人教版 (2019)必修 第二册第一节 自然资源的开发利用第1课时学案设计

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

　　　　　　　　　　　　必备知识·自主学习答案P171

一、金属矿物的开发利用

1.金属在自然界中的存在形态

2.金属冶炼原理

将金属从其化合物中　　　出来,用于生产各种金属材料的过程。 

3.金属的冶炼方法

书写有关反应的化学方程式:

4.金属矿物资源开发和利用的主要措施

(1)提高金属矿物的　　　　　; 

(2)开发　　　　　　的金属冶炼方法; 

(3)防止金属的　　　; 

(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　　　和　　　　　。 

　(1)

(情境思考)当铁轨有缝隙时,维修工人常将铝粉与氧化铁的混合物点燃,让熔融的铁水流入铁轨的缝隙,冷却后就将铁轨牢牢地黏在一起。你知道其工作原理吗?

(2)所有金属单质必须通过化学反应才能获得吗?

(3)(知识关联)从氧化还原反应的角度分析,金属冶炼的实质是什么?

二、海水资源的开发利用

1.海水中的水资源

(1)储量:海水中水的储量约占地球上总水量的　。 

(2)海水中水资源的利用

2.海水中的化学资源

(1)海水中化学资源的特点

(2)海水化学资源的开发利用

①海水制盐

把海水引到盐滩上,利用日光和风力使水分蒸发,得到食盐。食盐除供食用外,还作为化工原料用于生产　、 　　　、钠、氯气、　　　等; 

②制取其他化工产品

从海水中制取　　　　　　　　及其他化工产品。 

③海水淡化与化工生产结合、与能源技术结合,成为海水综合利用的重要方向。如图为海水综合利用的示意图。

3.从海水中获取能量

(1)从海水中提取铀和重水,用于　　　开发。 

(2)开发　　　　　、　　　　　等新型能源。 

　(1)用海水蒸馏法制取淡水有哪些优缺点?

(2)海水制盐属于物理变化,还是化学变化?

(3)(教材二次开发)教材P101【思考与讨论】中海水提溴的过程中,哪几个过程发生了氧化还原反应?

　　　　　　　　　　　　关键能力·合作学习答案解析P172

　知识点一　金属冶炼 

1.金属的冶炼方法与金属活动性的关系

2.金属冶炼的三个步骤及目的

3.铝热反应

4.Fe、Cu、Mg常见的冶炼原理

(1)Fe:高炉炼铁:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

铝热法炼铁:Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3

(2)Cu:热还原法炼铜:2CuO+C2Cu+CO2↑

火法炼铜:Cu2S+O22Cu+SO2

湿法炼铜:Fe+CuSO4FeSO4+Cu

(3)Mg:热还原法炼镁:MgO+CMg+CO↑

电解法炼镁:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑

　(1)(思维升华)为什么冶炼镁时不能选用MgO,而选用MgCl2?

(2)(情境应用)如图是我国古代和现代冶金的两张图片,那么人类使用金属的年代先后顺序与金属的活动性有什么关系?

【典例】(双选)(2020·阳泉高一检测)有关金属的冶炼原理,下列说法正确的是 (　　)

A.肯定发生的是置换反应

B.肯定发生的不是复分解反应

C.肯定发生的是氧化还原反应

D.只能用金属作还原剂冶炼金属

　下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是 (　　)

知识点二　海水提溴工艺 

1.工艺流程

2.主要过程

1.(思维升华)上述转化过程中,步骤①、③中均发生反应:Cl2+2Br-Br2+2Cl-,设计这两步操作的目的是什么?

2.(教材二次开发)有人说步骤①通入氯气氧化后直接用有机溶剂萃取出溴即可,你认为其建议是否合理?

3.利用空气吹出法提取溴是利用了溴的什么性质?

【典例】海水中溴元素以Br-形式存在,工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如图所示:

(1)步骤①反应的离子方程式是　。 

(2)步骤③反应的化学方程式是　。 

(3)从理论上考虑,下列物质也能充分吸收Br2的是　　　　(填字母)。 

A.NaOH　　B.FeCl2　　C.Na2SO3　　D.H2O

(4)步骤⑤蒸馏过程中,温度应控制在80~90 ℃。温度过高或过低都不利于生产,若温度过高,大量水蒸气随溴排出,溴蒸气中水分增加;若温度过低,则　　　　　　　　　。 

　【母题追问】(1)在步骤①③④中溴元素均被氧化?

(2)CCl4不溶于水且密度大于水,Br2极易溶于CCl4,如何用CCl4将溴水混合物Ⅱ中的溴分离出来?

