2024-2025學(xué)年新教材高中化學(xué)第8章化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展第1節(jié)第1課時(shí)金屬礦物與海水資源的開(kāi)發(fā)利用學(xué)案新人教版必修第二冊(cè)

PAGE8-第1課時(shí)金屬礦物與海水資源的開(kāi)發(fā)利用發(fā)展目標(biāo)體系構(gòu)建1.了解金屬在自然界中的存在形式，駕馭金屬冶煉的一般方法和原理。以金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用為例，了解依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)及其改變綜合利用資源的方法，體會(huì)化學(xué)對(duì)促進(jìn)人與自然和諧相處的意義。培育“宏觀辨識(shí)與社會(huì)責(zé)任”的核心素養(yǎng)。2.以海水資源的開(kāi)發(fā)利用為例，了解依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)及其改變綜合利用資源的方法，體會(huì)化學(xué)對(duì)促進(jìn)人與自然和諧相處的意義。培育“科學(xué)探究與社會(huì)責(zé)任”的核心素養(yǎng)。一、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用1．金屬元素在自然界中存在的形態(tài)(1)極少數(shù)的不活潑金屬(金、鉑等)以游離態(tài)的形式存在。(2)絕大多數(shù)金屬元素以化合物的形式存在于自然界。(3)在地殼中，含量最高的金屬元素是鋁，其次是鐵。2．金屬冶煉原理與實(shí)質(zhì)(1)原理：金屬?gòu)幕衔镏羞€原出來(lái)。(2)實(shí)質(zhì)：化合物中金屬得到電子被還原生成金屬單質(zhì)。3．金屬冶煉方法(1)加熱分解法(寫(xiě)出化學(xué)方程式)①制Hg：2HgOeq\o(=,\s\up9(△))2Hg＋O2↑。②制Ag：2Ag2Oeq\o(=,\s\up9(△))4Ag＋O2↑。(2)電解法(寫(xiě)出化學(xué)方程式)①制Mg：MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up9(電解))Mg＋Cl2↑。②制Al：2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up9(電解),\s\do9(冰晶石))4Al＋3O2↑。③制Na：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up9(電解))2Na＋Cl2↑。(3)熱還原法：高溫加熱條件下用還原劑把金屬還原出來(lái)①常用還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣、鋁等。②高爐煉鐵：CO還原Fe2O3的化學(xué)方程式為3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up9(高溫))2Fe＋3CO2。③鋁熱反應(yīng)：Al還原Fe2O3的化學(xué)方程式為2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up9(高溫))2Fe＋Al2O3。微點(diǎn)撥：工業(yè)上冶煉鎂是電解MgCl2而不是MgO的緣由是MgO的熔點(diǎn)比MgCl2的高，冶煉鋁是電解Al2O3而不是AlCl3的緣由是AlCl3是共價(jià)化合物，熔融狀態(tài)不導(dǎo)電。4．合理開(kāi)發(fā)和利用金屬資源的主要途徑(1)提高金屬礦物的利用率；(2)開(kāi)發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法；(3)防止金屬的腐蝕；(4)加強(qiáng)廢舊金屬的回收和再利用；(5)運(yùn)用其他材料代替金屬材料。二、海水資源的開(kāi)發(fā)利用1．海水水資源的利用(1)海水水資源利用，主要包括海水淡化和干脆利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻等。