2025年高中化学新教材同步必修第二册 第8章　第1节　第1课时　金属矿物、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、海水资源的开发利用[核心素养发展目标]1.了解金属在自然界中的存在形式，理解金属冶炼的一般原理，掌握活泼性不同的金属冶炼的一般方法，形成金属冶炼方法知识模型，培养证据推理与模型认知能力。2.了解海水的主要组成元素、海水资源及开发利用的主要方式，掌握从海水中提取溴的化学反应原理及实验方法，培养科学探究与创新意识的学科素养。3.通过对金属冶炼原理及海水资源综合利用的认识，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义，培养科学态度和社会责任的学科素养。一、金属矿物的开发利用1.金属元素在自然界中的存在形态2.金属的冶炼(1)概念：将金属矿物中的金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼。(2)原理：利用氧化还原反应原理，在一定条件下，使金属离子得到电子被还原成金属原子，从而获得金属单质。即Mn++ne-=M。3.金属的冶炼方法(1)金属活泼性与冶炼方法的关系如下：(2)金属的冶炼方法热分解法分解HgO2HgO2Hg+O2↑分解Ag2O2Ag2O4Ag+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其他方法湿法炼铜Fe+CuSO4FeSO4+Cu火法炼铜Cu2S+O22Cu+SO2思考1结合下列表格物质的熔、沸点数据分析，为什么冶炼镁时，选择MgCl2而不是MgO？为什么冶炼铝时，选择Al2O3而不是AlCl3？物质MgOAl2O3MgCl2AlCl3熔点/℃28522054714190(以分子形式存在)沸点/℃360029801412180提示从表中可以发现，MgO熔点高，耗能多；AlCl3的沸点比熔点低，易升华，是共价化合物，熔融状态下不导电。思考2计算表明，从铝土矿生产1mol铝消耗的电能至少为1.8×106J，回收铝制饮料罐得到铝与从铝土矿得到铝相比，前者的能耗仅为后者的3%~5%。通过对上述数据的分析和比较，你想到了什么？提示(1)从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝制饮料罐得到铝消耗的能量，加强废旧金属的回收和再利用是合理利用金属资源的重要途径。(2)实际生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，在得到所需产品的同时也会产生废弃物，因此必须考虑废弃物的处理对环境的影响，走可持续发展道路。4.金属矿物资源的开发和利用措施(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)加强废旧金属的回收和再利用。(5)使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量。1.判断正误(1)利用化合物冶炼金属时，金属元素一定发生还原反应()(2)越活泼的金属元素，人类利用的越晚()(3)用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从其化合物中还原出来()(4)可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠()(5)可以通过电解熔融的MgO和AlCl3来制备金属Mg、Al()答案(1)√(2)√(3)×(4)×(5)×2.(2024·福建泉州高一下段考)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答案C解析银是不活泼的金属，一般采用加热Ag2O的方法冶炼Ag，故选C。3.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，还有少量的Fe2O3等杂质)提取氧化铝作冶炼铝的原料，提取的操作过程如下：(1)步骤Ⅰ和Ⅱ中分离溶液和沉淀的操作为，所用到的玻璃仪器是。

