第十一章第一节开发利用金属矿物和海水资源.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,【,考纲点击,】,1,了解金属矿物和海水的综合利用,2,了解化学科学发展对自然资源利用的作用,【,考情播报,】,1,金属的活动性顺序、金属冶炼的一般原理,2,结合从海水资源中提取,Mg,、,Br2,、,Cl2,的生产工艺流,程考查元素及其化合物知识以及化学基本原理的应用,.,1,金属在自然界的存在,金、铂等化学性质不活泼的金属在自然界以,存在，化学性质较活泼的金属在自然界中以,存在,游离态,化合态,2,金属冶炼的一般步骤,(1),：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量,(2),冶炼：利用氧化还原反应，用,把金属矿石中的金属,离子,成金属单质,(3),精炼：提纯金属,还原剂,富集,还原,3,金属冶炼的方法,(1),热分解法,用加热分解氧化物的方法可制取,Hg,、,Ag,，化学方程式,分别为：,(2),热还原法,H,2,还原,WO,3,：,.,Al,还原,Cr,2,O,3,：,.,CO,还原,Fe,2,O,3,：,.,(3),电解法,制取,Na,、,Mg,、,Al,等使用电解冶炼的方法，化学方程式分,别为：,.,.,.,4,金属的回收和资源保护,(1),废旧金属最好的处理方法是,(2),回收利用废旧金属的意义是节约矿物资源、减少环境污,染、节约能源,(3),合理开发和利用金属矿物资源，有效地使用金属产品、材,料，主要的途径有：,；,；,；,回收利用,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,金属冶炼的方法和铝热反应,1,金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系,(1),原理,由于不同金属的活动性不同，金属离子得到电子被还原成金,属原子的能力也不同金属活动性顺序中，金属的位置越靠,后，越容易被还原，一般的还原方法就能使金属还原；金属,的位置越靠前，越难被还原，最活泼金属只能用最强的还原,手段来还原,(2),金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系,金属活动性顺序,K Ca Na,Mg Al,Zn Fe Sn Pb(H)Cu,Hg Ag,Pt Au,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,炼方法,电解法,热还原法,热分解法,物理方法,2,铝热反应,(1),原理,Al,是还原剂，另一种氧化物作氧化剂，是铝将氧化物中的,金属置换出来的反应；其实质是铝将氧化物中化合态的金,属还原为金属单质,(2),反应特点,高温条件；剧烈燃烧，放出大量的热；新生成的液,态金属单质易与,Al2O3(,固态,),分离,(3),引燃剂和铝热剂,引燃剂：镁条、氯酸钾,铝热剂：铝粉和金属氧化物,(Fe,2,O,3,、,Cr,2,O,3,、,V,2,O,5,等,),组成,的混合物,铝热反应常用于冶炼难熔金属如,V,、,Cr,、,Mn,等，在金属活动性顺序中排在,Al,前面的金属的氧化物,(,如,Na,2,O,，,MgO,),不能发生铝热反应,1,从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文,明的发展水平如图表示了三种金属被人类开发利用的大,致年限，之所以有先后，主要取决于,(,),A,金属的导电性强弱,B,金属在地壳中的含量多少,C,金属的化合价高低,D,金属的活动性大小,解析：,从给出的开发利用的时间可以看出铝最晚，而铜最早，而且在这三种金属中铝最活泼，而铜最不活泼，金属开发的时间早晚与金属的活动性顺序有密不可分的关系,答案：,D,2,如图是我国古代冶铁图，你认为下述反应原理正确的是,(,),解析：,在古代，,H,2,、,Al,等新资源还未开发出来图中显然是用木炭还原氧化铁而得铁图中也一定不是用,CO,作还原剂的