(2)海水淡化：通過(guò)從海水中提取淡水或從海水中把鹽分別出去，都可以達(dá)到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。其中蒸餾法的歷史最久，技術(shù)和工藝也比較成熟，但成本較高。2．海水的化學(xué)資源利用(1)海水中的化學(xué)元素海水中含量最多的為O、H兩種元素，還有Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11種元素。其他為微量元素，如Au。(2)海水中化學(xué)資源的利用(3)從海水中獲得能源①?gòu)暮Ｋ刑崛♀櫤椭厮糜诤四荛_(kāi)發(fā)。②開(kāi)發(fā)潮汐能、波浪能等新型能源。1．推斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)金屬礦物中的金屬均是化合態(tài)存在。 ()(2)金屬冶煉的原理是化合態(tài)的金屬發(fā)生氧化反應(yīng)被氧化。 ()(3)海水中含有鉀元素，僅通過(guò)物理改變就可以得到金屬鉀。 ()(4)海水淡化可以加明礬凈化。 ()(5)海水提溴可以加氧化劑得到Br2。 ()[答案](1)×(2)×(3)×(4)×(5)√2．下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．有些活潑金屬(如鋁)可用作熱還原法的還原劑B．加強(qiáng)熱，使氧化銅在高溫條件下分解可制備單質(zhì)銅C．金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是金屬陽(yáng)離子得到電子被還原成金屬單質(zhì)D．回收舊金屬可以重新制成金屬或它們的化合物B[A項(xiàng)，鋁可以作還原劑冶煉一些高熔點(diǎn)的金屬，如2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up9(高溫))2Fe＋Al2O3，正確；B項(xiàng)，制備單質(zhì)Cu用熱還原法，錯(cuò)誤；C項(xiàng)，金屬冶煉的實(shí)質(zhì)就是把金屬陽(yáng)離子還原為金屬單質(zhì)，正確；D項(xiàng)，將舊金屬回收，重新利用，變廢為寶，正確。]3．海水淡化的方法有________、________、________等。[答案]蒸餾法電滲析法離子交換法金屬的冶煉原理與常用方法1．人類(lèi)運(yùn)用金屬的年頭先后依次與金屬活動(dòng)性有什么關(guān)系？青銅器和鐵器時(shí)代哪個(gè)時(shí)間早？提示：金屬越活潑，冶煉時(shí)所需條件要求越高，在人類(lèi)歷史上出現(xiàn)的相對(duì)晚一些。金屬越不活潑，冶煉的方法越簡(jiǎn)潔，人們運(yùn)用的時(shí)間越早，所以青銅器時(shí)代比鐵器時(shí)代早。2．K、Ca的冶煉方法是什么？為什么？提示：電解法，K、Ca的金屬活動(dòng)性很強(qiáng)，一般還原劑難還原。3．當(dāng)鐵軌有縫隙時(shí)，修理工人常將鋁粉與氧化鐵的混合物點(diǎn)燃，讓熔融的鐵水流入鐵軌的裂縫，冷卻后就將鐵軌牢牢的黏結(jié)在一起。其中的原理是什么？寫(xiě)出化學(xué)方程式。提示：高溫條件下，鋁粉與Fe2O3發(fā)生置換反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)方程式為Fe2O3＋2Aleq\o(=,\s\up9(高溫))Al2O3＋2Fe。1．金屬的冶煉原理金屬冶煉的實(shí)質(zhì)是使金屬化合物中的金屬陽(yáng)離子得到電子被還原為金屬單質(zhì)的過(guò)程，即：Mn＋＋ne－=M。2．金屬冶煉方法與金屬活動(dòng)性的關(guān)系金屬活動(dòng)性依次K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb、(H)、CuHg、AgPt、Au金屬原子失電子實(shí)力強(qiáng)→弱金屬離子得電子實(shí)力弱→強(qiáng)主要冶煉方法電解法熱還原法熱分解法富集法[拓展鏈接]鋁熱反應(yīng)簡(jiǎn)介(1)概念：鋁與某些難熔金屬氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)在高溫條件下發(fā)生的置換反應(yīng)稱(chēng)為鋁熱反應(yīng)。