2022高考人教版化学复习学案27开发利用金属矿物和海水资源.docx

第六章　化学与自然资源的开发利用
学案27　开发利用金属矿物和海水资源
[考纲要求]1.了解金属矿物和海水的综合利用。2.了解化学科学开展对自然资源利用的作用。
知识点一金属矿物的开发和利用
1．金属在自然界中存在的形态
除了____、____等极少数金属外，绝大多数金属以______的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显____化合价。
2．金属冶炼的实质
使金属化合物中的金属离子____电子被________为金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。
3．金属冶炼的一般步骤
4．金属冶炼方法
(1)热分解法
例如：2HgO2Hg＋O2↑，2Ag2O4Ag＋O2↑。
用热分解冶炼法冶炼金属的特点是金属元素的金属性____，金属元素的原子________失去电子，其金属离子________得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性________。
(2)热复原法冶炼金属
①焦炭复原法。例如：C复原ZnO、CuO，其化学方程式依次为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②一氧化碳复原法。例如：CO复原Fe2O3、CuO，其化学方程式依次为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③氢气复原法。例如：H2复原WO3、Fe3O4，其化学方程式依次为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
④活泼金属复原法。例如：Al复原Cr2O3、V2O5，其化学方程式依次为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
做铝热反响实验时，铝热剂是指__________________________________。镁条和KClO3的作用是____________________。反响时的现象是____________________。常用铝热反响冶炼________________的金属。
可用热复原法冶炼的金属，其金属性________，金属在常见金属活动性顺序表中居于________区域。
(3)电解法冶炼金属
例如：Al2O3、MgCl2、NaCl的电解反响，其化学方程式依次为
________________________________________________________________________；
________________________________________________________________________；
________________________________________________________________________。
问题思考
1．能否用电解AlCl3和MgO的方法冶炼Al、Mg
2．铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对铝的使用比铁、铜晚的多
知识点二海水资源的开发利用
海水资源的利用主要包括海水水资源的利用和海水化学资源的利用。
1．海水水资源的利用
海水淡化的方法主要有________、__________、________等。
淡化方法
原理
蒸馏法
将海水加热至105℃蒸发汽化，然后蒸汽冷凝而得到蒸馏水
电渗析法
利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，在外加直流电场作用下，使水中的一局部离子转移到另一局部水中而到达除盐目的
离子交换法
用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂除去海水中的阴、阳离子得到去离子水的方法
问题思考
3．为什么开发利用海水资源前景广阔
2．海水化学资源的开发利用
(1)氯碱工业
海水→NaCl________、________、________。
电解饱和NaCl溶液的方程式为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)海水提镁
海水Mg(OH)2________(溶液)MgCl2·6H2O→________Mg、Cl2
(3)海水提溴
海水(酸化)________________________(液)。
问题思考
4．写出海水中提取镁的离子方程式。
一、金属冶炼方法与金属活动性的关系
1．金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系(见下表)
金属的活动性顺序
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
热复原法
热分
解法
物理方法

2.工业上常用的复原剂有焦炭、CO、H2和活泼金属(一般为Al)，其中纯度要求不高的金属一般用较廉价的焦炭或CO复原，纯度要求高的一般用H2复原，而对于一些难熔的稀有金属一般需要用铝复原，该反响叫做铝热反响。
铝热反响的特点：①高温条件；②剧烈燃烧，放出大量的热；③新生成的液态金属单质易与Al2O3(固态)别离。
典例导悟1(2022·郑州质检)氧化复原反响广泛应用于金属的冶炼，以下说法不正确的选项是(　　)