(2)沉淀M中除含有泥沙外，一定还含有，固体N是。

(3)滤液X中，含铝元素的溶质的化学式为，它属于(填“酸”“碱”或“盐”)类物质。

(4)实验室里通常向AlCl3溶液中加入(填“氨水”或“NaOH溶液”)来制取Al(OH)3。

答案(1)过滤烧杯、漏斗、玻璃棒(2)Fe2O3Al2O3(3)Na[Al(OH)4]盐(4)氨水解析铝土矿中加入浓NaOH溶液，Fe2O3和氢氧化钠不反应，氧化铝与NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]，步骤Ⅰ利用过滤除去Fe2O3等不溶物，沉淀M为氧化铁等不溶物，滤液X含有Na[Al(OH)4]；步骤Ⅱ通入二氧化碳将[Al(OH)4]-转化为氢氧化铝沉淀，过滤得氢氧化铝，加热分解氢氧化铝得到氧化铝。(4)氢氧化铝溶于强碱，实验室通常用氨水与氯化铝反应制备氢氧化铝沉淀，反应的化学方程式为AlCl3+3NH3·H2O=Al(OH)3↓+3NH4Cl。二、海水资源的开发利用1.海水资源的特点2.海水水资源的开发利用(1)利用途径及海水淡化方法(2)海水的蒸馏①主要仪器：A直形冷凝管，B蒸馏烧瓶，C锥形瓶。②冷却水的流向：a口进，b口出。③B中加入碎瓷片的目的是防止液体暴沸。3.海水中化学资源的开发利用(1)海水制盐从海水中制得的氯化钠，可以食用，同时也是生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸等的化工原料。①氯碱工业：电解饱和食盐水，可生产氢氧化钠、氢气和氯气。化学方程式：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。②制钠和氯气：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑。③制盐酸：H2+Cl22HCl。④制漂白剂(84消毒液)：2NaOH+Cl2=NaClO+NaCl+H2O。⑤制纯碱：NaCl+CO2+H2O+NH3=NH4Cl+NaHCO3↓；2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O。(2)海水提溴①海水提溴的方法(吹出法)工艺流程基本操作浓缩海水晒盐和海水淡化的过程中副产物Br-得到浓缩氧化向浓缩的海水中通入Cl2，将Br-氧化成Br2吹出利用溴的挥发性，通入热空气和水蒸气，吹出溴蒸气吸收吹出的溴蒸气用SO2吸收蒸馏再用Cl2将HBr氧化得到溴后蒸馏分离②氧化、吸收环节主要反应的离子方程式：2Br-+Cl2=Br2+2Cl-、SO2+Br2+2H2O=4H++SO42-+2Br4.海水中其他资源的开发利用(1)制备化工产品：制备Mg、K、I2及其他化工产品。(2)获取能量物质：提取铀和重水用来开发核能。(3)开发利用新型能源：潮汐能、波浪能等。思考1下图为海水提镁的工艺流程，写出下列步骤中的化学(或离子)方程式。①分解贝壳(主要成分是CaCO3)、制备Ca(OH)2：CaCO3CaO+CO2↑、CaO+H2O=Ca(OH)2。②沉淀Mg2+：Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓(离子方程式)。③制备MgCl2：Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O。④制取Mg：MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。思考2从海带中提取碘单质，相关实验步骤如下：①灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；②在滤液中滴加稀H2SO4及适当的氧化剂，然后加入几滴某溶液；③用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中；④海带灰转移到小烧杯中，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤。(1)合理的步骤顺序是(填序号)。

