高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 自然资源的开发利用导学案

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第1课时 金属矿物的开发利用 海水资源的开发利用
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
极少数以__________形式存在，如金、铂等，绝大多数以__________形式存在。
2．金属的冶炼
(1)概念：将金属矿物中的金属从其化合物中__________出来的过程。
(2)原理：利用氧化还原反应原理，在一定条件下，使金属离子__________电子被__________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
金属活泼性与冶炼方法的关系如下：
(1)热分解法——冶炼不活泼金属
①分解HgO制取Hg：______________________________
②分解Ag2O制取Ag：______________________________
(2)电解法——冶炼活泼金属
①冶炼钠：______________________________
②冶炼镁：______________________________
③冶炼铝：______________________________
(3)热还原法——高温还原
热还原法常用的还原剂有__________、__________、__________、一些活泼金属等。
①高炉炼铁：CO还原Fe2O3的化学方程式为______________________________
②铝热反应：Al还原Fe2O3的化学方程式为______________________________
(4)其他方法
湿法炼铜：Fe与CuSO4溶液反应制取铜的化学方程式为______________________________
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)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。
二、海水资源的开发利用
1．海水水资源的开发利用
(1)利用途径：海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却等。
(2)海水淡化：通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。
海水淡化的方法主要有__________、__________、________________和膜分离法等。其中__________的历史最久。
(3)海水的蒸馏
①主要仪器：A__________，B__________，C__________。
②冷却水的流向：______口进，______口出。
③B中加入碎瓷片的目的是____________________。
2．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：________________________________________。
②制钠和氯气：________________________________________。
③制盐酸：________________________________________。
④制漂白剂(84消毒液)：________________________________________。
⑤制纯碱：______________________________________；______________________________________。
(2)海水提溴
①海水提溴的方法(吹出法)
②氧化、吸收环节主要的离子方程式：
________________________________________、________________________________________。
3．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。
►问题一 金属的冶炼原理及应用
【典例1】金属元素的原子结构决定了金属元素的性质、在自然界中的存在形式及冶炼方法。
(1)金属的冶炼一般有下列方法：
a．焦炭法b．水煤气(氢气和一氧化碳)法
c．活泼金属置换法d．电解法
请从上述四种方法中选择相应的字母填入表中空格：
写出Al与Cr2O3反应的化学方程式：_______________________________________。
(2)铜在地壳中的含量远低于铝，但人类利用铜的历史远早于铝，这与古代发生的森林大火有一定的关系，因为人类在大火之后的灰烬中会发现红色发亮的物质。现在人们认识到，这种物质就是孔雀石[主要成分为Cu2(OH)2CO3，热稳定性差]在大火中转化而生成的铜，写出大火中与铜元素有关的三个化学方程式：__________________________________________。
【归纳小结】
(1)在金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，其阳离子越容易被还原，金属的位置越靠前，其阳离子越难被还原。
(2)冶炼Mg时只能电解MgCl2，不能电解MgO(熔点太高)。
(3)冶炼Al时只能电解Al2O3，不能电解AlCl3(共价化合物，熔融时不导电)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。
【变式练1-1】从本质上讲，工业上冶炼金属的反应一定都属于( )
A．氧化还原反应 B．置换反应
C．分解反应 D．复分解反应
【变式练1-2】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＋3O2eq \(=====,\s\up7(高温))2PbO＋2SO2；
③制粗铅：PbO＋Ceq \(=====,\s\up7(高温))Pb＋CO↑；PbO＋COeq \(=====,\s\up7(高温))Pb＋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1 ml PbS冶炼成Pb理论上至少需要6 g碳
C．方铅矿焙烧反应中，PbS是还原剂，还原产物只有PbO
D．整个冶炼过程中，制取1 ml Pb共转移2 ml电子
【变式练1-3】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：
______________________________________________________________________。
►问题二 海水资源的开发利用
【典例2】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下图所示：
(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)步骤②中，用热空气将Br2吹出，利用溴的性质为___________________________，从步骤②到步骤④的目的是_________________________。
(4)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
(5)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_________________________。
【变式练2-1】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Na
D．利用潮汐发电是将化学能转化为电能
【变式练2-2】从海带中提取碘单质，工艺流程如下。下列关于海带制碘的说法错误的是( )
