新教材化学人教版必修第二册教案：第8章 第1节 第1课时　金属矿物与海水资源的开发利用 Word版含解析 10页

www.ks5u.com 第一节　自然资源的开发利用 第1课时　金属矿物与海水资源的开发利用 发展目标 体系构建 ‎1.了解金属在自然界中的存在形式，掌握金属冶炼的一般方法和原理。以金属矿物的开发利用为例，了解依据物质的性质及其变化综合利用资源的方法，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。培养“宏观辨识与社会责任”的核心素养。‎ ‎2.以海水资源的开发利用为例，了解依据物质的性质及其变化综合利用资源的方法，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。培养“科学探究与社会责任”的核心素养。‎ 一、金属矿物的开发利用 ‎1．金属元素在自然界中存在的形态 ‎(1)极少数的不活泼金属(金、铂等)以游离态的形式存在。‎ ‎(2)绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界。‎ ‎(3)在地壳中，含量最高的金属元素是铝，其次是铁。‎ ‎2．金属冶炼原理与实质 ‎(1)原理：金属从化合物中还原出来。‎ ‎(2)实质：化合物中金属得到电子被还原生成金属单质。‎ ‎3．金属冶炼方法 ‎(1)加热分解法(写出化学方程式)‎ ‎①制Hg：2HgO2Hg＋O2↑。‎ ‎②制Ag：2Ag2O4Ag＋O2↑。‎ ‎(2)电解法(写出化学方程式)‎ ‎①制Mg：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。‎ ‎②制Al：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。‎ ‎③制Na：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。‎ ‎(3)热还原法：高温加热条件下用还原剂把金属还原出来 ‎①常用还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气、铝等。‎ ‎②高炉炼铁：CO还原Fe2O3的化学方程式为3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2。‎ ‎③铝热反应：Al还原Fe2O3的化学方程式为2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3。‎ 微点拨：工业上冶炼镁是电解MgCl2而不是MgO的原因是MgO的熔点比MgCl2的高，冶炼铝是电解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融状态不导电。‎ ‎4．合理开发和利用金属资源的主要途径 ‎(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。‎ 二、海水资源的开发利用 ‎1．海水水资源的利用 ‎(1)海水水资源利用，主要包括海水淡化和直接利用海水进行循环冷却等。‎ ‎(2)海水淡化：通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高。‎ ‎2．海水的化学资源利用 ‎(1)海水中的化学元素 海水中含量最多的为O、H两种元素，还有Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11种元素。其他为微量元素，如Au。‎ ‎(2)海水中化学资源的利用 ‎(3)从海水中获取能源 ‎①从海水中提取铀和重水，用于核能开发。‎ ‎②开发潮汐能、波浪能等新型能源。‎ ‎1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)‎ ‎(1)金属矿物中的金属均是化合态存在。 (　　)‎ ‎(2)金属冶炼的原理是化合态的金属发生氧化反应被氧化。 (　　)‎ ‎(3)海水中含有钾元素，仅通过物理变化就可以得到金属钾。 (　　)‎ ‎(4)海水淡化可以加明矾净化。 (　　)‎ ‎(5)海水提溴可以加氧化剂得到Br2。 (　　)‎ ‎[答案]　(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√‎ ‎2．下列说法错误的是(　　)‎ A．有些活泼金属(如铝)可用作热还原法的还原剂 B．加强热，使氧化铜在高温条件下分解可制备单质铜 C．金属冶炼的实质是金属阳离子得到电子被还原成金属单质 D．回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物 B　[A项，铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属，如2Al＋Fe2O3 ‎2Fe＋Al2O3，正确；B项，制备单质Cu用热还原法，错误；C项，金属冶炼的实质就是把金属阳离子还原为金属单质，正确；D项，将旧金属回收，重新利用，变废为宝，正确。]‎ ‎3．海水淡化的方法有________、________、________等。‎ ‎[答案]　蒸馏法　电渗析法　离子交换法 金属的冶炼原理与常用方法 ‎1．人类使用金属的年代先后顺序与金属活动性有什么关系？