4.1开发利用金属矿物质和海水资源学案(人教版必修2)

第一节开发利用金属矿物和海水资源【课标要求】1.掌握金属冶炼的原理，熟悉常见金属冶炼的方法2.了解铝热反应的实验原理、步骤及应用3.了解海水淡化的方法及海水中含有元素的种类、数量。4.了解验证海水中碘元素的实验方法，及海水中溴、镁的提取方法。【知识回顾】1、回忆并写出金属活动顺序表：___________________________________。2、金属在自然界中的存在形态为_______和___________。【自学探究】一、金属矿物的开发利用1、金属的冶炼：除了等极少数金属外，绝大多数金属元素以的形式存在于自然界。工业上金属的冶炼是指。（1）热分解法在金属活动顺序中，位于汞以后的不活泼金属可以直接用的方法从其化合物中还原出来。例如：（写化学方程式）氧化汞分解：，氧化银分解：(2)电解法对于一些非常活泼的金属，采用一般的还原剂很难将它们还原出来，工业上常用冶炼，例如：（写化学方程式）电解熔融的氯化镁：_________________________________电解熔融的氧化铝：_________________________________电解熔融的氯化钠：_________________________________(3)热还原法①对于金属活动顺序表中Zn-Cu段的金属的冶炼可以通过来完成，常用的还原剂有、、等。例如：（写化学方程式）氧化铜和氢气反应方程式：氧化铁和一氧化碳反应方程式：②铝热反应观察【实验4-1】，完成下列表格现象铝与氧化铁反应的化学方程式【归纳小结】（1）应用:对于一些高熔点的金属,如铁、铬、锰、钨等都可以用冶炼。（2）铝热反应的原理：_______________________________________________________2.合理开发和利用矿物资源，有效使用金属产品、材料，主要的途径有，，，。【归纳总结】1、金属冶炼的实质：金属的冶炼实际是金属化合物发生氧化还原反应，使金属离子从化合物中还原出来成为单质，可表示为：Mn++ne-→M2、金属冶炼的方法与金属活动性顺序的关系：二、海水资源的开发利用1.海水中水的储量约为1.3×109亿吨，约占地球上总水量的。海水中水资源的利用主要包括和。2.海水淡化的方法主要有：、、等。3.由于的相互作用，海水中溶解和悬浮着大量的和。4.海水中主要的化学元素有________________________________,其他为微量元素,总计含有80多种元素.由于海水的储量大，即使有些元素的富集程度很低，其总量也很可观。5.【实验探究】验证海水中存在碘元素阅读【实验4-2】，填写下表现象解释或用离子方程式表示往滤液中加几滴稀硫酸和H2O2再往上述溶液中加入几滴淀粉溶------液6.结合课本P85资料卡片内容，设计一个实验方案，模拟Br_转变为Br2的生产过程，写出实验步骤及有关的化学方程式。【知识拓展】海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：请根据以上流程步骤，写出涉及到化学方程式。【课堂达标】一、选择题1.金属的冶炼根据金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法，以下不是金属冶炼方法的是（）A.2HgO2Hg+O2↑B.2NaCl（熔融）2Na+Cl2↑C.SiO2+2CSi+2CO↑D.3CO+Fe2O33CO2+2Fe2.铝能冶炼某些熔点高,硬度大的金属是因为铝()A.具有导电性和导热性B.具有还原性,且生成氧化铝时放出大量热C.在空气中燃烧,发出耀眼的白光D.是一种金属,且密度小,熔点较低3.在冶金工业上，均不能用通常化学还原剂制得的一组金属是()A.Na、Mg、Al、BaB.Na、K、Zn、FeC.Zn、Fe、Cu、AgD.Mg、Al、Zn、Fe4.工业上利用下述反应在真空中炼铷：2RbCl+MgMgCl2+2Rb.这一反应能进行的原因是（）A．在高温下镁的金属活动性比铷强B．铷的沸点比镁低，以气体形式被抽去C．铷的熔点比镁低，以液体形式被抽去D．MgCl2的稳定性比RbCl的强5.从金属利用的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是近百年的事。这个先后顺序跟下列有关的是：①地壳中的金属元素的含量；②金属活动性顺序；③金属的导电性；④金属冶炼的难易程度；⑤金属的延展性；（）A．①③B．②⑤C．③⑤D．②④6.从海水中提取下列物质，可以不涉及化学变化的是（）A、MgB、NaClC、Br2D、K7.下列哪种试剂加入到含有Br—的溶液中，可以将Br—氧化为Br2（）A、I2B、I—C、Cl2D、Cl—8.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3·xH2O，Fe2O3、SiO2等)提取纯Al2O3做冶炼铝的原料，提取时操作过程如下图，指出图中操作错误的是A．④⑤B．③④C．②⑤D．①②二、填空题9.冶炼和提取金属常用以下几种方法：①以C或CO、H2作还原剂还原②电解法③热分解法④铝热反应⑤富集法，现冶炼和提取下列金属，试标明适宜的冶炼或提取方法（填序号）。Fe________；Mg________；Cu_________；Hg________；Na_________；Au_________。10.全球海水中溴的藏量丰富，约占地球溴总藏量的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，使溴置换出来，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）；②Br2+3CO32－＝BrO3－+5Br－+3CO2↑;③BrO3－+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试剂的。①乙醇②四氯化碳③硝酸④裂化汽油11.工业“从海水中提取镁”的流程图如下：其步骤为：①将海边大量存在的贝壳煅烧成石灰，并将石灰制成石灰乳；②将石灰乳加入到海水沉淀池中经过滤得到Mg(OH)2沉淀；③在Mg(OH)2沉淀中加入盐酸得到MgCl2溶液，再经蒸发结晶得到MgCl2·6H2O；④将MgCl2·6H2O在一定条件下加热得到无水MgCl2；⑤电解熔融的氯化镁可得到Mg。请回答以下问题：⑴步骤③中的蒸发是利用风吹日晒来完成的，而在实验室中进行蒸发操作需要的主要仪器有、、酒精灯、铁架台等。