(2)反應(yīng)原理(以鋁和氧化鐵反應(yīng)為例)：Fe2O3＋2Aleq\o(=,\s\up9(高溫))2Fe＋Al2O3。(3)鋁熱劑：鋁粉和某些難熔金屬氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、V2O5、MnO2等)的混合物。(4)反應(yīng)特點(diǎn)：在高溫下進(jìn)行，反應(yīng)快速并放出大量的熱，新生成的金屬單質(zhì)呈熔融態(tài)且易與Al2O3(固態(tài))分別。(5)應(yīng)用：在冶金工業(yè)上常用這一原理制取熔點(diǎn)較高的金屬，如V、Cr、Mn等；也可用于焊接鋼軌等。1．下列冶煉方法中，不能將化合物中的金屬元素還原為金屬單質(zhì)的是()A．加熱Al2O3 B．加熱HgOC．電解熔融NaCl D．鋁粉和Fe2O3共熱A[C項(xiàng)中金屬鈉是活潑金屬，用電解法制?。籅項(xiàng)中汞用加熱HgO制?。籄項(xiàng)中加熱Al2O3難以分解；D項(xiàng)中鋁粉和Fe2O3組成鋁熱劑，可將Fe2O3中的鐵還原成單質(zhì)。]2．下列化工生產(chǎn)原理錯(cuò)誤的是()①可以通過(guò)電解熔融的氯化鈉來(lái)制取金屬鈉②可以將鈉加入飽和氯化鎂溶液中制取鎂③用電解法冶煉鋁時(shí)，原料是氯化鋁④高爐煉鐵時(shí)所發(fā)生的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)，故無(wú)須加熱A．②③ B．①③C．①② D．②③④D[常用電解熔融NaCl的方法冶煉金屬Na，①正確；Na特別活潑，將Na加入飽和MgCl2溶液中，Na先與H2O反應(yīng)生成NaOH和H2，Mg2＋再與OH－反應(yīng)生成Mg(OH)2沉淀，②錯(cuò)誤；AlCl3為共價(jià)化合物，熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電，故冶煉鋁運(yùn)用的是Al2O3，③錯(cuò)誤；高爐煉鐵時(shí)所發(fā)生的反應(yīng)有些是放熱反應(yīng)，如Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up9(高溫))2Fe＋3CO2，但仍須要高溫，④錯(cuò)誤。故選項(xiàng)D符合題意。]3．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(duì)它們的冶煉方法的分析不正確的是()A．(Ⅰ)用① B．(Ⅱ)用②C．(Ⅲ)用③ D．(Ⅳ)用④B[(Ⅱ)濕法煉銅是利用Fe與CuSO4反應(yīng)，B錯(cuò)誤。]海水資源的開(kāi)發(fā)利用1．海水提溴海水提溴的常用方法是空氣吹出法。(1)主要流程(2)主要反應(yīng)Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－(氧化)Br2＋SO2＋2H2O=2HBr＋H2SO4(富集)Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－(提取)2．海帶中含有碘元素的檢驗(yàn)及碘的提取(1)海帶中含有碘元素的檢驗(yàn)①關(guān)鍵反應(yīng)的反應(yīng)原理：2H＋＋2I－＋H2O2=I2＋2H2O。②試驗(yàn)步驟及證明方法：(2)海帶中提碘①工藝流程：海帶→浸泡→氧化→過(guò)濾→提純→碘單質(zhì)。②主要的化學(xué)反應(yīng)原理：Cl2＋2KI=2KCl＋I(xiàn)2。3．海水提鎂(1)工藝流程(2)主要的化學(xué)反應(yīng)原理CaCO3eq\o(=,\s\up9(煅燒))CaO＋CO2↑CaO＋H2O=Ca(OH)2Ca(OH)2＋MgCl2=Mg(OH)2↓＋CaCl2Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2OMgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up9(電解))Mg＋Cl2↑4．