高中化学-第4章第1节-开发利用金属矿物和海水资源同步学案-新人教版必修2

、1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重难点一金属的冶炼1．金属冶炼原理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。重难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、2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＋Fe2O3=====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，如焊接钢轨等注意事项1.镁条要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃；氧化铁粉末要干燥；铝粉要用没有被氧化的，否则反应难以进行2.Fe2O3与Al的质量的比要控制在3∶1，且两者要混合均匀，以保证Fe2O3与Al都完全反应3.要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出，同时损坏纸漏斗4.蒸发皿中的细纱要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人5.实验装置不要距人群太近，应远离易燃物，或在玻璃通风橱内操作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。重难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、3易燃烧。②H2O2氧化I－的离子方程式为H2O2＋2I－＋2H＋===I2＋2H2O。③流程图：海带→浸泡→氧化→过滤→提纯→碘单质。重难点四海水提溴1．工艺流程海水――→除去悬浮杂质――→浓缩――→氧化剂氧化――→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。题型1金属的冶炼例1下列金属冶炼的反应原理，错误的是()A．2NaCl(熔融)=====电解2Na＋Cl2↑B．MgO＋H2=====△Mg＋H2OC．Fe3O4＋4CO=====高温3Fe＋4CO2D．2HgO=====△2Hg＋O2↑解析钠、镁等活泼金属不能用普通还原剂还原出来，只能用电解熔融物的方法制取，故A正确，B错误；而铁为中等活泼的金属可以用常用还原剂还原，故C正确；不活泼的金属可以用加热分解化合物的方法来制备，故D正确。答案B题型2铝热反应例2为确定某铝热剂(含氧化铁和铝)的组成，分别进行下列实验。(1)若取ag样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成气体(标准状况，下同)的体积为bL。反应的化学方程式是________；样品中铝的质量是________g。(2)若取ag样品将其点燃，恰好完全反应，该反应的化学方程式是________；氧化铁与铝的质量比是________。(3)待(2)中反应产物冷却后，加入足量盐酸，测得生成的气体体积为cL，该气体与(1)中所得气体的体积比c∶b＝__________。解析(1)铝热剂中只有铝能与NaOH溶液反应，Fe2O3不能反应，铝与NaOH溶液反应、4的化学方程式为：2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑2×273×22.4xbLx＝2×27×b3×22.4＝9b11.2g，样品中铝的质量为9b11.2g。(2)铝热剂点燃恰好完全反应，化学方程式为2Al＋Fe2O3=====高温Al2O3＋2Fe，由该方程式可推知：氧化铁与铝的质量比是mFe2O3mAl＝1602×27＝8027，物质的量之比是nFe2O3nAl＝12。32H2，Fe→32H2，Fe→H2，所以得c∶b＝1∶32，即c∶b＝2∶3。答案(1)2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑9b11.2(2)2Al＋Fe2O3=====高温Al2O3＋2Fe80∶27(3)2∶3有金属单质参加的反应都涉及氧化还原反应，在进行计算时首先考虑到电子守恒的应用。题型3海水中提取溴例3全球海水中溴的储藏量丰富，约占地球溴总储藏量的99%，故溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65mg/L。其工业提取方法有：(1)空气吹出纯碱吸收法。方法是将氯气通入到富含溴离子的海水中，把溴置换出来，再用空气将溴吹出，用纯碱溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到溴单质。该方法涉及到的反应有①________________________________________________________________________(写出离子方程式)；②3Br2＋3CO2－3===BrO－3＋5Br－＋3CO2↑；③BrO－3＋5Br－＋6H＋===3Br2＋3H2O。其中反应②中氧化剂是________；还原剂是________。