资源简介

年 级
高一
学 科
化学
版 本
人教实验版
内容标题
化学与自然资源的开发利用
编稿老师
【本讲教育信息】
一. 教学内容：
化学与自然资源的开发利用
二. 重点、难点：
1. 本节重点是了解化学方法在金属矿物开发（主要是金属冶炼）及海水资源开发中的作用。
2. 本节难点是在掌握金属冶炼的一般原理基础上，了解适用于不用金属的冶炼方法。
三. 具体内容：
（一）金属矿物的开发利用
1. 金属的存在
2. 金属矿物的冶炼
（1）步骤
（2）冶炼原理
（3）一般方法：热分解法、热还原法、电解法
3. 铝热反应
4. 常见金属的冶炼原理
5. 如何合理利用和开发有限的金属矿物资源
（二）海水资源的开发利用
1. 水资源的利用
（1）淡化：蒸馏法、太阳能蒸馏法、低温多效蒸馏法、多极闪蒸法、电渗析法、反渗析法、离子交换法、海水结冰
（2）循环利用
2. 氯化钠的提取
（1）食盐加碘问题
（2）从海带中提取碘
3. 制备化工产品
（1）镁
（2）溴
（3）钾
【典型例题】
[例1] 从防止污染、减少用酸量之可持续发展的角度分析，下列利用金属铜制取
Cu（NO3）2的方法中最好的是 （ ）
A.
B.
C.
D.
答案：C
解析：考虑题中两方面的限制。
[例2] 工业制备铝一般是从铝土矿（主要成分是Al2O3，含有Fe2O3杂质）中得到纯净的是Al2O3，然后电解是Al2O3得到铝。下图是从铝土矿中提纯是Al2O3的简单示意图。其中牵涉到的一个反应是：2NaAlO2＋CO2＋3H2O＝Na2CO3＋2Al（OH）3↓。
（1）写出图示中（1）的实验操作是 ；图示中（2）加入的试剂 。
（2）试推断物质（写化学式）B ；C ；H ；F 。
（3）写出化学方程式：
① 。② 。③ 。④ 。
答案：（1）过滤；Ca（OH）2；（2）NaAlO2；Fe2O3；CaCO3；Al2O3；
（3）① Al2O3＋2NaOH＝2NaAlO2＋H2O；
② Na2CO3＋Ca（OH）2＝CaCO3↓＋ 2NaOH
③ 2Al（OH）3 Al2O3＋3H2O；
④ 2Al2O3 4Al＋3O2↑
解析：考察金属冶炼方法。
[例3] 向NaBr、NaI、Na2SO3混和液中，通入一定量氯气后，将溶液蒸干并充分灼烧，得到固体剩余物质的组成可能是（ ）
A. NaCl、Na2SO4
B. NaCl、NaBr、Na2SO4
C. NaCl、Na2SO4、I2
D. NaCl、NaI、Na2SO4
答案：AB
解析：考察物质的氧化、还原性和热稳定性。
[例4] 粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。进行下列实验：（1）取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；（2）另取20gA全部溶于0.15L 6.0mol/L盐酸中，得溶液C；（3）将（1）中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12L（标况）气体，同时生成溶液D还残留有固体物质B；（4）用KSCN溶液检验时，溶液D不变色。若溶液D的体积仍视为0.15L，则该溶液中c（Mg2+）为____，c（Fe2+）为_____。
答案：0.67mol/L；2.3mol/L。
解析：掌握基本的铝热反应和相关计算。
[例5] 铝能用来冶炼难熔金属（如Fe、V、Mn等），这是因为铝有（ ）
A 两性 B. 良好的导电性 C. 熔点低 D. 还原性
答案：D
解析：掌握铝热反应的基本原理。
[例6] 海水是镁的主要来源之一。从海水中提取镁可按如下步骤进行：（1）把贝壳制成石灰乳；（2）在引入的海水中加入石灰乳，沉降、洗涤、过滤沉淀物；（3）将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤、干燥产物；（4）电解得到产物。（1）以上提取镁的全过程中，没有涉及的化学反应类型是（ ）
A. 分解反应 B. 化合反应 C. 置换反应 D. 复分解反应
（2）下列关于提取镁的说法中，不正确的是（ ）
A. 此法的优点之一是原料取自大海
B. 进行（1）（2）（3）步骤的目的是富集MgCl2
C. 可用电解熔融氧化镁的方法制取镁
D. 电解法冶炼金属要消耗大量电能
答案：C；C
解析：掌握从海水中提取某些物质的基本知识。
[例7] 某化学兴趣小组的同学从废液中回收金属铜。废液中含有盐酸、ZnCl2、FeCl2和CuCl2，他们先加入稍过量的铁粉，充分反应后过滤，滤渣中含有__。
答案：Fe、Cu
解析：考察湿法炼铜的基本原理和金属活动顺序的应用。
[例8] 根据表格回答问题：
（1）若用MgO冶炼金属镁时，工业上采用热还原法，而用MgCl2为原料冶炼镁时，常采用电解法，原因是______。
答案：因为MgO比MgCl2熔点高，会消耗大量电能，成本较高。
解析：考察金属冶炼方法的选择。
【模拟试题】
1. 化学在自然资源的开发和利用中具有重要的意义，下列对其认识中不正确的是（ ）
A. 利用化学知识和化学规律，人们可以更好的开发和利用资源
B. 利用化学知识和化学规律，人们可以制取更多物质，丰富物质世界
C. 人们在开发和利用资源的过程中，对环境造成了污染，化学对此无能为力