，因,CO,同氢气一样在敞口容器中难与矿石接触，且易燃烧，鼓气就更不可能实现上述反应了,答案：,B,1,海水资源的利用,(1),海水中水资源的的利用主要包括海水的,和直接利用海,水进行,等,(2),海水淡化的方法主要有,、,、,等,淡化,循环冷却,蒸馏法,电渗析法,离子交换法,2,海水化学资源的开发利用,(1),氯碱工业、溴工业、镁工业、钾工业等的发展,(2),核能原料,和,的开发利用,(3),潮汐能、波浪能的开发利用,铀,重水,1,镁的提取,(1),流程,(2),有关反应的化学方程式,MgCl,2,Ca(OH),2,=,Mg(OH),2,CaCl,2,Mg(OH),2,2HCl,=,MgCl,2,2H,2,O,2,溴的提取,(1),流程,(2),有关反应的离子方程式,2Br,Cl,2,=,2Cl,Br,2,SO,2,Br,2,2H,2,O,=,4H,2Br,3,海带提碘及碘元素的检验,(1),流程,(2),反应的离子方程式,2H,2I,H,2,O,2,=,I,2,2H,2,O,冶炼镁时，应电解,MgCl,2,，不应电解,MgO,，因为,MgO,的熔点,高，消耗的能量更多,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,Cl,2,D,利用潮汐发电是将化学能转化为电能,解析：,海水中钾元素以,K,形式存在，生成钾单质必须发生化学反应，,A,错误海水蒸发制海盐发生的是物理变化，,B,错误潮汐发电是将动能转化为电能，,D,错误,答案：,C,例,1,(2009,杭州质检,),下列金属的工业制法正确的是,(,),A,制钛：用金属钠置换出氯化钛,(TiCl,4,),溶液中的钛,B,炼铁：用焦炭和空气反应产生的一氧化碳在高温下还原,铁矿石中的铁,C,制钠：用海水作原料制得精盐，再电解纯净氯化钠溶液,得到金属钠,D,炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为,99.9%,的铜,思路点拨,解答本题可根据金属的活泼性和金属的三种冶炼方法进行分析,课堂笔记,选 金属钠与,TiCl,4,溶液中的水反应，不能置换出金属钛，,A,不正确；电解熔融态的,NaCl,溶液不能得到金属钠，,C,不正确；黄铜矿经冶炼得到粗铜，粗铜再经电解精炼制得纯度为,99.9%,的铜，,D,不正确,B,金属活动性顺序中,“,前面的金属置换后面的金属,”,，但是不一定从其盐溶液中置换出来，例如钠不能从盐溶液中置换出金属，把盐变为熔融态，钠即可以置换出较不活泼的金属,.,例,2,(2009,天津高考,),海水是巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列从海水中提取食盐和溴的过程如下：,(,),(1),请列举海水淡化的两种方法：,_,、,_.,(2),将,NaCl,溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有,H,2,、,_,、,_,或,H,2,、,_.,(3),步骤,中已获得,Br,2,，步骤,中又将,Br,2,还原为,Br,，其目的,为,_.,(4),步骤,用,SO,2,水溶液吸收,Br,2,，吸收率可达,95%,，有关反应的,离子方程式为,_,，,由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要,问题是,_,(5),某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法，查,阅了有关资料：,Br,2,的沸点为,59,，微溶于水，有毒性和强腐,蚀性他们参观生产过程后，绘制了如下装置简图：,请你参与分析讨论：,图中仪器,B,的名称：,_.,整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因为,_,实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件：,_.,C,中液体产物颜色为,_,，为除去该产物中仍残留的少量,Cl,2,，可向其中加入,NaBr,溶液，充分反应后，再进行的分离操作是,_,思路点拨,课堂笔记,(2),电解,NaCl,溶液：,2NaCl,2H,2,O H,2,Cl,2,2NaOH,，或也可得到,H,2,和,NaClO.