干海带eq \(――→,\s\up7(灼烧))海带灰eq \(――→,\s\up7(沸水),\s\d5(浸泡))悬浊液eq \(――→,\s\up7(过滤))滤液eq \(――→,\s\up7(H＋),\s\d5(H2O2))碘水eq \(――→,\s\up7(CCl4))I2的CCl4溶液
A．实验室灼烧干海带在坩埚中进行
B．沸水浸泡的目的是使I－充分浸出
C．由滤液获得碘水，发生的离子反应为2I－＋H2O2===I2＋2OH－
D．可以用淀粉溶液检验碘水中的I2
【基础强化】
1．我国古代炼丹家魏伯阳所著《周易参同契》是世界上现存最早的一部炼丹专著。书中描写到：“金入于猛火，色不夺精光。”这句话的意思是指黄金的性质在强热条件下( )
A．活泼 B．稳定 C．易氧化 D．易还原
2．下列金属冶炼的反应原理不正确的是( )
A．MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑
B．Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2
C．2HgOeq \(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑
D．2AlCl3(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))2Al＋3Cl2↑
3．海水淡化可采用膜分离技术。如图所示，对淡化膜右侧的海水加压，水分子可以透过淡化膜进入左侧淡水池，而海水中其他各种离子不能通过淡化膜，从而得到淡水。对加压后右侧海水成分变化分析正确的是( )
A．溶质质量增加B．溶剂质量减小
C．溶液质量不变D．溶质质量分数减小
4．钛(Ti)有“未来钢铁”之称，工业上常以反应：TiCl4＋2Mgeq \(=====,\s\up7(△))Ti＋2MgCl2获得海绵状钛，该反应进行时是在( )
A．稀有气体中 B．空气中 C．氮气中 D．CO2气体中
5．下列化学反应在金属冶炼工业中还没有得到应用的是( )
A．2NaCl(熔融) eq \(=====,\s\up7(电解),\s\d5( )) 2Na＋Cl2↑
B．Al2O3＋3C eq \(========,\s\up7(2 125 ℃),\s\d5( )) 2Al＋3CO↑
C．Fe2O3＋3CO eq \(=====,\s\up7(高温),\s\d5( )) 2Fe＋3CO2
D．2Ag2O eq \(=====,\s\up7(△),\s\d5( )) 4Ag＋O2↑
6．海洋又被称为绿色宝库，下列关于海洋的说法正确的是( )
A．海洋约占地球表面积的71%
B．海水中元素仅为有限的十几种
C．蒸馏是海水淡化的唯一方法
D．海水因有腐蚀性而不能冷却循环使用
7．据报道，挪威和荷兰正在开发一种新能源——盐能。当海水和淡水混合时，温度将升高0.1 ℃，世界所有入海口的这种能源相当于电力需求的20%。海水和淡水混合时，温度升高最可能的原因是( )
A．发生了盐分解反应B．发生了水分解反应
C．由于浓度差产生放热D．盐的溶解度增大
8．如图所示，NaCl是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是( )
A．石灰乳与Cl2的反应中，Cl2既是氧化剂又是还原剂
B．25 ℃时，NaHCO3在水中的溶解度比Na2CO3大
C．Cl2与过量的铁反应生成FeCl2
D．图示转化反应都是氧化还原反应
9．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)Ⅰ和Ⅱ步骤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)实验室里常往AlCl3溶液中加入__________(填“氨水”或“NaOH溶液”)来制取Al(OH)3。
10．海水是巨大的资源宝库，可以进行综合利用。从海水中提取淡水、食盐和溴的过程如下：
(1)步骤Ⅰ获得Br2的化学反应的离子方程式为__________________________________。
(2)步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2使溴蒸气转化为氢溴酸以达到富集的目的，其反应的化学方程式为
_________________________________，在该反应中氧化剂是______________(填化学式)；若反应中生成2 ml HBr则消耗________ml SO2。
(3)根据上述反应可判断出SO2、Cl2、Br2三种物质氧化性由强到弱的顺序是______________________。
【能力提升】
1．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
2．诺贝尔化学奖获得者施罗克等人发现金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。工业上冶炼钼的化学反应过程为
①2MS2＋7O2eq \(=====,\s\up7(高温))2MO3＋4SO2
②MO3＋2NH3·H2O===(NH4)2MO4＋H2O
③(NH4)2MO4＋2HCl===H2MO4↓＋2NH4Cl
④H2MO4eq \(=====,\s\up7(高温))MO3＋H2O
⑤用还原剂将MO3还原成金属钼
则下列说法正确的是( )
A．MS2煅烧产生的尾气可直接排放
B．MO3是金属氧化物，也是碱性氧化物
C．H2MO4是一种强酸
D．利用H2、CO和Al分别还原等量的MO3，所消耗还原剂的物质的量之比为3∶3∶2
3．从海带中提取I2的实验方案如下。下列说法中不正确的是( )
A．实验方案中2次使用到过滤操作
B．向滤液中加入双氧水的作用是将I－氧化为I2
C．I－和IOeq \\al(－,3)在酸性条件下发生反应的离子方程式为I－＋IOeq \\al(－,3)＋2H＋===I2＋H2O
D．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
4．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。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燃烧形成的
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
5．海水是巨大的资源宝库，海水淡化及其综合利用具有重要意义。
请回答下列问题：
(1)请列举除蒸馏法外海水淡化的一种方法：__________________________。
(2)步骤Ⅰ中，粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SOeq \\al(2－,4)等杂质离子，精制时常用的试剂有①稀盐酸；②氯化钡溶液；③氢氧化钠溶液；④碳酸钠溶液。下列加入试剂的顺序正确的是________(填字母)。
A．①②③④ B．②③④① C．②④③① D．③④②①
(3)步骤Ⅱ已经获得Br2，步骤Ⅲ又将Br2还原为Br－，其目的是___________________________。
(4)写出步骤 Ⅲ 反应的离子方程式：_________________________________________。
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。
2．了解海水的主要组成元素，了解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。
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氧化得到产品溴后蒸馏分离
高炉炼铁
湿法炼铜
铝热法炼铬
工业上冶炼铝