第四章_化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展__第一講__開(kāi)發(fā)利用金屬礦物和海水資源１

1、 第四章 化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展 第一講 開(kāi)發(fā)利用金屬礦物和海水資源復(fù)習(xí)重點(diǎn)：了解化學(xué)方法在金屬礦物開(kāi)發(fā)（主要是金屬冶煉）及海水資源開(kāi)發(fā)中的作用。復(fù)習(xí)難點(diǎn)：學(xué)生在掌握金屬冶煉的一般原理基礎(chǔ)上，了解適用于不同金屬的冶煉方法。知識(shí)梳理一、金屬的冶煉：金屬冶煉是工業(yè)上將金屬?gòu)暮薪饘僭氐牡V石中還原出來(lái)的生產(chǎn)過(guò)程。金屬的活動(dòng)性不同，可以采用不同的冶煉方法?？偟恼f(shuō)來(lái)，金屬的性質(zhì)越穩(wěn)定，越容易將其從化合物中還原出來(lái)。金屬冶煉的方法主要有：1、熱分解法：對(duì)于金屬，可以直接用方法將金屬?gòu)钠浠衔镏羞€原出來(lái)，例如：HgO；Ag2O。2、熱還原法：在金屬活動(dòng)性順序表中處于位置的金屬，通常是用還原劑（、等）將金屬?gòu)钠浠?/p>

2、合物中還原出來(lái)，例如：Fe2O3+ CO ；WO3+ H2 ；ZnO+ C；MgO+ C ；Fe2O3+ Al ；Fe+CuSO4=。3、電解法活潑金屬較難用還原劑還原，通常采用電解熔融的金屬化合物的方法冶煉活潑金屬，例如：2NaCl（熔融） 2Na+Cl2；MgCl2（熔融） ；2Al2O3 。一些對(duì)純度要求較高的不活潑金屬也可以采用電解其鹽溶液的方法來(lái)進(jìn)行冶煉，例如：2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O24、有些金屬可以利用氧氣從其硫化物中冶煉出來(lái)，例如：Cu2S+O2 。二、海水資源的開(kāi)發(fā)利用1、海水資源的開(kāi)發(fā)的方案(1)從海水中提取淡水海水淡化，海水淡化的方法主要有法、法、

3、法等。(2)海水制鹽(3)從海水中提取、等化工產(chǎn)品(4)從海水中獲取作為核能開(kāi)發(fā)的重要原料(5)從海水中獲取其他物質(zhì)和能量。2從海水中提取物質(zhì)的方法 海水中含有的各種元素的特點(diǎn)：種類(lèi)多，總儲(chǔ)量大，富集程度低。因此，從海水中提取物質(zhì)需要解決物質(zhì)的富集的問(wèn)題。例如：(1)從海水中提取溴的主要工藝流程用蒸餾法將海水濃縮。用硫酸將濃縮的海水酸化。向酸化的海水中通入適量的氯氣，使轉(zhuǎn)化為：2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸汽，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)以達(dá)到的目的：Br2+SO2+H2O=。向吸收塔內(nèi)的溶液中通入適量的氯氣：。用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔內(nèi)

4、的溶液中的溴單質(zhì)。(2)進(jìn)行從海帶中提取碘實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理及應(yīng)注意的問(wèn)題反應(yīng)原理：海帶中的碘元素主要以I-的形式存在，提取時(shí)用適當(dāng)?shù)难趸瘎⑵溲趸蒊2，再萃取出來(lái)。如用H2O2做氧化劑，反應(yīng)的離子方程式是：。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)海帶不要用水洗，以免洗去海帶中的碘；用干海帶從而易于燃燒；灼燒海帶的地方要注意通風(fēng)。疑難點(diǎn)撥一、金屬冶煉與金屬活動(dòng)性順序表根據(jù)金屬離子得電子能力不同而采用不同的方法。金屬的活動(dòng)順序：K Ca Na Mg AlZn Fe Sn Pb（H）CuHg Ag Pt Au金屬原子失電子能力強(qiáng)    弱金屬離子得電子能力弱    強(qiáng)主要冶煉方法電解法