(3),步骤,中获得低浓度,Br,2,溶液，再经过步骤,、,可富集溴元素,(4)SO,2,与,Br,2,发生氧化还原反应：,SO,2,Br,2,2H,2,O,=,H,2,SO,4,2HBr,，产物是两种强酸，故在工业生产中要注意强酸对设备的严重腐蚀,(5),由已知信息,Br,2,的强腐蚀性可得出,Br,2,腐蚀橡胶，故装置中不能用橡胶塞和橡胶管再由,Br,2,的沸点为,59,可知用该套装置提纯溴关键要控制温度计,b,的温度，收集,59,时的馏分,C,中收集到的是深红棕色的液溴，要除去该产物中残留的少量,Cl,2,，可向其中加入,NaBr,充分反应后，利用,Br,2,易溶于,CCl,4,的性质进行萃取分液来分离，或利用,Br,2,易挥发的特点用蒸馏法分离,答案,(1),蒸馏法、电渗析法、离子交换法及其他合理答案中的任意两种,(2)Cl,2,NaOH,NaClO,(3),富集溴元素,(4)Br,2,SO,2,2H,2,O,=,4H,SO,2Br,强酸对设备的严重腐蚀,(5),冷凝管,Br,2,腐蚀橡胶,控制温度计,b,的温度，并收集,59,时的馏分,深红棕色萃取、分液,(,或蒸馏,),2-,4,海水中提取卤素单质和金属冶炼的原理方法有相似之处，如较活泼的卤素单质,Cl,2,需用电解法把,Cl,转化为,Cl,2,，较不活泼的卤素单质,Br,2,，,I,2,可用氧化还原法选择氧化剂进行转化,结合最新科技探究自然资源的开发利用,该类题目往往具有一个较新的命题情景，在新情景下一般还是对金属性质、冶炼原理、有关概念和理论及新信息的理解加工等内容进行考查，故立足基本性质，具备突破新情景的能力便可应对此类考题,美国计划,2015,年再次登陆月球，并在月球上建立永久性基地，为人类登陆火星作先期准备为了解决基地人员的供氧问题，科学家设想利用月球富氧岩石制取氧气其提氧原理是：用氢气还原富氧岩石获取水，再利用太阳能电池电解水得到氢气和氧气,玄武岩,(,钛铁矿,),是月球的主要岩石之一，其质地坚硬，主要成分为钛酸亚铁,(FeTiO,3,),用上述提氧原理，理论上，从,1 kg FeTiO,3,中可获取约,105.2 g O,2,.,(1),写出,FeTiO,3,与,H,2,反应的化学方程式：,_.,(2),研究表明，月球上平均直径为,40,微米的小圆珠形成的堆积物,(,富含,Fe,2,TiO,4,),是最适合提氧的矿物这种堆积物作为提氧原料的优点是,_,(3),研究人员查阅文献后，得知钛铁矿在高温下还能被炭粉还原：,2FeTiO,3,C 2Fe,2TiO,2,CO,2,，,CO,2,通过生化处理可获得,O,2,.,他们设计了两套实验装置来测定钛铁矿中可提取氧的质量分数,研究人员用图,1,装置从钛铁矿中提取氧，实验中得出的可提取氧的质量分数大于理论值，产生这种情况的原因可能是,_,；用图,2,装置进行实验的过程中，称得反应前钛铁矿的质量为,m,1,g,，炭粉的质量为,m,2,g,，钛铁矿完全反应后，测得生成,CaCO,3,的质量为,m,3,g,，则钛铁矿中可提取氧的质量分数表达式为,_,(4),在钛铁矿提氧过程中科学家们常选用,H,2,而不用其他还原剂，其主要原因是,_,【,解析,】,(1),根据从,1 kg FeTiO,3,中可获得约,105.2 g O,2,，结合提氧原理可确定反应方程式,(2),因为是,40,微米的小圆珠，故无需进行破碎岩石工作，而且可提取氧的质量分数大,(3),第一问考查实验的误差分析，第二问因为生成,CaCO,3,的质量为,m,3,g,，故,CO,2,经生化处理可获得,O,2,的质量为,32 