⑵步骤④中的“一定条件”指的是⑶上述提取镁的流程中，在降低成本、减少污染方面做了一些工作，请写出其中一点：。⑷有同学认为：步骤②后可加热Mg(OH)2得到MgO，再电解熔融的MgO制金属镁，这样可简化实验步骤，体现实验的简约性原则。你同意该同学的想法吗？为什么？你的观点是。理由是。《导学方案》参考答案【知识回顾】1、KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu2、游离态化合态【自学探究】一、金属矿物的开发利用金、铂，化合物利用金属矿石，将其中的金属从其化合物中还原出来（1）加热分解，2HgO2Hg+O2↑2Ag2O4Ag+O2↑(2)电解法冶炼，MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑2Al2O3（熔融）4Al+3O2↑2NaCl（熔融）2Na+Cl2↑（3）①在高温下发生氧化还原反应，焦炭、一氧化碳、氢气CuO+H2Cu+H2OFe2O3+3CO2Fe+3CO2②现象：镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的光芒。纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，除去外层熔渣，可以发现落下的是铁珠。反应方程式：Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3【归纳小结】1、铝热反应2、一些活泼金属可作还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。3.提高金属矿物的利用率，减少金属的使用量，加强金属资源的回收和再利用，使用其他材料代替金属材料等。二、海水资源的开发利用1、97%海水的淡化，直接利用海水进行循环冷却等。2、蒸馏法、电渗析法、离子交换法等3、与岩石、大气和生物的相互作用，无机物有机物4、H、O、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr【实验探究】溶液由无色变为棕黄色，2I一+H2O2+2H+=I2+2H2O，溶液变蓝6、（1）浓缩：用蒸馏法将海水浓缩，用硫酸将浓缩后的海水酸化；（2）氧化：向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：2NaBr+C12=2NaCl+Br2；（3）富集：向含有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的吸收塔内以达到富集的目的：Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4；（4）提取：向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：2HBr+C12=2HCl+Br2；【知识拓展】CaCO3CaO+CO2↑，CaO+H2O=Ca(OH)2MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2OMgCl2（熔融）Mg+C12↑《课堂达标》答案一、1.C2.A3.A4.B5.D6.B7.C8.A二、9、①④，②，①，③，②，⑤10.（1）Cl2+2Br－＝2Cl－+Br2；Br2；Br2（2）Br2＋SO2＋2H2O＝2HBr＋H2SO4；（3）分液漏斗；②。11.（1）蒸发皿、玻璃棒（2）在HCl气流中（3）物质循环使用（其他合理答案也可）（4）不同意MgO熔点太高，需消耗大量的电能【经典名题例析】【例1】冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气（或H2或CO）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，（Ⅲ）从光卤石（主要成分MgCl2）中炼镁。对于它们的冶炼方法的分析不正确的是（）A、（Ⅰ）用①B、（Ⅱ）用②C、（Ⅲ）用③D、（Ⅳ）用④解析：对于（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）、（Ⅳ）发生的反应及如何选择金属的冶炼方法：（Ⅰ）：Cu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O、2CuO+C2Cu+CO2↑符合①；（Ⅱ）：Fe+CuSO4=====FeSO4+Cu符合③；（Ⅲ）：Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3符合③；（Ⅳ）：先从光卤石中提出MgCl2，再电解MgCl2：MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑符合④。综上所述，本题应选B。答案：B【例2】铝热剂并不单指Fe2O3与铝粉的混合物，实际上铝粉可以与许多金属氧化物配成铝热剂。如铝粉与Fe3O4、V2O5、MnO2等均可发生铝热反应。（1）写出上述铝热反应的化学方程式：①②③（2）据上述反应可总结出铝热反应的特点：①铝热反应实际上属于四大基本反应类型中的，其中铝表现了其性，作剂；②铝热反应常用于冶炼金属性比铝（填“强”或“弱”）的金属。解析：铝热反应的实质是在较高温度下，用较活泼的还原剂铝，把活泼性相对弱的金属从其氧化物中还原出来。答案：（1）①3Fe3O4+8Al9Fe+4Al2O3②3V2O5+10Al6V+5Al2O3③3MnO2+4Al3Fe+2Al2O3（2）①置换反应还原还原②弱【例3】碘是人体必须的元素之一，海洋植物如海带、海藻中含有丰富的、以碘离子形式存在的碘元素。在实验室中，从海藻里提取碘的流程和实验装置图4—2所示：（1）指出上述提取碘的过程中有关实验操作的名称：步骤①，步骤③。写出步骤②对应反应的离子方程式：。（2）提取碘的过程中，可供选择的有机试剂是_______________。A.酒精B.四氯化碳C.苯D.醋酸（3）为了使海藻灰中的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和物品，尚缺少的玻璃仪器是。（4）从含碘的有机溶剂中提取碘和回收有机溶剂，还需要经过蒸馏。指出下图实验装置中存在的错误之处：①；②；③。（5）进行上述蒸馏操作时，使用水浴的原因是；最后晶