A．电解熔融氯化钠制取金属钠的反响中，钠离子被复原，氯离子被氧化
B．湿法炼铜与火法炼铜的反响中，铜元素都发生复原反响
C．用磁铁矿炼铁的反响中，1molFe3O4被CO复原成Fe，转移9mole－
D．铝热法复原铁的反响中，放出的热量能使铁熔化
听课记录：
二、海洋资源的开发利用
1．海水淡化
(1)海水淡化途径：通过从海水中提取淡水或从海水中把盐别离出去。
(2)海水淡化的方法及其特点
海水淡化的方法主要有蒸馏法(如下列图)、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善，但本钱较高。
(3)原理：水的沸点低，蒸馏时水汽化，而其他物质沸点高，不能汽化，水蒸气冷却得到淡水。
(4)本卷须知
①烧瓶内加少量碎瓷片以防暴沸。
②冷凝水流向是低进高出。
典例导悟2如果实行海水淡化来供应居民饮用水，以下方法中在原理上完全不可行的是(　　)
A．加明矾使海水中的盐沉淀出来而淡化
B．利用太阳能使海水升温，通过蒸馏而使其淡化
C．将海水缓慢降温凝固以获取淡水
D．将海水通过离子交换树脂以除去各种离子
听课记录：
2．海水中镁的提取
(1)流程
(2)有关反响的化学方程式
MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2
Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
MgCl2·6H2OMgCl2＋6H2O↑
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑

(1)正确的生产顺序是______________。
(2)以上提取镁的全过程中，没有涉及的化学反响类型是________(填序号)。
A．分解反响B．化合反响C．置换反响D．复分解反响
(3)以下关于提取镁的说法中，不正确的选项是________(填序号)。
A．此法的优点之一是原料来自大海
B．进行①②③步骤的目的是富集MgCl2
C．常用电解熔融氧化镁的方法制取镁
D．电解冶炼镁要消耗大量电能
3．海水中溴的提取
(1)工艺流程：海水Br2(l)
(2)原理
①用________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，使溴离子转化为溴单质，离子方程式是________________________________________________________________________。
③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以到达富集的目的：Br2＋SO2＋2H2O===_____________________________________
___________________________________。
④向吸收塔内溶液中通入适量的氯气：
2HBr＋Cl2===___________________________________________________________
________。
⑤用四氯化碳(或苯)萃取吸收塔内溶液中的溴单质。
⑥假设要得到纯洁的液溴，采用的别离方法是________。
4．海带中碘的提取
(1)流程
(2)主要化学原理：Cl2＋2KI===2KCl＋I2。
典例导悟4(2022·山东荣成模拟)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：
请填写以下空白：
(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______________(从以下仪器中选出所需的仪器，用标号字母填写在空白处)。
A．烧杯B．坩埚C．外表皿D．泥三角E．酒精灯F．枯燥器
(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别离出单质碘和回收苯，该步骤的实验操作名称是________。
(3)步骤④反响的离子方程式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(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：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。　　
1．(2022·广东，2)广东正在建设海洋强省。以下说法不正确的选项是(　　)
A．从海带中提取碘单质的过程涉及氧化复原反响
B．往淡水中参加NaCl等配成人造海水，可用于海产品的长途运输
C．赤潮主要是由工农业生产和生活废水引起沿海水域的富营养化而造成的
D．海洋经济专属区的资源开发可获得Fe、Co、K、Au、Mg、B等金属
2．(2022·天津理综，9)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H2、________________、__________________或H2、__________________。
(3)步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2复原为Br－，其目的为
