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第八章　化学与可持续发展
第一节　自然资源的开发利用
第1课时　金属矿物、海水资源的开发利用
学习目标：1.了解金属在自然界中的存在形式及金属的冶炼方法。2.了解铝热反应的 原理，了解金属回收和资源保护的意义。3.了解海水资源、海水淡化的方法。4.了解 海水化学资源的开发和利用，即海水制盐、海水提溴、海水提镁、海带提碘。5.了解 海水综合利用的重要方向。
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研习任务一　金属矿物的开发利用
教材　认知
1. 金属在自然界中存在的形态
金属的冶炼　
得到　
还原　
3. 金属的冶炼方法
[思考1]　根据下图人类冶炼金属的历史时间分析推测人类发现和使用金属材料受哪 些因素的影响？为什么？
提示：影响因素主要是金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。因为金属越活泼 其还原性就越强，离子的氧化性越弱，得电子能力越弱，就越难被还原，故使用的时 间越晚。
（1）金属活泼性与冶炼方法的关系如下：
[特别提醒]　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）金属的冶炼方法
电解
法 冶炼钠
冶炼镁
冶炼铝
热还
原法 高炉炼铁
铝热法炼铁
其他
方法 湿法炼铜
火法炼铜
热分
解法 分解HgO
焦炭　
CO　
H2　
一些活泼金属　
[思考2]　结合下列表格物质的熔、沸点数据分析，为什么冶炼镁时，选择MgCl2而 不是MgO？为什么冶炼铝时，选择Al2O3而不是AlCl3？
物质 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3
熔点/℃ 2 852 2 054 714 190（以分子形式存在）
沸点/℃ 3 600 2 980 1 412 180
提示：从表中可以发现，MgO熔点高，耗能多；AlCl3的沸点比熔点低，易升华，是 分子构成的共价化合物，熔融状态下不导电。
[特别提醒]　（1）电解法制Al时，用Al2O3不用AlCl3，AlCl3是共价化合物，熔融不 电离不导电，可加入冰晶石（Na3AlF6）降低Al2O3的熔点。
（2）电解法制Mg时，用MgCl2不用MgO，MgO熔点高，熔融时耗能多，不经济。
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）加强废旧金属的回收和再利用。
（5）使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量。
应用　体验
1. 微判断
（3）用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从其化合物中还原出来。
√
√




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. 金属的活动性强弱
解析：金属活动性顺序中，越靠后的金属出现的年代越早，越靠前的金属出现的越 晚，说明金属越活泼，越难冶炼。
D
3. 冶炼金属常用以下几种方法：①以C、CO或H2作还原剂；②电解法；③热分 解法。
下列金属各采用哪种方法？
①　
②　
③　
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研习任务二　铝热反应
教材　认知
1. 铝热反应的实验探究
实验装置
实验现象 镁条剧烈燃烧；铝热剂发生剧烈的反应；反应放出大量的热， 火星四射并发出耀眼的白光；纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物 落入沙子中
铝与氧化铁反应的 化学方程式
注意事项 （1）Mg条应打磨净表面的氧化膜；
（2）Fe2O3粉末应干燥，铝粉应没有被氧化；
（3）蒸发皿中的细沙应适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止 熔融的液体溅出伤人
2. 铝热反应的原理及特点
概念 铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应
原理 单质铝作还原剂，金属氧化物作氧化剂，用铝将金属氧化物中的金属置换 出来
铝热剂 铝粉和某些金属氧化物（Fe3O4、Cr2O3、V2O5等）组成的混合物
引发
操作 在铝热剂上放KClO3，插上去掉表面氧化膜的镁条并将镁条点燃
反应
特点 在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且 易与Al2O3分离
应用 冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等
3. 利用铝土矿冶炼铝
（1）从铝土矿（主要成分Al2O3）得到氧化铝常用方法
（2）助熔剂
