资源简介

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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，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。　3.通过对金属冶炼原理及海水资源综合利用的认识，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。
知识点一　金属矿物的开发利用
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1．金属元素在自然界中的存在形式
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2．金属的冶炼
(1)概念：将金属矿物中的金属从其____________中还原出来，用于生产各种金属材料的过程。
(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)冶炼方法
金属活泼性与冶炼方法的关系如下：
依据上述关系，填写冶炼下列金属的化学方程式：
热分解法 分解HgO ________________________
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 Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
火法炼铜 Cu2S＋O22Cu＋SO2
其中热还原法常用的还原剂有________、________、________、一些活泼金属等。
INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　1.结合下表中物质的熔、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的熔点高，电解时耗能多；AlCl3的沸点比熔点低，易升华，且AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电。
3．合理开发和利用金属矿物资源的主要途径
(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。
INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　2.计算表明，生产1 mol铝消耗的电能至少为1.8×106 J，回收铝质饮料罐得到铝与从铝土矿制铝相比，前者的能耗仅为后者的3%～5%。通过对上述数据的分析和比较，你想到了什么？
提示：(1)从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝质饮料罐得到铝消耗的能量，加强废旧金属的回收和再利用是合理利用金属资源的重要途径。
(2)实际生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，在得到所需产品的同时也会产生废弃物，因此必须考虑废弃物的处理对环境的影响，走可持续发展道路。
[答案自填] 游离　化合　化合物　得到　还原　2HgO2Hg＋O2↑　2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑　MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑　2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑　Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2　2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe　焦炭　CO　H2
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(1)越活泼的金属元素，人类利用地越早(　　)
(2)可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠(　　)
(3)用热还原法冶炼金属时，可以用H2将W从其氧化物中还原出来(　　)
(4)利用化合物冶炼金属时，金属元素一定发生还原反应(　　)
答案：(1)×　(2)×　(3)√　(4)√
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1．《天工开物》中有如下描述：“……共煅五个时辰，其中砂末尽化成汞，布于满釜”。下列金属的冶炼方法与此相同的是(　　)
A．钠 B．铝 C．银 D．铁
解析：选C。题述方法是加热HgO使之分解成Hg和O2。工业上冶炼钠，采用的方法是电解熔融氯化钠，故A不符合题意；工业上冶炼铝，采用的方法是电解熔融氧化铝，故B不符合题意；工业上冶炼银，采用的方法是加热氧化银，故C符合题意；工业上冶炼铁，采用的方法是热还原法，故D不符合题意。
2．下列反应原理不符合工业上冶炼金属的方法的是(　　)
A．MgO＋H2Mg＋H2O
B．3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2
C．2HgO2Hg＋O2↑
D．2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
解析：选A。A项，Mg金属活动性强，工业上通过电解熔融氯化镁冶炼金属镁；B项，工业上冶炼铁可采用CO热还原法；C项，Hg的金属活动性弱，可以通过热分解法获得单质汞；D项，Al的金属活动性强，且AlCl3是共价化合物，工业上通过电解熔融氧化铝冶炼金属铝。
3．右图所示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，则该反应________(填“能”或“不能”)发生，理由是______________________________________________
_____________________________________________________。
(3)将所得产品置于足量的NaOH溶液中，可能观察到的现象是________________________________________________________。
(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：______________________________________________________________________
______________________________________________________________。
解析：(2)Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。(3)若铝过量，剩余的铝及反应生成的氧化铝都能与NaOH溶液反应，则可观察到部分固体溶解，且溶液中有气泡产生。(4)可取适量反应后的固体混合物，先用NaOH溶液除去铝，再加入盐酸或稀硫酸，根据有气泡冒出判断有铁生成；也可用磁铁靠近固体，根据固体可被磁铁吸引判断有铁生成。
答案：(1)Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe
