8.1自然資源的開發(fā)利用第1課時學(xué)案高一下學(xué)期化學(xué)人教版

第一節(jié)自然資源的開發(fā)利用第1課時金屬礦物和海水資源的開發(fā)利用素養(yǎng)要求1.了解金屬在自然界中的存在形式，掌握金屬冶煉的一般方法和原理。2．以海水資源為例，形成工業(yè)上提取物質(zhì)的一般思路和方法。3．以海水資源、金屬礦物的開發(fā)利用為例，了解依據(jù)物質(zhì)性質(zhì)及其變化綜合利用資源的方法，體會化學(xué)對促進人與自然和諧相處的意義。一、金屬礦物的開發(fā)利用1．金屬元素在自然界中的存在形式(1)游離態(tài)(單質(zhì)形式)：極少數(shù)____________________以游離態(tài)的形式存在。(2)化合態(tài)(化合物形式)：絕大多數(shù)金屬元素以化合物的形式存在，在化合物中金屬元素的化合價通常都是________價。2．金屬的冶煉(1)概念：工業(yè)上將金屬礦物中的金屬從其____________出來，用于生產(chǎn)各種金屬材料的過程。(2)實質(zhì)：把金屬化合物中的__________________成金屬單質(zhì)，大部分金屬的冶煉原理可表示為____________=M。歸納從金屬礦石中提煉金屬的步驟1．礦石的富集；2.冶煉；3.精煉。3．冶煉方法4．合理開發(fā)和利用金屬礦物資源的主要途徑(1)提高金屬礦物的________；(2)開發(fā)________的金屬冶煉方法；(3)防止金屬的________；(4)使用其他材料代替金屬材料，減少金屬的使用量；(5)加強廢舊金屬的________和________?！緦W(xué)而思】1.如圖是我國古代和現(xiàn)代冶金的兩張圖片，那么人類使用金屬的年代先后順序與金屬的活動性有什么關(guān)系？2．當鐵軌有縫隙時，維修工人常將鋁粉與氧化鐵的混合物引燃，讓熔融的鐵水流入鐵軌的裂縫，冷卻后就將鐵軌牢牢黏結(jié)在一起。其中的原理是什么？寫出化學(xué)方程式。二、海水資源的開發(fā)利用1．直接利用：海水進行________。2．海水淡化：主要方法有__________、__________、________________。3．海水中的化學(xué)資源海水中含量最多的H、O兩種元素，加上________________等11種元素的總量超過________，其他為微量元素，共計含有80多種。4．海水制鹽5．海帶提碘(1)流程：海帶→灼燒→____________→過濾

Cl2____________→提純(2)原理：________。6．海水提溴(1)過程：濃縮→________→________→提取。(2)原理：__________________________________________。7．海水提鎂(1)過程：濃縮