青铜器和铁器时代哪个时间早？‎ 提示：金属越活泼，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现的相对晚一些。金属越不活泼，冶炼的方法越简单，人们使用的时间越早，所以青铜器时代比铁器时代早。‎ ‎2．K、Ca的冶炼方法是什么？为什么？‎ 提示：电解法，K、Ca的金属活动性很强，一般还原剂难还原。‎ ‎3．当铁轨有缝隙时，维修工人常将铝粉与氧化铁的混合物点燃，让熔融的铁水流入铁轨的裂缝，冷却后就将铁轨牢牢的黏结在一起。其中的原理是什么？写出化学方程式。‎ 提示：高温条件下，铝粉与Fe2O3发生置换反应，化学反应方程式为Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe。‎ ‎1．金属的冶炼原理 金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属阳离子得到电子被还原为金属单质的过程，即：Mn＋＋ne－===M。‎ ‎2．金属冶炼方法与金属活动性的关系 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 富集法 ‎[拓展链接]‎ 铝热反应简介 ‎(1)概念：铝与某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)在高温条件下发生的置换反应称为铝热反应。‎ ‎(2)反应原理(以铝和氧化铁反应为例)：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3。‎ ‎(3)铝热剂：铝粉和某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、V2O5、MnO2等)的混合物。‎ ‎(4)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(固态)分离。‎ ‎(5)应用：在冶金工业上常用这一原理制取熔点较高的金属，如V、Cr、Mn等；也可用于焊接钢轨等。‎ ‎1．下列冶炼方法中，不能将化合物中的金属元素还原为金属单质的是(　　)‎ A．加热Al2O3　　　 B．加热HgO C．电解熔融NaCl D．铝粉和Fe2O3共热 A　[C项中金属钠是活泼金属，用电解法制取；B项中汞用加热HgO制取；A项中加热Al2O3难以分解；D项中铝粉和Fe2O3组成铝热剂，可将Fe2O3中的铁还原成单质。]‎ ‎2．下列化工生产原理错误的是(　　)‎ ‎①可以通过电解熔融的氯化钠来制取金属钠 ‎②可以将钠加入饱和氯化镁溶液中制取镁 ‎③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝 ‎④高炉炼铁时所发生的反应都是放热反应，故无须加热 A．②③　　　 B．①③‎ C．①②　　　 D．②③④‎ D　[常用电解熔融NaCl的方法冶炼金属Na，①正确；Na非常活泼，‎ 将Na加入饱和MgCl2溶液中，Na先与H2O反应生成NaOH和H2，Mg2＋再与OH－反应生成Mg(OH)2沉淀，②错误；AlCl3为共价化合物，熔融状态下不导电，故冶炼铝使用的是Al2O3，③错误；高炉炼铁时所发生的反应有些是放热反应，如Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，但仍需要高温，④错误。故选项D符合题意。]‎ ‎3．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法　②水煤气(或氢气，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是(　　)‎ A．(Ⅰ)用① B．(Ⅱ)用②‎ C．(Ⅲ)用③ D．(Ⅳ)用④‎ B　[(Ⅱ)湿法炼铜是利用Fe与CuSO4反应，B错误。]‎ 海水资源的开发利用 ‎1．海水提溴 海水提溴的常用方法是空气吹出法。‎ ‎(1)主要流程 ‎(2)主要反应 Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－(氧化)‎ Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4(富集)‎ Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－(提取)‎ ‎2．海带中含有碘元素的检验及碘的提取 ‎(1)海带中含有碘元素的检验 ‎①关键反应的反应原理：2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O。‎ ‎②实验步骤及证明方法：‎ ‎(2)海带中提碘 ‎①工艺流程：海带→浸泡→氧化→过滤→提纯→碘单质。‎ ‎②主要的化学反应原理：Cl2＋2KI===2KCl＋I2。‎ ‎3．海水提镁 ‎(1)工艺流程 ‎(2)主要的化学反应原理 CaCO3CaO＋CO2↑‎ CaO＋H2O===Ca(OH)2‎ Ca(OH)2＋MgCl2===Mg(OH)2↓＋CaCl2‎ Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑‎ ‎4．从海水中提取溴的流程如图所示，下列有关说法错误的是(　　)‎ A．