萤石主要成分是CaF2，冰晶石是Na3AlF6，电解氧化铝时加入冰晶石的作用是作助熔 剂，降低Al2O3的熔点。
（3）电解原理
（4）电解铝与回收铝饮料罐中铝相比缺点
①能耗大；
②所需原料多，生产过程复杂；
③易造成环境污染。
应用　体验
1. 工业上用某种氧化铝矿石（含Fe2O3杂质）为原料冶炼铝的工艺流程如图：
A. 试剂X可以为氨水，沉淀中含有铁的化合物
B. CO2不能用稀硫酸或稀盐酸代替
D. 工业上还可采用Fe还原Al2O3的方法制Al，成本更低
B
2. 如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：
镁条　
在混合物中间插一根用砂纸打磨过的镁条，然后点燃镁条　
不能
镁比铝活泼，铝不能置换出镁　
部分固体溶解，有
气泡产生
焊接钢轨或冶炼某些熔点高的金属
（合理即可）
取适量反应后的固体混合物，先用足量NaOH溶液除去铝和Al2O3，再加入过量
稀硫酸，有气泡冒出，说明有铁生成（或用磁铁靠近固体，有固体可被磁铁吸引，说
明有铁生成）
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研习任务三　海水资源的开发利用
1. 海水资源的特点
分散性→ 许多元素的富集程度很低。例如，海水中金元素的总储量约为5×106 t，
而1 t海水中金元素的含量仅为4×10－6 g
97％　
O、H　
教材　认知
2. 海水资源的开发利用
（1）利用途径及海水淡化方法
（2）海水的蒸馏
冷凝管　
蒸馏烧瓶　
锥形瓶　
a　
b　
防止液体暴沸　
3. 食盐在工业生产中的应用
（1）图示
（2）反应的化学方程式
＋CO2↑＋H2O　
②主要的反应原理（用离子方程式表示）
5. 海水提溴
（1）工艺流程
（2）具体步骤与原理如下
步骤 原理或解释
①浓缩 海水晒盐和海水淡化后的母液中Br－得到浓缩
②氧化
③吹出 利用溴的挥发性，通入热空气，将溴从海水中吹出，进入吸收塔
④吸收
⑤氧化
⑥分离 富集后的Br2通过蒸馏、冷凝得到液溴
6. 海水提镁
（1）工艺流程
[特别提醒]　“脱水”时必须在HCl气体保护下进行。
（2）有关反应的化学方程式
分解贝壳制
取氢氧化钙
沉淀镁离子
制备氯化镁
制取金属镁
应用　体验
1. 微判断
（4）海水中各种化学资源的开发过程中，必须都要发生化学反应。
（7）海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、明矾净化法、反渗透法等方法。


√




√
A. 海水中含有溴元素，需经过化学变化才可以得到溴单质
B. 无论是海水波浪发电还是潮汐发电，都是将化学能转化为电能
C. 从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备金属钠
B
解析：海水中的溴元素以Br－形式存在，需要通过化学反应来转化成溴单质，A项正 确；在波浪发电和潮汐发电过程中机械能转化为电能，而不是化学能转化为电能，B 项错误；从海水中可以得到NaCl固体，电解熔融NaCl可制备金属钠，C项正确；依据 海水提取镁的原理分析，向苦卤中加入氢氧化钙以沉淀镁离子，生成氢氧化镁，过滤 后加盐酸溶解、蒸发浓缩、冷却结晶析出晶体MgCl2·6H2O，然后在HCl保护下加热得 到氯化镁固体，电解熔融氯化镁得到金属镁，该方法合理，D项正确。
A. 向苦卤中通入Cl2是为了提取溴
B. 粗盐可采用除杂和重结晶等过程提纯
C. 工业生产中常选用NaOH作为沉淀剂
D. 富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收
C
解析：A项，海水中通入氯气可置换出溴，正确；B项，粗盐提纯包括溶解、除杂、 过滤、结晶、重结晶等，正确；C项，氢氧化钠成本较高，工业上常选用生石灰或石 灰乳作Mg2＋的沉淀剂更经济，错误；D项，先吹出溴再用SO2吸收可实现溴的富集， 正确。
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课堂强研习 合作学习 精研重难
课后提素养
A. 氧化还原反应 B. 置换反应
C. 分解反应 D. 复分解反应
解析：金属冶炼的本质是金属阳离子得电子被还原生成金属单质，因此一定属于氧化 还原反应。
A
D
A. ②③ B. ①③
C. ①② D. ②③④
A. 若提取1 mol Br2，至少需要标准状况下44.8 L的Cl2
B. 工业上常利用电解熔融MgCl2冶炼金属镁
C. 富集溴元素过程中，空气吹出法利用了溴易挥发的性质
D. 工业溴中含少量Cl2，可用NaOH溶液除去
D
解析：因需要两次氧化溴离子，若提取1 mol Br2，至少需要标准状况下44.8 L的Cl2， A正确；金属镁在工业上利用电解熔融MgCl2冶炼，B正确；富集溴元素过程中，利用 了单质溴易挥发的性质使用空气吹出法，C正确；卤素单质都能与NaOH溶液反应， 故除去氯气的同时溴也反应了，D错误。
解析：①灼烧使用坩埚，②溶解使用烧杯，③过滤使用漏斗，⑤萃取分液使用分液漏 斗，A为蒸发皿，所以不需要的仪器为A。