D. 人们对资源的开发和利用过程中，时刻不能忘记资源的可持续性发展
2. 钠多以资源丰富的NaCl为原料来制备，下列方法中能够制备出金属钠的是（ ）
A. 加热NaCl晶体
B. 用金属钾NaCl溶液中Na＋
C. 电解NaCl溶液
D. 电解熔融的NaCl
3. 下列属于传统湿法冶炼铜的是（ ）
A. CO还原CuO制取Cu
B. 电解CuCl2溶液制取 Cu
C. 高温下O2与Cu2S反应制取Cu
D. Fe与CuSO4溶液反应制取Cu
4. 下列方法中不能从海水中提取出淡水的是（ ）
A. 蒸馏法 B. 电解法
C. 电渗析法 D. 离子交换法
5. 海水中可以提取镁，其方法是首先使海水中的Mg2+转化为Mg（OH）2沉淀。从化学知识的角度和经济效益的角度考虑，可在海水中加入的物质是（ ）
A. NaOH B. KOH C. CaO D. Na2O
6. NaCl是从海水中提取出来的一种重要物质，除食用外，它还是一种工业原料，下列以NaCl为原料的产品（或物质）是（ ）
① 烧碱；② 纯碱；③ 金属钠；④ 氯气；⑤ 盐酸
A. 全是 B. 只有①②③④
C. 只有①②③⑤ D. 只有①②④⑤
7. NaCl溶液中含有Ca（HCO3）2、MgSO4、CaSO4等杂质，其除去方法正确的是（ ）
A. Ba（OH）2溶液→Na2CO3溶液→盐酸
B. Ba（OH）2溶液→盐酸→Na2CO3溶液
C. Na2CO3溶液→Ba（OH）2溶液→盐酸
D. 盐酸→Na2CO3溶液→Ba（OH）2溶液
8. 在工业上常常采用下列四种方法冶炼金属：①焦炭法；②水煤气法（或H2或CO法）；③活泼金属置换法；④电解法。这四种方法在工业上都有典型的应用实例。（1）古代的湿法炼铜；（2）古代的火烧孔雀石炼铜；（3）现代的铝热法炼铬；（4）现代的从氯化镁中炼镁。其中金属冶炼方法与实例对应关系不正确的是（ ）
A.（1）② B.（2）① C.（3）③ D.（4）④
9. 某同学设计实验从海带中提取碘：①通入足量氯气；②在海带中加入少量酒精，点燃使其燃烧为灰烬，在灰烬中加水搅拌；③加四氯化碳并振荡；④过滤；⑤分液。该实验的合理操作顺序是（ ）
A. ②④①③⑤ B. ②①③④⑤
C. ①③⑤②④ D. ③①②⑤④
10. 世界上每年铜的产量是八百万吨（8×106t），铜的主要来源之一是由辉铜矿（主要成分是Cu2S），工业上由辉铜矿生产铜的反应是：Cu2S＋O2 2Cu＋SO2
如果完全采用这种方法生产这八百万吨铜，则每年需要消耗的Cu2S为多少吨？由此产生的二氧化硫在标准状况下体积是多少升？
11. 钛（Ti）是一种活泼的金属，其作为金属材料，具有密度小，熔点高，可塑性强，机械强度高，亲生物性好等优良的性能，有“未来金属”之称。工业上常用硫酸分解钛铁矿石（FeTiO3）的方法来制取二氧化钛，再由二氧化钛制金属钛，主要有以下五个反应：
①FeTiO3+2H2SO4=TiOSO4+FeSO4+2H2O；②TiOSO4+2H2O=H2TiO3↓+H2SO4；③H2TiO3TiO2+H2O；④TiO2+2C+2Cl2TiCl4↑+2CO↑；⑤TiCl4+2Mg=2MgCl2+Ti
（1）针对以上五个化学反应，下列叙述错误的是（ ）
A. 反应①是非氧化还原反应
B. 反应②生成了两种酸
C. 反应④中的TiO2是氧化剂
D. 反应⑤表现了金属镁比金属钛还原性强
（2）钛具有很强的耐腐蚀性，以下对其原因的分析中正确的是（ ）
A. 钛是像金、铂一样不活泼的金属
B. 金属钛的表面易形成致密氧化膜
C. 钛与氧气、酸等腐蚀剂不发生化学反应
【试题答案】
1. C 2. D 3. D 4. B 5. C 6. A
7. A 8. A 9. A
10. 解：8×106t铜的物质的量是：8×106×106g/64g·mol-1＝1.25×1011mol。
由反应方程式中Cu2S、SO2与Cu的物质的量关系可知：
该反应中Cu2S和SO2的物质的量分别是1.25×1011mol/2。
因此，需要Cu2S的质量是：（1.25×1011mol/2）×160g·mol—1＝1×1013g＝1×107t；
标准状况下产生SO2的体积是：（1.25×1011mol/2）×22.4L·mol—1＝1.4×1012L。
11. C；B
【试题解析】
2. 活泼金属的冶炼用电解法。
4. 考察基本的海水淡化方法。
5. 题中要求从化学知识的角度和经济效益的角度考虑，则生石灰是经济角度较合理的，而其溶于水生成氢氧化钙，也符合复分解反应产生氢氧化镁。
6. 都能利用其中的氯元素或钠元素。
7. 要考虑实际除杂质时应适当过量的原则，所加试剂的先后顺序要考虑加入的过量试剂被后加试剂除去的原则。加入Ba（OH）2除去硫酸根离子和镁离子，而碳酸钠除去钙离子和引入的过量的钡离子，盐酸除去碳酸氢根离子和引入的过量的碳酸根离子和氢氧根离子，而盐酸过量，蒸发即可除去。
8. （1）是湿法炼铜的原理；（2）利用焦炭还原碱式碳酸铜加热分解后的产物氧化铜；（3）用铝将铬单质置换出来；（4）活泼金属镁用电解法。
9. 掌握基本的实验操作步骤。
11. 考虑是否氧化考虑化合价。

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