(2)适当的氧化剂是，反应的离子方程式是。

(3)证明含碘的操作及现象是。

答案(1)③①④②(2)H2O22I-+2H++H2O2=I2+2H2O(3)取步骤②后的溶液于试管中，滴入淀粉溶液，溶液变蓝1.判断正误(1)海洋约占地球表面积的71%，因此地球不缺水，人类可以任意使用，不用节约()(2)海水中含量最多的两种元素为Na元素和Cl元素()(3)海水中各种化学资源的开发过程中，都必须发生化学反应()(4)蒸馏操作时，温度计水银球的位置应在蒸馏烧瓶支管口处，测量蒸气的温度()答案(1)×(2)×(3)×(4)√2.下列叙述不正确的是()A.蒸馏完毕后，应先停止加热，待装置冷却后，停止通水，再拆卸蒸馏装置B.蒸馏时的接收装置如图C.冷却水应该从冷凝管的下口进水上口出水D.做蒸馏实验时，在蒸馏烧瓶中应加入沸石，以防暴沸，如果在沸腾前发现忘记加沸石，应立即停止加热，冷却后补加答案B解析蒸馏完毕后，应先熄灭酒精灯停止加热，由于此时装置内还有一定量的蒸气，因此要继续通冷却水，待装置冷却后，停止通水，再拆卸蒸馏装置，A正确；蒸馏时，接馏分的锥形瓶不能用塞子密封，否则液体无法正常流下，B错误。3.(2023·陕西长安一中高一期中)海水开发利用的部分过程如图所示。下列说法错误的是()A.上述过程涉及氧化还原反应B.可以采用蒸馏法从海水中获得淡水C.工业生产常选用NaOH作为沉淀剂D.富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收答案C解析由于Ca(OH)2比NaOH便宜，工业生产中常选用Ca(OH)2作为沉淀剂，故C错误。4.(2024·北京西城高一期中)从干海带中提取碘的实验流程如下：已知：萃取是利用溶质在两种不互溶的溶剂中的溶解度不同，将其从一种溶剂转移到另一溶剂的过程。反萃取是萃取的逆操作，通过使用反萃取剂，使得原本在有机相的溶质转移回水相。下列有关说法不正确的是()A.氧化过程可以用过氧化氢代替氯水B.试剂X可以选择使用NaOH溶液，发生的反应为3I2+6OH-=5I-+IO3-+3HC.萃取时可使用无水乙醇代替CCl4以节约成本D.整个过程中的操作是利用了物质的溶解性实现了碘元素的富集、分离与提纯答案C解析干海带灼烧灰化，用水浸取海带灰中的I-，过滤，得到含I-的溶液，加入氯水把I-氧化为I2，加CCl4萃取，分液，有机层中加氢氧化钠可以反萃取，发生反应：3I2+6OH-=5I-+IO3-+3H2O，水层中加稀硫酸，酸性条件下I-、IO3-发生归中反应生成碘单质，过滤得到I2，B、D正确；H2O2能把碘离子氧化为碘单质，氧化步骤中氯水可用H2O2代替，A正确；乙醇和水互溶，萃取时，不能用无水乙醇代替1.(2024·湖南岳阳高一月考)热还原法是冶炼金属的常用方法。下列金属采用热还原法冶炼的是()A.钠B.铁C.银D.金答案B解析A项，钠的性质活泼，用电解熔融氯化钠制取金属钠；B项，铁属于中等活泼金属，通过热还原法制取；C项，银的性质稳定，通过热分解氧化物法制取；D项，金的性质不活泼，通过物理方法制取。2.(2023·济南高一检测)下列反应原理中，不符合工业冶炼金属实际情况的是()A.2HgO2Hg+O2↑B.2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑C.2MgO2Mg+O2↑D.4CO+Fe3O43Fe+4CO2答案C解析工业上电解熔融氧化铝冶炼金属铝，B项不符合题意；工业上冶炼镁可采用电解法，其原料应选用MgCl2而不是MgO，因为MgO的熔点比MgCl2的高，会消耗大量电能，成本较高，C项符合题意；铁性质较活泼，工业上常采用热还原法制取，D项不符合题意。3.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正确的是()A.海水中含有钾元素，只需经过物理变化就能得到钾单质B.海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化C.从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备NaD.利用潮汐发电是将化学能转化为电能答案C解析钾为活泼金属，在海水中没有单质钾，无法用物理方法制得钾单质，A错误；海水蒸发制海盐只发生了物理变化，未发生化学变化，B错误；Na为活泼金属，电解熔融的NaCl可制备Na，C正确；潮汐发电是将海水的动能转化为电能，D错误。4.(2024·福建泉州高一段考)海水是十分重要的自然资源。如图是对海水的部分利用，下列有关说法不正确的是()A.海水晒盐得到粗盐和母液的过程属于物理变化B.粗盐(含MgCl2、CaCl2、Na2SO4以及泥沙等杂质)提纯为精盐，加入试剂的顺序为NaOH溶液→Na2CO3溶液→BaCl2溶液→稀盐酸C.工业上采用电解熔融MgCl2的方法制得金属镁D.步骤③可以通入Cl2，④⑤的目的是为了富集溴元素答案B解析粗盐(含MgCl2、CaCl2、Na2SO4以及泥沙等杂质)提纯为精盐，加入试剂顺序为NaOH溶液→BaCl2溶液→Na2CO3溶液→稀盐酸，碳酸钠溶液既要除去钙离子又要除去钡离子，故选B。5.如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：(1)写出该反应的化学方程式：