(2)空气吹出SO2吸收法。该方法基本同(1)，只是将溴吹出后是用SO2来吸收的，使溴转化为氢溴酸，然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质溴。写出溴与二氧化硫反应的化学方程式：________________________________________________________________________。(3)溶剂萃取法。该法是利用单质溴在水中和有机溶剂中溶解度的不同的原理来进行的。实验室中萃取用到的实验仪器名称是____________。下列可以用于海水中溴的萃取的溶剂是________(填序号)。①乙醇②四氯化碳③硝酸解析工业上提取溴的原理：将氯气通入到富含溴离子的海水中，把溴置换出来，然后被某些溶液吸收，再提纯即可得到。Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2，溴与二氧化硫反应的化学方程式：Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4，方法(3)是利用物理方法，用有机溶剂溶解，因为溴易溶于有机溶剂，作为海水中萃取溴的溶剂只能是②四氯化碳。答案(1)Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2Br2Br2(2)Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4(3)分液漏斗②、5海水中的溴元素是以Br-形式存在的，海水提溴的关键反应是用Cl2将Br-氧化为Br2，然后将Br2利用空气吹出法分离出来。题型4海带中提取碘例4海带中含有丰富的碘。为了从海带中提取碘，某研究性学习小组设计并进行了以下实验：请填写下列空白：(1)步骤①灼烧海带时，除需要三脚架外，还需要用到的实验仪器是______________(从下列仪器中选出所需的仪器，用标号字母填写空白处)。A．烧杯B．坩埚C．表面皿D．泥三角E．酒精灯F．干燥器(2)步骤③的实验操作名称是______；步骤⑥的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收苯，该步骤的实验操作名称是________。(3)步骤④反应的离子方程式是____________________________________________。(4)步骤⑤中，某学生选择用苯来提取碘的理由是________________________________________________________________________。(5)请设计一种检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘的简单方法：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析(1)步骤①是对干燥海带加热灼烧，与三脚架一起使用的常常是泥三角、坩埚和酒精灯。(2)步骤③是由海带灰悬浊液得含碘离子的溶液，因此一定要进行过滤。步骤⑥是从混溶碘的苯溶液中分离碘和回收苯，因二者在水中溶解度都不大，因此只能用蒸馏分离的方法。(3)结合“碘离子――→MnO2＋H2SO4稀含碘水溶液”，再联想实验室中Cl2的制备不难写出④的离子方程式为2I－＋MnO2＋4H＋===Mn2＋＋I2＋2H2O(4)因碘不易溶于水而易溶于有机溶剂苯，且苯不溶于水易与水溶液分层，这是选取萃取剂的原则。(5)根据碘单质遇淀粉变蓝这一现象，可以取少量提取碘之后的溶液，加入淀粉看是否变蓝来检验。答案(1)BDE(2)过滤蒸馏(3)2I－＋MnO2＋4H＋===Mn2＋＋I2＋2H2O(4)苯与水互不相溶；碘在苯中的溶解度比在水中大(5)取少量提取碘后的水溶液于试管中，加入几滴淀粉试液；观察是否出现蓝色(如果变蓝，说明还有单质碘，反之则没有单质碘)题型5海水资源的综合利用例5海水是一个巨大的化学资源宝库，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可以得到钾单质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Cl2、6D．利用潮汐发电是将化学能转化为电能解析海水中的钾元素是以化合态形式存在的，要由化合态转变为游离态，一定发生氧化还原反应，故A不正确；海水蒸发制海盐，发生了物理变化，B也不正确；电解熔融NaCl可以制得Na和Cl2，C正确；潮汐发电是将机械能转化为电能，因此D也不正确。答案C1．存在于海底的大量多金属结核矿(如图4－2)，将是人类重要的金属资源……提示目前海底矿藏资源的勘探和开采技术还不够成熟，要投入实用更面临许多难题。除了成本比陆地高以外，还存在破坏生态环境等问题。有资料表明，开采海底矿藏作为一个产业将在2010～2030年才能形成。2．通过调查访问和查阅资料，了解回收废旧钢铁、铝制品等在节约能源……提示废旧金属资源的再生利用肩负着提供新资源、改善环境和保护人类生存条件等任务，是一项利在当代、功在千秋的社会性公益事业。(1)地球上的金属矿产资源是有限的，不可再生的，随着社会的发展，金属矿产资源越来越少。(2)金属制品在使用过程中会被不断地腐蚀和损坏，新旧更替中，产生大量垃