5、熱還原法熱分解法1、電解法：(熔融)：活潑金屬(KAl)的冶煉常采用電解它的熔鹽或氧化物的方法。2、還原劑法(高溫)：金屬活動(dòng)性順序表中ZnCu之間的金屬冶煉常采用此法。常用的還原劑有H2(CuOCu)、C(ZnOZn)、Na(TiCl4Ti)、Al(Cr2O3Cr)、CO(Fe2O3Fe)等。3、加熱法：用于冶煉不活潑金屬Hg、Ag2HgO2HgO2，HgSO2HgSO2，Ag2SO22AgSO2 4、濕法：FeCuSO4FeSO4Cu 5、物理法：Au、Pt在自然界中主要以游離態(tài)存在，利用密度。二、溴的制取1、工業(yè)制溴（以海水為原料）、通Cl2氣將化合態(tài)的溴氧化成單質(zhì)溴：Cl2 + 2 B

6、r- = 2 Cl- + Br2、以硫酸酸化，NaBr與NaBrO3發(fā)生反應(yīng)，結(jié)果化合態(tài)的溴轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)5Br- + BrO3- + 6H+ 3Br2 + 3H2O2、實(shí)驗(yàn)室制溴一般用NaBr、濃H2SO4、MnO2共熱，即：2NaBr + 2H2SO4(濃) + MnO2 Na2SO4 + MnSO4 + Br2 + 2H2O典例剖析【例1】冶煉金屬一般有下列四種方法：焦炭法；水煤氣（或氫氣，或一氧化碳）法；活潑金屬置換法；電解法。四種方法在工業(yè)上均有應(yīng)用。古代有（）火燒孔雀石煉銅；（）濕法煉銅；現(xiàn)代有（）鋁熱法煉鉻；（）從光鹵石中煉鎂，對(duì)它們的冶煉方法的分析不正確的是A、（）用 B、（）用

7、 C、（）用 D、（）用解析：對(duì)于（）、（）、（）、（）發(fā)生的反應(yīng)分別是() ，符合() ，適合于() ，適合于()先從光鹵石中提取MgCl2 ，再電解MgCl2 ，MgCl2 Mg+Cl2，符合。綜上分析，本題答案為B?！纠?】海水是取之不盡的化工原料資源，從海水中可提取各種化工原料。下圖是工業(yè)上對(duì)海水的幾項(xiàng)綜合利用的示意圖：試回答下列問(wèn)題：1、粗鹽中含有Ca2、Mg2、SO42等雜質(zhì)，精制時(shí)所用試劑為：A 鹽酸；B BaCl2溶液；C NaOH溶液；D Na2CO3溶液。加入試劑的順序是 。2、電解飽和食鹽水時(shí)，與電源正極相連的電極上發(fā)生的反應(yīng)為 。與電源負(fù)極線連的電極附近溶液pH （變大

8、、不變、變?。Ｈ?mol電子的電量為96500C，則用電流強(qiáng)度為100A的穩(wěn)恒電流持續(xù)電解3分13秒，則在兩極上共可收集到氣體 mL（S.T.P）。若保證電解后飽和食鹽水的濃度不變，則可采取的方法是 。3、由MgCl2·6H2O晶體脫水制無(wú)水MgCl2時(shí)，MgCl2·6H2O晶體在 氣氛中加熱脫水，該氣體的作用是 。 4、電解無(wú)水MgCl2所得的鎂蒸氣可以在下列 氣體中冷卻。A H2 B N2 C CO2 D O2 解析：1、B C D A或C B D A 該小題屬離子除雜題。除雜原則是在除去Ca2、Mg2、SO42時(shí)，不能帶入雜質(zhì)離子。所以，解此題的關(guān)鍵是把握好加入離子

9、的順序：Ba2+必須在CO32之前加入；CO32、OH必須在H+之前加入，所以B、C不分先后，而D、A本身既分前后，又必須放在B、C之后才能滿足條件。2、2Cl2eCl2 變大 4480 措施是向電解液中通入一定量的HCl氣體電解飽和食鹽水時(shí)，與正極相連的陽(yáng)極發(fā)生的反應(yīng)是2Cl2eCl2，與負(fù)極相連的陰極發(fā)生的反應(yīng)是：2H2eH2。H+不斷消耗，使得溶液中OH增大，pH變大。電解中外溢的是Cl2、H2，所以要確保原溶液濃度不變，只能向體系中通入一定量的HCl氣體以補(bǔ)足損失的H、Cl原子。易錯(cuò)處是加入鹽酸，使溶液濃度變小。3、HCl 抑制水解平衡MgCl2H2O Mg(OH)ClHCl正向進(jìn)行