。

(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：

。

答案(1)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，合理即可)(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)解析(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。课时对点练[分值：100分](选择题1~10题，每小题8分，共80分)题组一金属冶炼的原理及方法1.(2024·北京西城高一期中)下列金属中，通常用热分解法冶炼的是()A.钠B.铜C.铁D.汞答案D解析金属钠为活泼金属，需要用电解法冶炼；金属铜、铁的冶炼采用热还原法；金属汞的冶炼采用热分解法。2.(2024·江苏淮安高一段考)类比推理是学习化学的重要思维方法，下列陈述Ⅰ及类比推理陈述Ⅱ均正确的是()选项陈述Ⅰ类比推理陈述ⅡA冶炼铁通常用热还原法冶炼铜也可用热还原法B工业上用电解Al2O3的方法得到铝单质工业上用电解MgO的方法得到镁单质CFe能把CuSO4溶液中的铜置换出来Na也能把CuSO4溶液中的铜置换出来D可用铝热法制备金属铬也可用铝热法制备金属镁答案A解析氧化镁的熔点很高，工业上常用电解氯化镁的方法制取镁单质，B错误；钠与CuSO4溶液反应生成Cu(OH)2沉淀和H2，C错误；镁的金属活动性强于铝，不能利用铝热反应制备金属镁，D错误。题组二合理开发和利用金属矿物资源3.(2023·长沙高一期中)西汉刘安所著的《淮南万毕术》中有“曾青得铁，则化为铜，外化而内不化”，该反应被认为是现代湿法冶金术之祖。下列说法正确的是()A.硫酸铜晶体的化学式为CuSO4·5H2O，是混合物B.“内不化”是因为内部的铁活泼性比表面的铁活泼性差C.上述反应的离子方程式为2Fe+3Cu2+=2Fe3++3CuD.“化为铜”表明发生的是氧化还原反应答案D解析硫酸铜晶体的化学式为CuSO4·5H2O，是纯净物，A错误；“内不化”是因为铁表面被生成的铜所覆盖，内部的铁无法再发生反应，B错误；“化为铜”发生反应的离子方程式为Fe+Cu2+=Fe2++Cu，反应中有元素化合价发生变化，是氧化还原反应，C错误，D正确。4.下列关于铝热反应：2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe的说法不正确的是()A.该反应中Al作还原剂B.该反应中氧化产物与还原产物的物质的量之比为1∶2C.该反应中冶炼1molFe转移2mol电子D.该反应可用于焊接钢轨答案C解析Fe2O3中Fe呈+3价，每冶炼1molFe转移3mol电子，C错误。5.铅的冶炼大致过程如下：①富集：将方铅矿(PbS)进行浮选；②焙烧：2PbS+3O22PbO+2SO2；③制粗铅：PbO+CPb+CO↑；PbO+COPb+CO2。下列说法正确的是()A.浮选法富集方铅矿的过程属于化学变化B.将1molPbS冶炼成Pb理论上至少需要6g碳C.方铅矿焙烧反应中，PbS是还原剂，还原产物只有PbOD.整个冶炼过程中，制取1molPb共转移2mol电子答案B解析浮选法富集方铅矿的过程中没有新物质生成，属于物理变化，故A错误；将1molPbS冶炼成Pb的过程中，根据化学方程式得出，2PbS~2PbO~C~2Pb，1molPbS冶炼成Pb理论上至少需要0.5mol碳，即需要6g碳，故B正确；方铅矿焙烧反应：2PbS+3O22PbO+2SO2中，PbS中S元素化合价升高，是还原剂，氧元素化合价降低，还原产物有PbO和SO2，故C错误；整个冶炼过程中，根据Pb原子守恒，1molPbS转化为1molPbO，转移电子6mol，1molPbO转化为1molPb，转移电子2mol，所以制取1molPb共转移8mol电子，故D错误。题组三海水资源的开发利用6.(2024·河北保定高一期中)工业上制备相关物质，下列涉及的反应原理及部分流程较为合理的是()A.制纯碱：饱和食盐水NaHCO3Na2CO3B.制取镁：海水MgOH2MgCl2溶液MgC.