(2)不能　镁比铝活泼，铝不能置换出镁
(3)部分固体溶解，有气泡产生
(4)取适量反应后的固体混合物，先用NaOH溶液除去铝，再加入盐酸或稀硫酸，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)
知识点二　海水资源的开发利用
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1．海水中的化学元素
多样性 H、O(含量最多的两种元素)以及Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11种元素，其总含量超过99%；微量元素：铀元素、碘元素等
分散性 虽然海水中元素的种类很多，总储量很大，但许多元素的富集程度却很低
2.海水水资源的开发利用
(1)利用途径及海水淡化方法
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(2)海水的蒸馏
①主要仪器：A为______________，B为____________，C为____________。
②冷却水的流向：______口进，______口出。
③B中加入碎瓷片的目的是___________________________________。
3．海水化学资源的开发利用
(1)海水制盐
①氯碱工业：电解饱和食盐水可生产氢氧化钠、氢气和氯气。化学方程式为______________________________________________________________________
________________________________________________________。
②制钠和氯气：_____________________________________
(填化学方程式，下同)。
③制盐酸：H2＋Cl22HCl。
④制漂白液(“84”消毒液)：______________________________________________________________________
________________________________________________。
⑤制纯碱：NaCl＋CO2＋H2O＋NH3===NH4Cl＋NaHCO3↓，______________________________________________________________。
(2)“吹出法”海水提溴
①工艺流程及基本操作
工艺流程
基本操作 浓缩 将海水晒盐和海水淡化的过程中副产物Br－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，吹出溴蒸气
吸收 用SO2作为还原剂使溴转化为氢溴酸，以使其与空气分离
蒸馏 再用Cl2将氢溴酸氧化为Br2后蒸馏分离
②氧化、吸收环节主要反应的离子方程式：______________________________________________________________________
________________________________________________________。
INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "教材深研LLL.TIF" \* MERGEFORMAT 　1.下图为海水提镁的工艺流程，写出下列步骤中相关反应的化学(或离子)方程式。
①分解贝壳(主要成分是CaCO3)：____________________________
_________________________________________________。
②制备Ca(OH)2：______________________________。
③沉淀Mg2＋：________________________________(填离子方程式)。
④制备MgCl2：___________________________。
⑤制取Mg：_______________________________。
提示：①CaCO3CaO＋CO2↑
②CaO＋H2O===Ca(OH)2
③Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2＋Ca2＋
④Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
⑤MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
2．从海带中提取碘单质，相关实验步骤如下：
①灼烧海带至完全成灰，停止加热，冷却；
②在滤液中滴加稀硫酸及适当的氧化剂，然后加入几滴某溶液；
③用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中；
④将海带灰转移到小烧杯中，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤。
(1)合理的操作步骤是______________(填序号)。
(2)适当的氧化剂是________(填化学式)，反应的离子方程式是_____________________________________________________。
(3)证明含碘的操作及现象是_____________________________
__________________________________________________。
提示：(1)③①④②　(2)H2O2　2I－＋2H＋＋H2O2 === I2＋2H2O　(3)取步骤②后的溶液于试管中，滴入淀粉溶液，溶液变蓝
[答案自填] 蒸馏法　电渗析法　反渗透法　直形冷凝管　蒸馏烧瓶　锥形瓶　a　b
防止液体暴沸　2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑　2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
2NaOH＋Cl2===NaClO＋NaCl＋H2O
2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O　2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－、SO2＋Br2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－
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(1)海水淡化的方法中，蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟(　　)
(2)通过物理变化即可提取海水中的氯化钠和溴(　　)
(3)蒸馏操作时，温度计水银球的位置应在蒸馏烧瓶的支管口处(　　)
(4)利用铝-空气-海水发电是将化学能转化为电能(　　)
答案：(1)√　(2)×　(3)√　(4)√
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1．将海水淡化作为饮用水使用，下列方法在原理上完全不可行的是(　　)
A．加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化