10、4、A【例3】（2004年全國(guó)高考）粉末狀試樣A是由等物質(zhì)的量的MgO和Fe2O3組成的混合物。進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：取適量A進(jìn)行鋁熱反應(yīng)，產(chǎn)物中有單質(zhì)B生成；另取20g A全部溶于0.15 L 6.0mol·L-1鹽酸中，得溶液C；將中得到的單質(zhì)B和溶液C反應(yīng)，放出1.12L(標(biāo)況)氣體，同時(shí)生成溶液D，還殘留有固體物質(zhì)B；用KSCN溶液檢驗(yàn)時(shí)，溶液D不變色；請(qǐng)?zhí)羁眨?1)中引發(fā)鋁熱反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作是 。產(chǎn)物中的單質(zhì)B是 。(2)中所發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。(3)中所發(fā)生的各反應(yīng)的離子方程式是 。(4)若溶液D的體積仍視為0.15 L，則該溶液中c（Mg2）為 ，c（Fe2）為 。解

11、析：MgO不能與鋁發(fā)生置換反應(yīng)，所以發(fā)生的反應(yīng)是Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3 中發(fā)生的反應(yīng)是Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，MgO+2HCl=MgCl2+H2O中發(fā)生的反應(yīng)是Fe+2FeCl3=3FeCl2，F(xiàn)e+2HCl=FeCl2+H2中加入KSCN溶液不變色，說(shuō)明Fe3+完全被還原為Fe2，溶液D為MgCl2、FeCl2的混合液。根據(jù)題意假設(shè)20g A中MgO和Fe2O3的物質(zhì)的量均為x，則：40g·mol-1 x+160 g·mol-1 x=20g，解得x=0.1mol。溶液中Mg2的物質(zhì)的量等于MgO的物質(zhì)的量，c（Mg2）=0.67 mo

12、l·L-1反應(yīng)后原加入的鹽酸中的Cl-全部轉(zhuǎn)移到FeCl2和MgCl2中，Cl-守恒，所以溶液D中n（Cl-）=n（Mg2）×2+n（Fe2+）×2= 6.0mol·L-1×0.15 L=0.9moln（Fe2）=0.35mol所以c（Fe2）=2.3 mol·L-1答案：（1）加少量KClO3，插上鎂條并將其點(diǎn)燃；Fe（2）Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，MgO+2HCl=MgCl2+H2O（3）Fe+2H=Fe2+H2；Fe+2Fe3=3Fe2（4）0.67 mol·L-1；2.3 mol·L-1

13、【例3】某化學(xué)課外小組用海帶為原料制取了少量的碘水。現(xiàn)有CCl4從碘水中萃取碘并用分液漏斗分離出兩種溶液。其實(shí)驗(yàn)操作可分解為如下幾步： (A)把盛有溶液的分液漏斗放在鐵架臺(tái)的鐵圈中；(B)把50mL碘水和15mLCCl4加入分液漏斗中，并蓋好玻璃塞；(C)檢驗(yàn)分液漏斗活塞上的玻璃塞是否漏液；(D)倒轉(zhuǎn)漏斗用力振蕩，并不時(shí)旋開(kāi)活塞放氣，最后關(guān)閉活塞，把分液漏斗放正；(E)旋開(kāi)活塞，用燒杯接收溶液；(F)從分液漏斗的上口倒出上層水溶液；(G)將漏斗上口的玻璃塞打開(kāi)，使凹槽對(duì)準(zhǔn)小孔；(H)靜置，分層。(1)正確的操作順序是： _(A)(G)_(E)(F)。(用編號(hào)字母填寫(xiě))。(2)上述(E)步驟的操