________沉淀→過濾

________溶解→結(jié)晶(MgCl2·6H2O)

________MgCl2(2)原理：①____________________________________。④________________________________________________________________________。8．新能源的開發(fā)(1)從海水中提取____________，____________是核能開發(fā)的重要原料。(2)________、________等新型能源的開發(fā)和利用也越來越受到重視?！緦W(xué)而思】1.海水提溴工藝流程如圖所示：請思考下列問題：(1)海水中加氯氣的目的是什么？寫出有關(guān)反應(yīng)的離子方程式。(2)X是什么物質(zhì)？目的是什么？寫出有關(guān)反應(yīng)的離子方程式。(3)Y是什么？目的是什么？2．海帶中含有碘元素。從海帶中提取碘的實驗過程如圖所示：流程中步驟④中過氧化氫的作用是什么？這一步的離子方程式如何書寫？[即時練]1．判斷正誤，正確的打“√”，錯誤的打“×”。(1)黃金的冶煉可用熱分解法。()(2)金屬陽離子被還原，一定會得到金屬單質(zhì)。()(3)工業(yè)上電解MgCl2溶液制取Mg。()(4)海水中含有Br2。()(5)海帶中含有碘，能使淀粉變藍。()(6)用SO2溶液吸收溴蒸氣，是利用了SO2具有漂白性。()2．不同的金屬，其冶煉方法也可能不同，主要原因是()A．金屬的活動性不同B．金屬在自然界中的分布不同C．金屬在自然界中的存在形式不同D．金屬在自然界中的含量不同3．有關(guān)金屬的冶煉原理下列說法正確的是()A．肯定發(fā)生的是置換反應(yīng)B．肯定發(fā)生的是分解反應(yīng)C.肯定發(fā)生的是氧化還原反應(yīng)D．只能用金屬作還原劑冶煉金屬4．下列屬于海水化學(xué)資源利用的是()A．海水淡化B．海水冷卻循環(huán)C．海水提溴D．海水發(fā)電5．下列說法中不正確的是()A．海洋是一個遠未完全開發(fā)的巨大化學(xué)資源寶庫B．海水中金元素的儲存量很大，但它的富集程度卻很低C．從海水中可以提取鈾和重水等核原料D．海水中的溴、氟等元素均為微量元素，但仍有提取的價值6．下列關(guān)于海水資源綜合利用的說法，不正確的是()A．海水蒸發(fā)制海鹽的過程只發(fā)生化學(xué)變化B．從海水中提取溴單質(zhì)涉及化學(xué)變化C．從海水中可以得到MgCl2，可電解熔融MgCl2制備MgD．海水提取溴的過程中，空氣吹出法利用了溴易揮發(fā)的性質(zhì)，實現(xiàn)了溴元素的富集目標1金屬的冶煉方法例1.冶煉金屬常用以下幾種方法：①用C、CO或H2作還原劑還原；②利用較活潑的金屬Na、Mg等冶煉；③利用鋁熱反應(yīng)原理用Al作還原劑還原；④電解法；⑤熱分解法。下列金屬各采用哪種方法冶煉最佳(填序號)。(1)Fe、Zn、Cu等中等活潑金屬：________。(2)Na、Mg、Al等活潑或較活潑金屬：________。(3)Hg、Ag等不活潑金屬：________。(4)V、Cr、Mn、W等高熔點金屬：________。(5)K、Rb、Cs、Ti等金屬通常還原方法是________。提醒根據(jù)每種金屬的特點選擇最佳方案。同種金屬可能有不同的冶煉方法，如Cu既可用還原法又可用電解法冶煉，需根據(jù)銅的不同用途選擇不同的冶煉方法。關(guān)鍵能力1.金屬活動性順序與金屬冶煉方法的關(guān)系金屬的活動性順序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、AgPt、Au金屬原子失電子能力強→弱金屬離子得電子能力弱→強主要冶煉方法電解法熱還原法熱分解法物理方法2.常用的熱還原法特別提示常見熱還原法的優(yōu)缺點優(yōu)點缺點H2還原法金屬純度高工業(yè)成本高CO和C還原法工業(yè)成本低金屬純度低，尾氣中的CO會污染環(huán)境鋁熱法可以冶煉高熔點、難以冶煉的金屬工業(yè)成本較高[對點練]1．中華文化博大精深，蘊含了很多化學(xué)原理和規(guī)律，下列文中描述的變化過程與金屬冶煉原理無關(guān)的是()A．《浪淘沙》：“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金”B．《天工開物》：“爐甘石(ZnCO3)與煤餅混合，密封加熱”C．《夢溪筆談》：“熬膽礬鐵釜，久之亦化為銅”D．《抱樸子》：“丹砂(HgS)燒之成水銀”2．下列反應(yīng)原理不符合工業(yè)實際的是()A．2Ag2O高溫=4Ag＋OB．4Al＋3MnO2高溫=3Mn＋2Al2C．2MgO電解=2Mg＋OD．2CuO＋C高溫=2Cu＋CO3．冶煉金屬一般有下列四種方法：①焦炭法②水煤氣(或氫氣，或一氧化碳)法③活潑金屬置換法④電解法。四種方法在工業(yè)上均有應(yīng)用。古代有(Ⅰ)火燒孔雀石煉銅；(Ⅱ)濕法煉銅；現(xiàn)代有(Ⅲ)鋁熱法煉鉻；(Ⅳ)從光鹵石中煉鎂，對它們的冶煉方法的分析不正確的是()A．(Ⅰ)用①B．(Ⅱ)用②C．(Ⅲ)用③D．(Ⅳ)用④目標2鋁熱反應(yīng)例2.鋁熱反應(yīng)具有廣泛的用途，其實驗裝置如圖甲所示。下列說法不正確的是()A．該鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Al＋Fe2O3高溫=Al2O3B．工業(yè)上可利用鋁熱反應(yīng)焊接鋼軌C．圖甲反應(yīng)過程中沒有涉及的化學(xué)反應(yīng)類型是化合反應(yīng)D．由圖乙可推出鋁熱反應(yīng)是放熱反應(yīng)提醒鋁熱反應(yīng)放出大量熱，使新生成的金屬呈熔融態(tài)，因此可用來焊接鋼軌和冶煉高熔點金屬。關(guān)鍵能力一、鋁熱反應(yīng)實驗原理Al作還原劑，金屬氧化物作氧化劑，用鋁將氧化物中的金屬置換出來實驗操作實驗現(xiàn)象①鎂條劇烈燃燒；②氧化鐵粉末和鋁粉發(fā)生劇烈的反應(yīng)；③反應(yīng)放出大量的熱，并發(fā)出耀眼的白光；④紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中實驗結(jié)論在高溫下，鋁與Fe2O3發(fā)生反應(yīng)，放出大量的熱二、鋁熱反應(yīng)實驗注意事項1．紙漏斗內(nèi)層濾紙要用水潤濕，防止紙漏斗燃燒。2．承接生成物的蒸發(fā)皿內(nèi)要放置少量細沙，一是防止蒸發(fā)皿炸裂，二是防止生成的熔融物濺出。3．實驗時要注意安全，反應(yīng)裝置應(yīng)遠離易燃物，觀察時不要直視。4．預(yù)先用砂紙打磨除去鎂條表面的氧化膜，鎂條長度約需10cm(過短會導(dǎo)致產(chǎn)生熱量不夠，影響實驗效果)。5．Fe2O3和鋁粉要干燥，并且鋁粉最好選擇未被氧化的，否則反應(yīng)難以進行。Fe2O3和鋁粉的質(zhì)量比要控制在3∶1(鋁粉可稍微過量)，且二者要混合均勻，以保證金屬氧化物完全反應(yīng)。[對點練]4．下列關(guān)于鋁熱反應(yīng)2Al＋Fe2O3高溫=Al2O3＋2Fe的說法不正確的是(A．該反應(yīng)中Al做還原劑B．該反應(yīng)中氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物的物質(zhì)的量之比為2∶1C．該反應(yīng)中冶煉1molFe轉(zhuǎn)移3mol電子D．該反應(yīng)可用于焊接鋼軌目標3海水資源的利用例3.如圖是人類從海水資源中提取某些重要化工原料的流程示意圖：請回答下列問題：(1)操作A是____________和過濾(填實驗基本操作名稱)。(2)操作B需加入下列試劑中的一種，最合適的是________(選填字母)。A．氫氧化鈉溶液B．澄清石灰水C．石灰乳D．碳酸鈉溶液(3)向苦鹵中通入Cl2，發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是______________________，用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可達95%，有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為__________________________。(4)工業(yè)上由無水MgCl2制取鎂的化學(xué)方程式為________________________。特別提示海水提鎂主要反應(yīng)原理CaCO3煅燒=CaO＋COCaO＋H2O=Ca(OH)2Ca(OH)2＋MgCl2=Mg(OH)2↓＋CaCl2Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2OMgCl2(熔融)通電=Mg＋Cl例4.海帶中的碘元素主要以I－的形式存在，提取時用適當?shù)难趸瘎⑵溲趸蒊2，再萃取出來。證明海帶中含有碘的實驗方法：①用剪刀剪碎海帶，用酒精濕潤，放入坩堝中。②灼燒海帶至完全成灰，停止加熱，冷卻。③將海帶灰加蒸餾水溶解，攪拌、煮沸、過濾。④在濾液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入幾滴淀粉溶液。(涉及反應(yīng)的離子方程式為2I－＋H2O2＋2H＋=I2＋2H2O)(1)在實驗過程中用到的玻璃儀器有____________________________________。(2)能證明海帶中含有碘的實驗操作是________(填序號)，現(xiàn)象是________________________________________________________________________。關(guān)鍵能力1.海水提鎂的工藝流程2．海水提溴的主要流程3．海帶中提取碘的流程拓展碘元素的檢驗方法(1)淀粉遇單質(zhì)碘變藍，若是碘離子，通常先加入氯水氧化，再加入淀粉。(2)碘水呈黃色，通常加入有機溶劑四氯化碳或苯后有機層呈紫色。(3)加入硝酸酸化的硝酸銀溶液后產(chǎn)生黃色沉淀，則原溶液中含碘離子。[對點練]5．海水是一個巨大的化學(xué)資源庫，下列有關(guān)海水綜合利用的說法錯誤的是()A．海水中含有溴元素，需經(jīng)過化學(xué)變化才可以得到溴單質(zhì)B．無論是海水波浪發(fā)電還是潮汐發(fā)電，都是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能C．從海水中可以得到NaCl，電解熔融NaCl可制備金屬鈉D．從海水中提取鎂可以采用下列方法：海水→苦鹵石灰乳