A
5. 海水是可以综合利用的。从海水中提取食盐和溴的过程如下：
蒸馏法（或电渗析法、反渗透法、离子交换法
等）
SO2　
2　
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课时作业
[基础训练]
A. “药金”实质上是铜锌合金
B. 冶炼炉中炉甘石直接被木炭还原为锌
C. 用王水可区别黄金和“药金”
D. 用火焰灼烧不能区别黄金和药金
A
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A. 对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用
B. 提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步
C. 活泼金属的冶炼都是通过电解其盐溶液
D. 热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等
解析：活泼金属的冶炼是电解其熔融盐（如MgCl2、NaCl等）或熔融氧化物（如 Al2O3等）制得的，电解其盐溶液得不到金属单质，C错误。
C
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A. 经过阳离子交换树脂后，水中阳离子的总数不变
C. 通过净化处理后，水的导电性降低
A
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A. 电解熔融NaCl制取金属钠的反应中，钠元素被还原，氯元素被氧化
B. 古法炼铜“曾青得铁则化为铜”的反应中，利用的是置换反应的原理
C. 用铝热法原理炼铁的反应中，1 mol Fe3O4被Al还原成Fe，转移9 mol e－
D. 对于一些不活泼的金属，可以用直接加热分解其化合物的方法将其还原出来
C
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解析：电解熔融NaCl制取金属钠的反应中，钠元素的化合价降低，被还原，氯 元素的化合价升高，被氧化，故A正确；古法炼铜“曾青得铁则化为铜”，是铁 和硫酸铜发生置换反应，故B正确；用铝热法原理炼铁的反应中，1 mol Fe3O4中 有1 mol＋2价铁、2 mol＋3价铁，被Al还原成Fe，转移2＋3×2＝8 mol e－，故 C错误；对于一些不活泼的金属如汞、银，可以用直接加热分解其氧化物的方法 将其还原出来，故D正确。
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5. 某同学设计实验从海带中提取碘：
①滴加稀硫酸和双氧水　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
A. ①③⑤②④ B. ②①③④⑤
C. ②④①③⑤ D. ③①②⑤④
解析：从海带中提取I2的流程为海带（加少量酒精） 海带灰 含I－的水溶 液 I2的水溶液 I2的有机溶液，故正确步骤为②④①③⑤。
C
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6. 从海水晒盐后的母液中提取镁，最基本的方法是往海水中加石灰乳，得到Mg （OH）2沉淀，将沉淀分离后再加入盐酸变成MgCl2溶液；之后经结晶、过滤、干 燥、电解，即可得到金属镁（已知镁在热水中能反应生成氢气）。工艺流程如下：
A. 电解MgCl2溶液即可得到金属镁
B. 电解后得到的镁应在氮气氛围中冷却
C. 上述从母液中提取镁的变化过程中不存在分解反应
D. 制备过程中产生的氯气可以用来制备盐酸，循环使用
D
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解析：电解熔融的MgCl2即可得到金属镁和氯气，电解其溶液不能得到镁，A说法错 误；镁在高温下能与氮气反应生成氮化镁，则电解后得到的镁不能在氮气氛围中冷 却，B说法错误；上述从母液中提取镁的变化过程中，电解氯化镁得到镁为分解反 应，C说法错误；制备过程中产生的氯气可以与氢气反应制备盐酸，在浓缩结晶中循 环使用，D说法正确。
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7. 从淡化海水中提取溴的流程如下：
淡化海水 低浓度Br2 含Br－等的溶液 Br2的浓溶液 液溴
A. X试剂可用SO2饱和溶液
C. 工业上每获得1 mol Br2，至少需要消耗Cl2 22.4 L
D. 步骤Ⅳ涉及的操作有萃取、分液和蒸馏
C
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8. （2024·邯郸第一中学高一阶段）Ⅰ.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。