g,，所以钛铁矿中可提取氧的质量分数表达式为,【,答案,】,(1)FeTiO,3,H,2,=,Fe,TiO,2,H,2,O,(2),无需进行破碎岩石工作、可提取氧的质量分数大,(3)H,2,未经干燥、,U,形管中碱石灰吸收了空气中的水分,(4)H,2,的氧化产物水无污染，电解水产生的,H,2,能够被循环,利用,1,下列化学反应在金属冶炼工业中还没有得到应用的是,(,),解析：,冶炼金属主要依据金属的活泼性而采用不同的方法，如,K,、,Na,、,Al,等活泼的金属采用电解法；,Fe,、,Cu,等可采取热还原法；,Au,、,Ag,等不活泼的金属可采用热分解法，所以可知,Al,的冶炼应采用电解法，而不采用热还原法，且该法需要温度太高，难以实现故,B,在金属冶炼工业中还没有得到应用,答案：,B,2,许多国家十分重视海水资源的综合利用不需要化学变化,就能够从海水中获得的物质是,(,),A,氯、溴、碘,B,钠、镁、铝,C,烧碱、氢气,D,食盐、淡水,解析：,A,、,B,、,C,中的金属或非金属单质需加入氧化剂或电解法制取，均为化学变化；而,D,中的食盐和淡水是利用蒸发原理制取的，为物理变化,答案：,D,.,3,由海水制备无水氯化镁，主要有以下步骤：,在一定条件,下脱水干燥；,加熟石灰；,加盐酸；,过滤；,浓缩结晶其先后顺序正确的是,(,),A,B,C,D,解析：,要从海水中得到无水,MgCl,2,，首先要加熟石灰得到,Mg(OH),2,沉淀，然后过滤，再将沉淀加盐酸溶解，得到,MgCl,2,溶液，然后对溶液浓缩结晶，再对晶体脱水干燥即可，故选,D.,答案：,D,4,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，而海水中的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进行分析，正确的是,(,),A,溶质质量增加,B,溶液质量不变,C,溶剂质量减少,D,溶质质量分数不变,解析：,右侧海水中水分子能通过淡化膜进入左侧淡水池，而各种离子不能通过淡化膜，故溶质质量不变，溶剂质量减少，溶质质量分数增大,答案：,C,5,铁是应用最广泛的金属，自远古时代人类就学会了炼铁，,到目前为止，人类研制出很多炼铁的方法,某研究性学习小组同学在实验室中模拟工业炼铁的过程，实验装置如图：,(1),写出得到单质铁的化学方程式,_,；,(2),实验过程中看到玻璃管内的粉末由红棕色逐渐变黑，请设计一个实验来验证生成了单质铁,_,；,(3),装置末端气球的作用为,_,，实验结束,时，应该先停止加热还是先停止通入,CO,，解释其理由,_.,解析：,检验是否生成单质铁，在反应结束后，待玻璃管内的固体冷却，取少量放于试管中，加少量盐酸，若产生无色无味气体,(H,2,),，则生成了单质铁；反应结束后，得到的铁还是赤热的，若先停止通入,CO,，会导致铁又被氧化，所以，应该先停止加热，待玻璃管内的固体冷却后，再停止通入,CO.,答案：,(1)Fe,2,O,3,3CO 2Fe,3CO,2,(2),取少量粉末放于试管中，加少量盐酸，若产生无色无味气体，则生成了单质铁,(3),收集气体，防止,CO,污染空气先停止加热，防止生成的铁再次被氧化,6,一化学兴趣小组的同学通过如下实验提取海带中的碘：,粉碎海带，加一定量的氢氧化钠溶液后高温灰化；,用水浸泡海带灰，过滤；,用盐酸酸化滤液，加入碘酸钾,(KIO,3,),氧化溶液中的碘离子,(I,),，生成碘单质；,用四氯化碳溶液萃取水溶液中的碘,(1),实验步骤,中相关化学反应的离子方程式为：,_.,(2),实验步骤,中也可用,H,2,O,2,代替,KIO,3,，相关化学反应的离子方程式为：,_.,(3),检验用四氯化碳萃取碘后的水溶液中是否还含有碘单质的实验方法是：,_.,解析：,(1),得电子转化为,I,2,，,I,失电子转化为,I,2,.(2)H,2,O,2,得,电子转化为,H,2,O.(3),检验,I,2,的特效试剂是淀粉溶液,答案：,(1)5KI,KIO,3,6HCl,=,3I,2,6KCl,3H,2,O,(2)2KI,H,2,O,2,2HCl,=,I,2,2H,2,O,2KCl,(3),取,2,mL,溶液盛于试管内，向试管内滴加,1,滴淀粉溶液，观察现象若溶液显蓝色，则溶液中还含有碘单质反之，溶液中不含碘单质,