　海洋约占地球表面积的71%,具有十分丰富的资源。

海洋资源包括:①海洋生物资源(图1);②海底矿产资源(包括石油、天然气等,图2);③海洋能源,包括潮汐能、波浪能、海水温差能、海流能及盐度差能等。它们是 “再生性能源”,永远不会枯竭,也不会造成环境污染(图3)。

问题1. 海水总量极大,金、铀等微量元素在海水中的总量自然也大,但从海水中获取这些微量元素的成本很高。试分析其原因。

问题2.从海带中提取碘的流程图如下:

海带海带灰滤液含I2溶液I2的CCl4溶液单质I2

①灼烧时,应在什么仪器中进行?

②氯气、双氧水在酸性条件下是否都能将碘离子(I-)氧化成单质碘(I2)?若能,写出反应的离子方程式。

③如何检验通入氯气后所得溶液含有I2?

三言两语话重点

1.金属冶炼的实质是金属化合物中的金属阳离子得到电子被还原为金属单质。

2.常见金属的冶炼方法:

(1)K、Ca、Na、Mg、Al电解法。

(2)Zn~Cu热还原法。

(3)Hg、Ag热分解法。

3.海水淡化的主要方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。

4.海水提溴的工艺流程:

海水Br2溴蒸气HBrBr2液溴。

　　　　　　　　　　　　课堂检测·素养达标答案解析P172

1.(原创)金属使用的发展历程如下:

由此得出的下列结论中正确的是 (　　)

A.金属越活泼被发现越早

B.金属发现的早晚与其在地壳中的含量有关

C.金属的化合价越高,被发现的越晚

D.金属越活泼,其金属单质越难冶炼

2.下列方法中,不能实现海水淡化的是 (　　)

A.蒸馏法　　　　　　　　B.电渗析法

C.过滤法　 D.离子交换法

3.(双选)(2020·三明高一检测)冶炼是一种提炼技术,是指用焙烧、熔炼、电解以及使用化学药剂等方法把矿石中的金属提取出来;减少金属中所含的杂质或增加金属中某种成分,炼成所需要的金属。下列说法错误的是              (　　)

A.加热HgO制取Hg

B.电解熔融氯化铝制取铝

C.电解饱和食盐水来制取金属钠

D.不能利用铝热反应制取镁

4.“空气吹出法”海水提溴的工艺流程如下:

下列说法中,不正确的是 (　　)

A.实验室保存溴通常加少量水

B.海水提溴与海水提镁发生的所有反应均为氧化还原反应

C.经过吸收塔后,溴元素得到了富集

D.蒸馏塔中还发生了化学变化

素养新思维

5.海带,又名纶布、昆布、江白菜,是多年生大型食用藻类。海带成本低廉,营养丰富,是一种重要的海生资源。海带是一种营养丰富的食用褐藻,含有60多种营养成分。

某同学为了验证海带中含有碘元素,拟进行如下实验,请完成相关问题。

(1)第1步:灼烧。操作是将足量海带灼烧成灰烬。该过程中不会用到的实验仪器有　　　　(填代号)。 

A.试管　　B.瓷坩埚　　C.坩埚钳　　D.铁三脚架

E.泥三角　　F.酒精灯　　G.烧杯　　H.量筒

(2)第2步:I-溶液的获取。操作是 

　。 

(3)第3步:氧化。操作是向滤液中依次加入稀硫酸和合适的氧化剂。下列氧化剂最好选用　　　　(填代号)。 

A.浓硫酸　　　　　　　　B.新制氯水

C.酸性KMnO4溶液 　　　 D.H2O2

理由是　。 

(4)第4步:碘单质的检验。操作是取少量第3步的溶液,滴加淀粉溶液,如果溶液显蓝色,则证明海带中含有碘元素。

一、1.金　铂　化合态　2.还原

3.2HgO2Hg+O2↑

2Ag2O4Ag+O2↑

2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑

MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑

2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

2Al+Fe2O32Fe+Al2O3

4.(1)利用率　(2)环保高效　(3)腐蚀　(5)回收　再利用

【自主探索】

　(1)提示:高温条件下,铝粉与Fe2O3发生反应,化学方程式为Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe。

(2)提示:不一定。有些金属在自然界中以游离态存在,不必通过化学反应获得,比如金、铂等通过物理方法获得。

(3)提示:用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变为金属原子。可表示为Mn+(化合态)M(游离态)。