X为SO2气体，也可将SO2换成Na2SO3‎ B．设备Y为蒸馏塔 C．在提取溴的过程中一定有Br－被氧化 D．工业上，每获得1 mol Br2，需要消耗Cl2的体积最多为‎44.8 L(标准状况)‎ D　[A项，溴与X反应生成溴化物，故X为具有还原性的物质，X可为SO2，‎ 也可为Na2SO3，正确。B项，溴单质加热蒸发得到溴蒸气，故设备Y为蒸馏塔，正确。C项，氯气氧化海水中的溴离子得到溴单质，溴化物与氯气反应生成溴单质，这两步都是Br－被氧化，正确。D项，Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，根据离子方程式可知，每生成1 mol Br2，需消耗1 mol氯气，故两次氧化共需氯气2 mol，即‎44.8 L(标准状况)，但这是理论值，在工业上，两次氧化时，氯气都应过量，且被氧化生成的溴最终不能完全得到，故工业上每获得1 mol Br2，需要消耗Cl2的体积大于‎44.8 L(标准状况)，错误。]‎ ‎5．海水提镁的主要流程如下：‎ 下列说法正确的是(　　)‎ ‎①试剂M是盐酸　②流程中的反应全部都是非氧化还原反应　③操作b只是过滤　④用海水晒盐后的饱和溶液加石灰乳制Mg(OH)2　⑤电解熔融MgCl2比电解熔融的MgO制金属镁更节约能量 A．①②③④⑤　 B．②③‎ C．④⑤ D．①④⑤‎ D　[电解熔融氯化镁的反应属于氧化还原反应，因此②是错误的。③操作b应是蒸发、结晶、过滤，因此③是错误的。]‎ ‎1．下列说法中，正确的是(　　)‎ A．金属的冶炼是把金属单质从其矿物中分离出来 B．金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被氧化 C．金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被还原 D．金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原 C　[金属冶炼的原理是利用氧化还原反应，把金属矿物中的金属阳离子还原成金属单质。在金属的冶炼过程中，被冶炼的金属只能得到电子被还原。]‎ ‎2．(素养题)我国古代“药金”的冶炼方法是将炉甘石(ZnCO3)和赤铜矿(Cu2O)与木炭按一定的比例混合后加热至‎800 ℃‎，这种方法可炼出有金子般光泽的“药金”。下列叙述正确的是(　　)‎ 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．用灼烧法不能区别黄金和“药金”‎ A　[冶炼“药金”的相关反应方程式为ZnCO3ZnO＋CO2↑、2ZnO＋C2Zn＋CO2↑、2Cu2O＋C4Cu＋CO2↑，故A项正确，B项错误；王水可以溶解黄金和“药金”，故C项错误；用灼烧法可以区别黄金和“药金”，因为高温下黄金与氧气不反应，而“药金”可以与氧气反应，故灼烧后的“药金”颜色有变化，D项错误。]‎ ‎3．某同学设计了从海水中提取镁单质的四种方法，从化学原理和经济效益角度分析，最可行的是(　　)‎ A．海水Mg(OH)2Mg B．海水MgCl2Mg C．海水Mg(OH)2MgOMg D．海水Mg(OH)2MgCl2Mg D　[海水中Mg2＋的含量很低，直接蒸发得到的主要是食盐，B不符合题意；海水中加入碱可生成氢氧化镁沉淀，一般使用比较廉价的石灰乳，而不用价格较贵的NaOH，A不符合题意；MgO熔点很高，工业上从经济效益方面考虑，不采用电解MgO的方法，而采用电解MgCl2的方法，C不符合题意，D符合题意。]‎ ‎4．从海带中提取碘单质，工艺流程如下。下列关于海带制碘的说法错误的是(　　)‎ A．实验室灼烧干海带在坩埚中进行 B．沸水浸泡的目的是使I－充分浸出 C．由滤液获得碘水，发生的离子反应为2I－＋H2O2===I2＋2OH－‎ D．滤液获得碘水，也可用氯水代替双氧水 C　[酸性条件下，H2O2与I－的反应式为2I－＋2H＋＋H2O2===I2＋2H2O，C错误。]‎ ‎5．冶炼金属常用以下几种方法：①以C、CO或H2作还原剂还原　②以较活泼金属Na、Mg等还原　③利用铝热反应原理还原　④电解法　⑤热分解法 下列金属各采用哪种方法还原最佳。‎ ‎(1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属________。‎ ‎(2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属________。‎ ‎(3)Hg、Ag等不活泼金属________。‎ ‎(4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属________。‎ ‎(5)K、Rb、Cs、Ti等金属通常还原方法是________。‎ ‎[解析]　选择的方法应以节约原料和降低成本为标准，同时有较高的产率，并易分离。根据每种金属的特点选择最佳方案。其中(5)K、Rb、Cs、Ti等金属利用的原理比较特别，不是用活泼金属置换不活泼金属，而是平衡的原理，如Na＋KClNaCl＋K，抽离钾蒸气此反应得以继续进行。而Ti是用Na来置换：4Na＋TiCl44NaCl＋Ti或用Mg来置换：2Mg＋TiCl42MgCl2＋Ti。‎ ‎[答案]　(1)①　(2)④　(3)⑤　(4)③　(5)②‎