________________________________________________________________________。
(4)步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，有关反响的离子方程式为________________________________________________________________________，
由此反响可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是
________________________________________________________________________。

请你参与分析讨论：
①图中仪器B的名称：
________________________________________________________________________。
②整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因是
________________________________________________________________________。
③实验装置气密性良好，要到达提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件：
________________________________________________________________________。
④C中液体产物颜色为________________。为除去该产物中仍残留的少量Cl2，可向其中参加NaBr溶液，充分反响后，再进行的别离操作是__________________。
题组一金属的冶炼
1．在理论上我们可以用电解熔融KCl的方法来制备金属钾，而实际上我们不用此法制备钾，而用熔融状态下的KCl与Na反响并及时抽走钾蒸气的方法制备钾，可能的原因是(双选)(　　)
A．钾难溶于熔融的钾盐中
B．钾蒸气易逸出但不会污染环境
C．钾被氧化后的产物与K作用具有爆炸性
D．抽走钾的蒸气有利于钠与熔融的KCl反响
2．以下化工生产原理错误的选项是(　　)
A．可以电解熔融的氯化钠来制取金属钠
B．不能将钠参加氯化镁饱和溶液中制取镁
C．用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝
D．炼铁时高炉中所发生的反响都是放热的，故无需加热。
3．冶炼金属一般有以下四种方法：①焦炭法；②水煤气(氢气或一氧化碳)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；(Ⅳ)从光卤石中炼镁。对它们的冶炼方法的分析不正确的选项是(　　)
A．(Ⅰ)用①B．(Ⅱ)用②C．(Ⅲ)用③D．(Ⅳ)用④
题组二海水资源的开发利用
4．从海藻灰中提取碘的方法是：往海藻灰浸取液中通入Cl2后用升华的方法将置换出的碘提纯。但浸取液中通入Cl2时会生成少量性质类似于Cl2的ICl和IBr，为了消除这两种杂质，使其中的碘完全游离出来，可参加适量的(　　)
A．CaO B．KIC．H2OD．酒精
5．(2022·长春质检)从海水中可以提取溴，主要反响为2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－，以下说法正确的选项是(　　)
A．溴离子具有氧化性
B．氯气是复原剂
C．该反响属于复分解反响
D．氯气的氧化性比溴单质强
6．以下关于海水淡化的表达中不正确的选项是(　　)
A．蒸馏法淡化海水(图甲)原理简单，但消耗大量能源，产生大量锅垢，很难大量生产淡水
B．利用太阳能蒸发海水(图乙)是一种环境友好、节约能源的好方法，也是一种古老的方法
C．利用海水淡化产生的高浓度的卤水来提取有用物质，是海水利用的根本思路
D．研制高性能的渗透膜来提高海水淡化效率，最终实现海水自动转化为淡水
题组三化工工艺流程
7．假设你是一位企业家，在众多开发海水资源的工程中，选择了海水提镁，在前期考察过程中你将遇到许多问题，请根据背景材料的提示，按要求完成相关问题：
背景材料1：下表所示为海水中各元素含量情况(mg·L－1)。
元素
浓度/mg·L－1
元素
浓度/mg·L－1
钠
10 770
氯
19 350
镁
1 290
硫
885
钾
380
溴
67
钙
400
碘
0.06
背景材料2：局部化学试剂的市场价格
试剂
氢氧化钾
氢氧化钠
氢氧化钙
氧化钙
价格(元/吨)
5 238.00
2 300.00
1 200.00
700.00
请完成以下问题：
(1)在海水提镁的过程中要实现对镁离子的富集、别离，有以下三个方案：
方案一：直接往海水中参加沉淀剂；
方案二：加热蒸发海水再参加沉淀剂；
方案三：在晒盐后的卤水中参加沉淀剂。
你认为方案________最合理。
不选方案________的理由是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
不选方案________的理由是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)应该选择________试剂作为镁离子的沉淀剂。不考虑其他费用，沉淀相同量的镁离子所用氢氧化钠和氧化钙的价格比为__________。
(3)为了节省本钱，拟考虑以海边上的贝壳为原料，试简述其理由
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案