二、1.(1)97%　(2)淡化　循环冷却　蒸馏　离子交换　电渗析

2.(1)Cl、Na、K、Mg　很大　很低

(2)①烧碱　纯碱　盐酸　②镁、钾、溴　3.(1)核能　(2)潮汐能　波浪能

【自主探索】

　(1)提示:优点是设备简单,技术和工艺比较成熟。缺点是耗能大,成本较高。

(2)提示:海水制盐是利用日光和风力使海水中水分蒸发从而使食盐结晶析出,因此属于物理变化。

(3)提示:氧化(Br-→Br2)、吸收(Br2→HBr)、蒸馏(HBr→Br2)。

知识点一

【合作探究】

　(1)提示:MgO和MgCl2虽然都是离子化合物,但MgO熔点太高,熔化时能耗多,而MgCl2熔点低,易熔化。

(2)提示:金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。金属越活泼,冶炼时所需条件要求越高,在人类历史上出现相对晚一些。金属越不活泼,冶炼的方法越简单,人们使用的时间越早,所以有青铜、铁器等时代的发展历程。

【典例示范】

【典例】B、C　金属冶炼的实质是将化合态的金属元素转化为游离态的金属,肯定发生了氧化还原反应,一定不是复分解反应,但不一定是分解反应或置换反应,用作还原剂的不一定为金属。

【素养训练】

　C　活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼,中等活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法冶炼,不活泼金属Hg、Ag利用热分解法冶炼,故A、B、D正确;C项为火法炼铜,错误。

知识点二

【合作探究】

1.提示:目的是将海水中的溴元素富集。

2.提示:不合理,直接萃取单质溴不仅需要大量的萃取剂,还会造成一部分溴流失,使成本增加。

3.提示:主要是利用Br2沸点低、易挥发,能被热空气和H2O(g)以溴蒸气形式吹入吸收塔。

【典例示范】

【典例】【解析】(1)海水中的溴离子容易被氯气氧化为溴的单质,氧化性氯气比溴强,反应的离子方程式为2Br-+Cl2Br2+2Cl-;(2)溴单质有氧化性,二氧化硫具有还原性,溴和二氧化硫在水溶液中易发生氧化还原反应,反应的化学方程式为SO2+Br2+2H2OH2SO4+2HBr;(3)NaOH溶液和溴单质反应生成溴化钠、次溴酸钠和水,可以吸收,故A正确; FeCl2溶液具有还原性,可以被溴单质氧化为氯化铁,可以吸收溴单质,故B正确;Na2SO3 溶液具有还原性,可以被溴单质氧化,能吸收溴单质,故C正确;H2O和溴单质反应微弱,不能充分吸收溴单质,故D错误;(4)在溴水中,溴的沸点是58.5 ℃,水的沸点是100 ℃,温度过高,大量水蒸气随之排出,溴蒸气中水分增加;温度过低,溴不能完全蒸出,产率低。

答案:(1)2Br-+Cl2Br2+2Cl-

(2)SO2+Br2+2H2OH2SO4+2HBr

(3)ABC　(4)溴不能完全蒸出,产率低

【母题追问】(1)提示:不是。步骤①和④2Br-+Cl2Br2+2Cl-,溴被氧化。步骤③SO2+Br2+2H2OH2SO4+2HBr,溴元素被还原。

(2)提示:溴水混合物ⅡBr2的CCl4溶液Br2

【素养训练】

　问题1.提示:由于金、铀等微量元素在海水中的含量很低,从海水中富集含微量元素的化合物需要很高的成本。

问题2.①提示:灼烧时温度较高,应在坩埚中进行。

②提示:能。Cl2+2I-I2+2Cl-,2I-+H2O2+2H+I2+2H2O。

③提示:取少量溶液加几滴淀粉溶液,溶液变蓝色。

1.D　2.C　3.B、C　

4.B　溴易挥发,加水液封可以减少挥发损失,故A 正确;海水提镁的过程中,发生了镁盐与碱反应生成氢氧化镁的复分解反应,为非氧化还原反应,故B 错误;经过吸收塔后,溶液中的Br-浓度远大于进入吹出塔之前的海水中的Br-浓度,因此得到了富集,故C正确;蒸馏塔中发生的反应为2Br-+Cl22Cl-+Br2,故D正确。

5.【解析】(1)先分析灼烧固体物质所用的仪器有哪些,然后再选出不会用到哪些仪器。(2)海带灼烧后的灰烬中含有可溶性碘盐和难溶固体物质。要得到含有I-的溶液,须将灰烬充分溶解,并过滤以除去残渣。(3)浓硫酸、新制氯水、酸性KMnO4溶液、H2O2均能将I-氧化为I2。前三者会引入新杂质,而H2O2的还原产物为H2O,无其他物质生成,所以氧化剂最好选用H2O2。

答案:(1)AGH　(2)将灰烬转移到烧杯中,加适量蒸馏水,用玻璃棒充分搅拌,煮沸,过滤得滤液　(3)D　双氧水又称“绿色氧化剂”,其参加氧化还原反应时还原产物为H2O,无污染且不引入新的杂质