B．利用太阳能使海水蒸馏而淡化
C．将海水缓慢凝固以获取淡化的饮用水
D．将海水通过反渗透膜以除去所含离子
解析：选A。明矾净水是利用Al3＋与水作用生成的Al(OH)3胶体的吸附作用而除去水中的悬浮物，并不能除去海水中的阴、阳离子而使海水淡化。
2．海水水资源和海水化学资源的开发与利用前景十分广阔。下列说法错误的是(　　)
A．海洋中存在大量的金属元素和非金属元素
B．利用海水进行循环冷却属于海水化学资源的利用
C．海水淡化的方法主要有蒸馏法、反渗透法和电渗析法等
D．开发潮汐能、波浪能等新型能源有助于减轻对石油能源的依赖
解析：选B。利用海水进行循环冷却属于海水水资源的利用。
3．海洋约占地球表面积的71%，开发利用海水资源的部分流程如下图所示。下列说法正确的是(　　)
①试剂1可以选用石灰乳
②从苦卤中提取Br2的反应的离子方程式为2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2
③工业上，电解熔融MgO冶炼金属镁可减小能耗
④制铝：工业上电解熔融氯化铝
⑤制钠：工业上电解饱和NaCl溶液
A．①② B．②③④⑤
C．①②③ D．①③④⑤
解析：选A。①石灰乳和镁离子反应生成氢氧化镁沉淀，石灰乳廉价且来源广泛，①正确；②从苦卤中提取Br2的反应的离子方程式为2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2，②正确；③氧化镁的熔点很高，工业上，电解熔融MgO冶炼金属镁会增加能耗，③错误；④工业上电解熔融氧化铝来制备铝，④错误；⑤工业上电解熔融NaCl来制备钠，⑤错误。
eq \o(\s\up7( INCLUDEPICTURE "课堂检测巩固落实LLL.TIF" INCLUDEPICTURE "课堂检测巩固落实LLL.TIF" \* MERGEFORMAT ),\s\do5())
1．目前电动车、手机等使用的新型电池——锂电池，是一种高效、环保电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，下列能冶炼出金属锂的方法是(　　)
A．电解法 B．热还原法
C．热分解法 D．铝热还原法
解析：选A。常见金属的冶炼方法有电解法、热还原法和热分解法等，活泼金属Na、Mg、Al等用电解法冶炼，锂的金属性介于钠和镁之间，应用电解法冶炼。
2．海水资源的利用具有非常广阔的前景。下列关于海水资源利用的说法不正确的是(　　)
A．电解法分解海水，制取洁净的热能资源氢气
B．采用太阳光照射法晒制工业用盐
C．通常用海水晒盐后的母液为原料提溴
D．氘能用于可控核聚变，能从海水中提取
解析：选A。电解法分解海水制取氢气，消耗大量的电能，经济效益差，发展前景不乐观。
3．下列关于金属冶炼的说法错误的是(　　)
A．电解法制镁时，不可在CO2或N2中降温冷却
B．热还原法常用的还原剂有CO、H2、C、Al等
C．金属Na、Mg、Al均能通过电解熔融氯化物的方法获得
D．人类历史上金属被发现的顺序与金属的活泼性有关
解析：选C。A项，镁能与CO2或N2反应，因此电解法制镁时，不可在CO2或N2中降温冷却，正确；B项，热还原法常用CO、H2、C、Al等还原剂，正确；C项，金属Na、Mg均能通过电解熔融氯化物的方法获得，而金属Al通过电解熔融氧化铝的方法获得，错误；D项，人类历史上金属被发现的顺序与金属的活泼性有关，一般越不活泼的金属被发现的越早，正确。
4．工业上制备下列物质的生产流程合理的是(　　)
A．由铝土矿冶炼铝：铝土矿Al2O3AlCl3Al
B．从海水中提取镁：海水Mg(OH)2MgOMg
C．由NaCl制漂白液：饱和食盐水Cl2漂白液
D．由黄铁矿制硫酸：黄铁矿SO2SO3H2SO4
解析：选C。氯化铝是共价化合物，熔融氯化铝不导电，不能用电解氯化铝的方法冶炼金属铝，工业上一般用电解熔融氧化铝的方法冶炼金属铝，故A不合理；工业上一般用电解熔融氯化镁的方法冶炼金属镁，故B不合理；工业上用98%的浓硫酸吸收SO3，故D不合理。
5．从海水中可以获得淡水、食盐，并可提取镁和溴等物质，工艺流程如下：
(1)步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，目的是__________________________________________________________。
第二次通入Cl2后，为了除去过量的Cl2，可向溶液中加入适量________(填字母)。
A．Na2SO3溶液 B．FeBr3溶液
C．NaOH溶液 D．饱和NaCl溶液
(2)工业上获取Mg(OH)2用石灰乳而不用NaOH溶液的原因是______________________________________________________________。
(3)从母液中得到的Mg(OH)2沉淀中混有少量的Ca(OH)2，除去少量Ca(OH)2的方法是先将沉淀加入____________(填化学式)溶液中，充分搅拌后经过滤、洗涤可得Mg(OH)2。
(4)写出冶炼金属镁的化学方程式：______________________________________________________________________
___________________________________________________________。
解析：海水淡化后得到粗盐和母液，通过CaCO3CO2↑＋CaO、CaO＋H2O===Ca(OH)2、Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2＋Ca2＋获取Mg(OH)2；向Mg(OH)2中加入盐酸后浓缩结晶得到MgCl2·6H2O，在HCl氛围中将MgCl2·6H2O加热脱水得到无水MgCl2，电解熔融氯化镁得到Mg单质；母液中含有Br－，向母液中通入Cl2，发生反应2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2，将低浓度溴水中的溴用热空气吹出并用SO2吸收，得到含HBr等物质的溶液，发生反应Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－，再向含有HBr的浓溶液中通入Cl2，得到工业溴。
(1)根据分析，步骤Ⅰ中获得的Br2浓度较低，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，目的是富集溴元素。Na2SO3、NaOH都既能与氯气反应又能和溴单质反应，NaCl与氯气和溴单质都不反应，只有FeBr3能和氯气反应，而不与溴单质反应，故选B。
(2)工业上获取Mg(OH)2用石灰乳而不用NaOH溶液的主要原因是石灰乳原料丰富，成本低。
(3)除去少量Ca(OH)2的方法是先将沉淀加入MgCl2溶液中，充分搅拌后经过滤、洗涤可得纯净的Mg(OH)2。
(4)可通过电解熔融氯化镁冶炼金属镁，反应的化学方程式为MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。
答案：(1)富集溴元素　B　(2)石灰乳原料丰富，成本低
(3)MgCl2　(4)MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑

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