14、作應(yīng)注意：_。 上述(G)步驟操作的目的是_。(3)能用CCl4萃取碘的原因是_。 (4)下列物質(zhì)，不能用作從溴水中萃取溴的溶劑是_。 (A)苯(B)四氯化碳 (C)酒精(D)碘化鉀解答：(C)(B)(D)(A)(G)(H)(E)(F) 使漏斗下端管口緊靠燒杯內(nèi)壁，及時(shí)關(guān)閉活塞，不讓上層液體流出使漏斗內(nèi)外空氣相通，以保證進(jìn)行E操作時(shí)漏斗里液體能順利流出CCl4與水互不相溶，而且碘在CCl4中的溶解度比在水中的大得多苯及四氯化碳都是典型的有機(jī)溶劑，都能溶解溴，且都不溶于水，因而都可做溴的萃取劑，而酒精、碘化鉀都溶于水，不能與水分層，所以不能做溴水的萃取劑，選(C)、(D)。知能訓(xùn)練一、選擇題1、

15、我國(guó)古代濕法煉銅的反應(yīng)原理是（ ）A、 B、C、 D、2、人類(lèi)歷史上大量生產(chǎn)和使用鋁、鈦、鐵、銅四種金屬單質(zhì)的時(shí)間順序是（）A、銅、鐵、鋁、鈦B、鐵、鋁、鈦、銅C、銅、鐵、鈦、鋁D、鐵、銅、鋁、鈦3、某地區(qū)一座大型鋼鐵廠搬遷后，附近居民將不再受到該廠生產(chǎn)的紅棕色煙霧的困擾。你估計(jì)這一空氣污染物中可能含有（）A、eO粉塵B、粉塵C、粉塵 D、粉塵4.在冶金工業(yè)上，均不能用通常化學(xué)還原劑制得的一組金屬是( )A.Na、Mg、Al B.Na、K、Zn、FeC.Zn、Fe、Cu、Ag D.Mg、Al、Zn、Fe5.單質(zhì)A從B的鹽溶液中置換出單質(zhì)B，則下列說(shuō)法中不正確的是( )A.當(dāng)A、B都是金屬時(shí)，A

16、一定比B的金屬活動(dòng)性強(qiáng)B.當(dāng)A、B都是非金屬時(shí)，A一定比B的非金屬活動(dòng)性強(qiáng)C.當(dāng)A是金屬時(shí)，B可能是金屬，也可能是非金屬D.當(dāng)A是非金屬時(shí)，B可能是金屬，也可能是非金屬6.海水中含有氯化鎂，是鎂的重要來(lái)源之一。從海水中提取鎂，可按照如下步驟進(jìn)行：把貝殼制成石灰乳；在引入的海水中加入石灰乳，沉降、過(guò)濾、洗滌沉淀物；將沉淀物與鹽酸反應(yīng)，結(jié)晶、過(guò)濾、干燥產(chǎn)物；將所得的產(chǎn)物熔融后電解。關(guān)于提取鎂，下列說(shuō)法不正確的是( )A.此法的優(yōu)點(diǎn)之一是原料來(lái)源豐富B.進(jìn)行、步操作的目的是從海水中提取氯化鎂C.第步電解時(shí)會(huì)產(chǎn)生氯氣D.以上提取鎂的過(guò)程中涉及的反應(yīng)有分解反應(yīng)、化合反應(yīng)和復(fù)分解反應(yīng)7.化學(xué)“家庭小實(shí)驗(yàn)”

17、是利用家庭日常生活用品進(jìn)行化學(xué)學(xué)習(xí)和探究的活動(dòng)。下列實(shí)驗(yàn)?zāi)芾眉彝ト粘Ｉ钣闷愤M(jìn)行的實(shí)驗(yàn)是( )證明馬鈴薯中含有淀粉；除去熱水瓶中的水垢；檢驗(yàn)自來(lái)水是否為硬水；淀粉溶液具有丁達(dá)爾現(xiàn)象A. B. C. D. 8.已知在溶液中IO3-可和I-發(fā)生反應(yīng)：+5I-+6H+3I2+3H2O，根據(jù)此反應(yīng)，可用試紙和一些生活中常見(jiàn)的物質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證明在食鹽中存在?？晒┻x用的物質(zhì)有：自來(lái)水；藍(lán)色石蕊試紙；碘化鉀淀粉試紙；淀粉；食糖；食醋；白酒。進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)時(shí)必須使用的物質(zhì)是( )A. B. C. D.9、在煉鐵和煉鋼的過(guò)程中都有碳參加反應(yīng)，下列有關(guān)碳參加反應(yīng)的敘述錯(cuò)誤的是（）A、兩個(gè)過(guò)程中，碳原子都是被氧化，