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解析：Ⅰ.海水提取粗盐后，得到粗盐、母液和淡水，粗盐经过精制后，电解得到氯 气；母液通入氯气，得到低浓度的溴的水溶液，再通入热空气，将溴吹出，吹出的溴 蒸汽通入SO2水溶液中，反应生成硫酸和氢溴酸，再通入氯气，置换出溴单质，加入 CCl4萃取，蒸馏，得到工业粗溴；将贝壳煅烧得到氧化钙，与水反应生成石灰乳，加 入吹出溴的溶液中，生成氢氧化镁沉淀，过滤出氢氧化镁沉淀，经过进一步处理得到 镁单质； （1）海水淡化可以用反渗析法、电渗析法或离子交换法等。
请回答下列问题：
反渗析法、电渗析法或离子交换
法　
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A. ①②③④ B. ②③④①
C. ②④③① D. ③④②①
BC　
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解析：（3）步骤Ⅱ获得Br2浓度较低，需要用SO2水溶液吸收低浓度的Br2，再用Cl2氧 化得到溴单质，故步骤Ⅲ的目的是富集溴元素。
浓缩、提纯溴元素
（或富集溴元素）
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Ⅱ.海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素。碘元素以碘离子的形式存在。实验室 从海带中提取碘的流程如下：
坩埚　
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[提升训练]
9. 工业上用铝土矿（主要成分为Al2O3，还含有杂质SiO2和Fe2O3）提取氧化铝并冶炼 Al的操作过程如下：
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解析：（1）铝土矿中的二氧化硅与稀硫酸不反应，则滤渣A是SiO2；滤液A中含有铝 离子、铁离子，加入过量的氢氧化钠溶液生成氢氧化铁沉淀和Na[Al（OH）4]，则滤 渣B是Fe（OH）3。
解析：（2）操作Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的名称均是过滤。
SiO2
Fe（OH）3
过滤
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坩埚
2Al
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1.5 mol·L－1　
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10. 材料革新铸就文明飞跃：青铜时代→铁器时代→钢铁时代→半导体材料时代，每 一次材料技术的飞跃，都伴随着社会结构、经济模式和人类生活方式的深刻变革。根 据所学知识回答下列问题：
（1）青铜时代：青铜是一种铜锡铅合金，原本应是暗金色。现今出土的青铜制品大 多在空气和湿气条件的作用下，表面产生一层青色的锈斑[Cu2（OH）2CO3]，所以也 被称为“青铜”。
化合反应　
低于　
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3CO＋Fe2O3　 2Fe＋3CO2
Fe3O4　
（2）铁器时代：大约在西周时期出现了块炼铁制品，也是最早的人工冶铁制品。块 炼铁法又称低温固态还原法，它是在800～1 000 ℃的温度下用木炭燃烧产生的CO还 原铁矿石（铁矿石的主要成分是Fe2O3）的一种方法。
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（3）钢铁时代：19世纪中叶，炼钢技术的出现，使得人类进入钢铁时代。铝、镁、 钛等金属相继问世。
b　
MgCl2（熔
MgO的熔点很
高，消耗能量多、不经济
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1∶2　
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11. 目前世界上60％的镁是从海水中提取的，下面是提取镁的流程图：
其中，MgO的熔点为2 852 ℃，MgCl2的熔点为714 ℃。
蒸馏法　
过滤　
HCl　
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Mg　
解析：（4）无水硫酸铜遇水变为蓝色生成CuSO4·5H2O，浓硫酸能吸水但无现象。
A. CuSO4·5H2O
B. 无水硫酸铜
C. 浓硫酸
B　
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不同意　
MgO的熔点为2 852
℃，MgCl2的熔点为714 ℃，电解熔融MgO会耗费大量的能量，增加生产成本
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