al不易被氧化,是由于Al的活动性比Fe弱B.该反应中Al为还原剂C.该反应中Fe2O3具有氧化性D.铝热反应可用于制备金属Mn【解析】选A。Al是活泼金属,常温下,Al不易被腐蚀,是因为Al与空气中的氧气反应生成一层致密的氧化膜,保护内部的Al不被氧化,故A错误;2Al+Fe2O32Fe+Al2O3反应中,Al元素化合价升高,Al为还原剂,故B正确;反应中,Fe2O3中Fe元素化合价降低,Fe2O3是氧化剂,具有氧化性,故C正确;铝热反应可用于冶炼金属性比铝弱但熔点较高的金属单质,能制备金属Mn,故D正确。2.通过海水晾晒可得粗盐,粗盐除NaC