,Mg(OH)2HCl

MgCl2溶液→無水MgCl2→MgCl2(熔融)第八章化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展第一節(jié)自然資源的開發(fā)利用第1課時金屬礦物和海水資源的開發(fā)利用知識基礎(chǔ)一、1．(1)不活潑金屬(如金、鉑等)(2)正2．(1)化合物中還原(2)金屬離子還原Mn＋＋ne－3．2HgO?2Hg＋O2↑2Ag2O?4Ag＋O2↑2NaCl(熔融電解=2Na＋Cl2↑MgCl2(熔融)電解=Mg3CO＋Fe2O3高溫=2Fe＋3CO22Al＋Fe2O3高溫=Al2O4．(1)利用率(2)環(huán)保高效(3)腐蝕(5)回收再利用【學(xué)而思】1．提示：金屬冶煉方法的選擇取決于金屬在自然界中的存在狀態(tài)和金屬的活潑性。金屬越活潑，冶煉時所需條件要求越高，在人類歷史上出現(xiàn)相對晚一些。金屬越不活潑，冶煉的方法越簡單，人們使用的時間越早，所以有青銅、鐵器等時代的發(fā)展歷程。2．提示：高溫條件下，鋁粉與Fe2O3發(fā)生置換反應(yīng)，化學(xué)方程式為Fe2O3＋2Al高溫=Al2O3＋二、1．循環(huán)冷卻2．蒸餾法電滲析法反滲透法3．Cl、Na、K、Ca、Mg、S、C、F、B、Br、Sr99%5．(1)浸泡氧化(2)2I－＋Cl2=I2＋2Cl－6．(1)氧化富集(2)2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－7．(1)CaO鹽酸脫水電解(2)①Mg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓④MgCl2(熔融)電解=Mg＋Cl8．(1)鈾和重水鈾和重水(2)潮汐能波浪能【學(xué)而思】1．(1)提示：Cl2氧化Br－生成Br2，Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－。(2)提示：X是SO2，目的是還原Br2進而吸收Br2生成HBr，使溴得到富集；離子方程式為Br2+SO2+2H2O=2Br－+SO42-＋(3)提示：Y是蒸餾塔，目的是蒸餾出Br2。2．提示：過氧化氫作氧化劑，可將I－氧化為I2，其離子方程式為H2O2＋2I－＋2H＋=I2＋2H2O。[即時練]1．答案：(1)×(2)×(3)×(4)×(5)×(6)×2．答案：A3．答案：C4．答案：C5．解析：海洋是一個遠未完全開發(fā)的巨大化學(xué)資源寶庫；海水中金元素的總儲量約為5×107t，但1t海水中的含量僅為4×10－6g，故它的富集程度很低；可從海水中提取鈾和重水等核原料，故A、B、C正確；海水中的溴、氟元素為常量元素，D錯誤。答案：D6．答案：A核心素養(yǎng)[例1]解析：根據(jù)金屬活動性順序，將金屬的冶煉方法進行如下分段：(5)K、Rb、Cs的冶煉利用的原理比較特殊，不是用活潑金屬置換不活潑金屬，而是利用平衡的原理，如Na＋KClNaCl＋K↑，反應(yīng)過程中分離鉀蒸氣使此反應(yīng)得以繼續(xù)正向進行；而Ti則可用Na來置換：4Na＋TiCl4高溫=4NaCl＋Ti，或用Mg來置換：2Mg＋TiCl4高溫=2MgCl2答案：(1)①(2)④(3)⑤(4)③(5)②[對點練]1．答案：A2．解析：根據(jù)金屬的活動性和特點，這四種金屬選用的冶煉方法看似都正確，但是工業(yè)上冶煉鎂時，并不是電解熔融的氧化鎂，而是電解熔融的氯化鎂。因為氧化鎂的熔點很高，與電解熔融的氯化鎂相比會消耗更多的能量。答案：C3．解析：選擇金屬的冶煉方法要考慮金屬在自然界中存在的狀態(tài)及金屬的活動性。(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)發(fā)生的反應(yīng)分別是(Ⅰ)：Cu2(OH)2CO3?2CuO＋CO2↑＋H2O，C＋2CuO?2Cu＋CO2↑，符合①；(Ⅱ)：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu，符合③；(Ⅲ)：2Al＋Cr2O3高溫=Al2O3＋2Cr，符合(Ⅳ)：先從光鹵石中提取MgCl2，再電解MgCl2：MgCl2(熔融)電解=Mg＋Cl2↑，符合答案：B[例2]解析：該鋁熱反應(yīng)是高溫條件下鋁與氧化鐵反應(yīng)生成鐵和氧化鋁，反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Al＋Fe2O3高溫=Al2O3＋2Fe，A正確；工業(yè)上可利用鋁熱反應(yīng)焊接鋼軌，其原理是在高溫下用鋁將鐵從氧化鐵中置換出來，新生成的鐵呈熔融態(tài)，進入鋼軌縫隙，B正確；圖甲反應(yīng)過程中鎂條在空氣中燃燒生成氧化鎂的反應(yīng)是化