【课前准备区】
知识点一
1．金铂化合物正
2．得复原
4．(1)弱不易容易较差
(2)①C＋2ZnO2Zn＋CO2↑，C＋2CuO2Cu＋CO2↑
②3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，CO＋CuOCu＋CO2
③3H2＋WO3W＋3H2O,4H2＋Fe3O43Fe＋4H2O
④2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr,10Al＋3V2O56V＋5Al2O3
铝粉和金属氧化物(如Fe2O3等)组成的混合物作引燃剂，为反响物提供热量剧烈燃烧，放出大量热高熔点中等中间
(3)2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
知识点二
1．蒸馏法电渗析法离子交换法
2．(1)Cl2H2NaOH2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑
(2)MgCl2MgCl2
(3)Br2HBrBr2
问题思考
1．不能。因为AlCl3是共价化合物，熔融时无法电离出自由移动的离子，不导电；而MgO虽是离子化合物，但其熔点太高，熔融会消耗大量电能，本钱较高。
2．铝的金属活动性比铁、铜强，难于冶炼，古代人们的技术条件达不到，不能冶炼铝，故铝的发现和大量使用比铁、铜晚的多。
3．海水资源巨大，各种元素的含量多，水还可以循环使用。
4．①Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
②Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O
③MgCl2·6H2OMgCl2＋6H2O
④MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
【课堂活动区】
二、3.(2)①蒸馏法②Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2③2HBr＋H2SO4④2HCl＋Br2⑥蒸馏
典例导悟
1．C[由2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑可知钠离子得电子被复原，Cl－失电子被氧化，A项正确；无论是湿法炼铜还是火法(热复原法)炼铜，都是正二价的铜离子得到电子生成铜原子被复原，B项正确；1molFe3O4被复原为Fe时，应转移8mole－，C项错误；铝热反响放出大量的热，使铁成为液态从而与Al2O3别离，D项正确。应选C。]
2．A[海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法。选项A，加明矾，明矾的主要成分是KAl(SO4)2·12H2O，不能使海水中的盐沉淀出来，所以不能使海水淡化。]
3．(1)②④③①⑤　(2)C　(3)C
解析(2)从海水中提取镁的全过程中，涉及的反响有：①把贝壳制成石灰乳：CaCO3CaO＋CO2↑，分解反响；CaO＋H2O===Ca(OH)2，化合反响；②沉淀Mg2＋：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，复分解反响；③沉淀物与盐酸反响：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O，复分解反响；
④电解：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑，分解反响。未涉及置换反响。
(3)由于MgO的熔点高，工业生产中不使用电解熔融MgO的方法冶炼Mg。
4．(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，参加几滴淀粉试液，观察是否出现蓝色(如果变蓝，说明还有单质碘)
【课后练习区】
高考集训
1．D[D项中B不是金属。]
2．(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)Cl2NaOHNaClO　(3)富集溴元素
(4)Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－强酸对设备的严重腐蚀
(5)①冷凝管②Br2腐蚀橡胶③控制温度计b的温度，并收集59℃时的馏分④深红棕色分液(或蒸馏)
考点集训
1．CD
2．CD[A.活泼金属(K～Al)的阳离子氧化性很弱，这时采用电解法复原为金属；B.钠可以与水反响；C.氯化铝是共价化合物，熔融状态下以分子状态存在，其中缺少自由移动的离子，根本不导电，故不能用电解熔融氯化铝的方法制铝。电解法冶炼铝时，原料是氧化铝；D.放热反响也需要起始反响温度。金属的冶炼与多种因素有关，在实际应用中需要综合考虑。]
3．B4.B5.D6.D
7．(1)三一浪费原料二浪费能源
(2)CaO230∶49
(3)贝壳中含碳酸钙，加热分解生成的氧化钙可用作沉淀剂，节省了本钱
解析　(1)海水提镁首先要对海水进行浓缩，然后参加沉淀剂，显然方案一浪费原料，方案二浪费能源，最合理的是方案三。
(2)根据市场价格，CaO作为镁离子的沉淀剂最为经济。假设沉淀amol镁离子，那么需要氢氧化钠和氧化钙的价格比为2a×40×2300∶(a×56×700)＝230∶49。
(3)贝壳的主要成分为碳酸钙，可以通过高温煅烧贝壳的方式生产氧化钙，作为镁离子的沉淀剂，降低本钱。