18、都只起著供熱源的作用B、煉鐵過(guò)程中碳被氧化，既起產(chǎn)生熱量的作用，又起產(chǎn)生一氧化碳的作用C、煉鋼過(guò)程中，碳參加反應(yīng)，從而達(dá)到降低含碳量的作用D、煉鋼過(guò)程中，碳作還原劑，被氧化10、下列變化屬于化學(xué)變化的是（）A、干餾B、分餾C、蒸餾D、萃取11、下列金屬中，既可以用解法，又可以用電解法制取的是（）A、Na B、Fe C、Ag D、Cu12、甲、乙、丙三種溶液中各有一種（為或）離子，向甲中加入淀粉溶液和氯水，溶液變?yōu)槌壬?，再加丙溶液，顏色無(wú)明顯變化，則甲、乙、丙依次含有（）A、B、C、D、13、Mg、l兩種金屬分別跟同體積，同濃度的稀硫酸反應(yīng)，同溫同壓下生成氫氣的體積相同，則Mg、Al兩種金屬之間

19、的量的關(guān)系一定正確的是（）A、兩個(gè)反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移數(shù)目相等B、加入Mg、Al的質(zhì)量比為：C、金屬溶解的物質(zhì)的量相等D、加入的兩種金屬質(zhì)量不等 二、填空題14、在使用蒸餾燒瓶蒸發(fā)液體時(shí)，通常要放少量 ，以防止 。蒸餾燒瓶中所所盛放的液體不能超過(guò)蒸餾燒瓶容積的 ，不少于 。15.銅在自然界多以+1價(jià)礦石存在，因?yàn)樵诠虘B(tài)特別是高溫下+1價(jià)銅的化合價(jià)比+2價(jià)穩(wěn)定。從輝銅礦(Cu2S)煉銅的方法之一是：將礦石高溫通空氣焙燒，生成兩種氧化物。將焙燒過(guò)的礦石加上比它質(zhì)量約少一半的未經(jīng)焙燒的礦石，混合后隔絕空氣再進(jìn)行高溫燃燒，結(jié)果得到金屬銅和一種具有刺激性氣味的氣體。這兩個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式為： _， _。16、海

20、洋植物如海帶、海藻中含有豐富的碘元素碘元素以碘離子的形式存在實(shí)驗(yàn)室里從海藻中提取碘的流程如下圖： (1)指出制取碘的過(guò)程中有關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作名稱(chēng)：_(2)提取碘的過(guò)程中可供選擇的有機(jī)試劑是_A甲苯、酒精B四氯化碳、苯 C汽油、乙酸D汽油、甘油(3)為使海藻灰中碘離子轉(zhuǎn)化為碘的有機(jī)溶液實(shí)驗(yàn)室里有燒杯、玻璃棒、集氣瓶、酒精燈、導(dǎo)管、圓底燒瓶、石棉網(wǎng)以及必要的夾持儀器、物品尚缺少的玻璃儀器是_（4）從含碘的有機(jī)溶液中提取碘和回收有機(jī)溶液還需要經(jīng)過(guò)蒸餾觀察上述實(shí)驗(yàn)裝置指出其錯(cuò)誤之處并加以改正。（5）進(jìn)行上述蒸餾操作時(shí)使用水浴的原因是_最后晶態(tài)碘在_里聚集。17、“鹵塊”的主要成分為MgCl2（含F(xiàn)e2、Fe3、Mn2等雜質(zhì)離子）。若以它為原料，按如下工藝流程圖，即可制得“輕質(zhì)氧化鎂?！比绻螽a(chǎn)品盡量不含雜質(zhì)離子，而且成本較低。流程中所用試劑或pH值控制可參考下列附表確定。 表1