制溴：浓缩海水Br2HBr溶液Br2D.制碘：干海带浸出液碘水I2，其中萃取剂可以选取乙醇答案C解析制备纯碱时，因NH3在水中的溶解度大于CO2在水中的溶解度，故先向饱和食盐水中通入NH3，再通入CO2，A错误；应该电解熔融氯化镁制取Mg，B错误；应将干海带灼烧成灰，再加水浸泡，且乙醇能与水互溶，不能用作萃取剂，应该选用四氯化碳等萃取剂萃取、分液后得到碘的有机溶液，D错误。7.开发利用海水化学资源的部分过程如图所示，下列说法正确的是()A.②的操作是加入稀H2SO4B.鉴别NaHCO3和Na2CO3溶液可以用澄清石灰水C.在步骤③中，SO2水溶液吸收Br2后，溶液的pH减小D.向母液中加入石灰乳可得到Mg(OH)2，工业上常用电解熔融的Mg(OH)2来制取镁答案C解析澄清石灰水与NaHCO3和Na2CO3反应均生成白色沉淀CaCO3，实验现象相同，无法用澄清石灰水鉴别NaHCO3和Na2CO3，故B错误；③是溴单质被二氧化硫的水溶液吸收，生成硫酸和溴化氢，化学方程式为Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4，溶液酸性增强，溶液的pH减小，故C正确；工业上常用电解熔融MgCl2的方法来制取镁，故D错误。8.从海带中提取I2的实验方案如下。下列说法不正确的是(注：分液是使用分液漏斗分离两种互不相溶液体的操作)()A.实验方案中2次用到过滤操作B.向滤液中加入双氧水的作用是将I-氧化为I2C.I-和IO3-在酸性条件下发生反应的离子方程式为I-+IO3-+2H+=ID.含I2的溶液经3步转化为I2的悬浊液，其目的是富集碘元素答案C解析根据分析可知，海带灰加热水后过滤得到滤液，I2的悬浊液过滤，分离得到粗碘，因此实验方案中2次用到过滤操作，A正确；I-具有还原性，在酸性条件下被H2O2氧化为I2，B正确；I-和IO3-在酸性条件下发生反应，正确的离子方程式为5I-+IO3-+6H+=3I2+3H2O，C错误；含I2的溶液经3步转化为I2的悬浊液，其目的是提高I9.铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅，工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝：下列说法错误的是()A.①②中除加试剂外，还需要进行过滤操作B.a、b中铝元素的化合价相同C.③中需要通入过量的氨气D.④进行的操作是加热，而且d一定是氧化铝答案C解析反应①后的体系中含有固体SiO2，需要过滤除去，反应②后的体系中含有Fe(OH)3沉淀，需要过滤除去，A正确；a、b中Al元素分别以AlCl3和Na[Al(OH)4]的形式存在，其中铝元素的化合价都是+3价，B正确；由Na[Al(OH)4]制备Al(OH)3需要通入过量CO2，C错误；由Al(OH)3制备Al2O3，加热即可，D正确。10.海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源，如图为海水利用的部分过程。已知：MgCl2·6H2O受热生成Mg(OH)Cl和HCl气体等。下列有关说法正确的是()A.制取NaHCO3的反应是利用其溶解度小于NaClB.在过程②中将MgCl2·6H2O灼烧即可制得无水MgCl2C.第③④⑤步中，溴元素均被氧化D.工业上将氢氧化钠溶液加到海水中得到Mg(OH)2沉淀答案A解析碳酸氢钠在反应涉及物质中溶解度最小，向饱和食盐水中通入氨气以及二氧化碳，溶解度较小的碳酸氢钠会先析出，故A正确；工业上将石灰乳加到海水中得到Mg(OH)2沉淀，故D错误。11.(10分)(2024·咸阳高一检测)合理、高效利用金属矿物对可持续发展尤为重要。将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料，利用金属活动性的不同，可以采用不同的冶炼方法。(1)以HgO为原料冶炼Hg，冶炼方法是，下列能用该方法制得的金属是(填字母)。

A.CuB.FeC.Ag(2)明代《天工开物》记载了“火法”冶炼锌的方法：“炉甘石十斤，