從海水中提取溴的流程如圖所示，下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．X為SO2氣體，也可將SO2換成Na2SO3B．設(shè)備Y為蒸餾塔C．在提取溴的過(guò)程中肯定有Br－被氧化D．工業(yè)上，每獲得1molBr2，須要消耗Cl2的體積最多為44.8L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)D[A項(xiàng)，溴與X反應(yīng)生成溴化物，故X為具有還原性的物質(zhì)，X可為SO2，也可為Na2SO3，正確。B項(xiàng)，溴單質(zhì)加熱蒸發(fā)得到溴蒸氣，故設(shè)備Y為蒸餾塔，正確。C項(xiàng)，氯氣氧化海水中的溴離子得到溴單質(zhì)，溴化物與氯氣反應(yīng)生成溴單質(zhì)，這兩步都是Br－被氧化，正確。D項(xiàng)，Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－，依據(jù)離子方程式可知，每生成1molBr2，需消耗1mol氯氣，故兩次氧化共需氯氣2mol，即44.8L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，但這是理論值，在工業(yè)上，兩次氧化時(shí)，氯氣都應(yīng)過(guò)量，且被氧化生成的溴最終不能完全得到，故工業(yè)上每獲得1molBr2，須要消耗Cl2的體積大于44.8L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，錯(cuò)誤。]5．海水提鎂的主要流程如下：下列說(shuō)法正確的是()①試劑M是鹽酸②流程中的反應(yīng)全部都是非氧化還原反應(yīng)③操作b只是過(guò)濾④用海水曬鹽后的飽和溶液加石灰乳制Mg(OH)2⑤電解熔融MgCl2比電解熔融的MgO制金屬鎂更節(jié)約能量A．①②③④⑤ B．②③C．④⑤ D．①④⑤D[電解熔融氯化鎂的反應(yīng)屬于氧化還原反應(yīng)，因此②是錯(cuò)誤的。③操作b應(yīng)是蒸發(fā)、結(jié)晶、過(guò)濾，因此③是錯(cuò)誤的。]1．下列說(shuō)法中，正確的是()A．金屬的冶煉是把金屬單質(zhì)從其礦物中分別出來(lái)B．金屬冶煉過(guò)程中，被冶煉的金屬只能被氧化C．金屬冶煉過(guò)程中，被冶煉的金屬只能被還原D．金屬冶煉過(guò)程中，被冶煉的金屬既可被氧化，也可被還原C[金屬冶煉的原理是利用氧化還原反應(yīng)，把金屬礦物中的金屬陽(yáng)離子還原成金屬單質(zhì)。在金屬的冶煉過(guò)程中，被冶煉的金屬只能得到電子被還原。]2．(素養(yǎng)題)我國(guó)古代“藥金”的冶煉方法是將爐甘石(ZnCO3)和赤銅礦(Cu2O)與木炭按肯定的比例混合后加熱至800℃，這種方法可煉出有金子般光澤的“藥金”。下列敘述正確的是()A．“藥金”實(shí)質(zhì)上是銅鋅合金B(yǎng)．冶煉爐中爐甘石干脆被木炭還原為鋅C．用王水可區(qū)分黃金和“藥金”D．用灼燒法不能區(qū)分黃金和“藥金”A[冶煉“藥金”的相關(guān)反應(yīng)方程式為ZnCO3eq\o(=,\s\up9(高溫))ZnO＋CO2↑、2ZnO＋Ceq\o(=,\s\up9(高溫))2Zn＋CO2↑、2Cu2O＋Ceq\o(=,\s\up9(高溫))4Cu＋CO2↑，故A項(xiàng)正確，B項(xiàng)錯(cuò)誤；王水可以溶解黃金和“藥金”，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；用灼燒法可以區(qū)分黃金和“藥金”，因?yàn)楦邷叵曼S金與氧氣不反應(yīng)，而“藥金”可以與氧氣反應(yīng)，故灼燒后的“藥金”顏色有改變，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]3．某同學(xué)設(shè)計(jì)了從海水中提取鎂單質(zhì)的四種方法，從化學(xué)原理和經(jīng)濟(jì)效益角度分析，最可行的是()A．海水eq\o(→,\s\up9(NaOH))Mg(OH)2eq\o(→,\s\up9(電解))MgB．海水eq\o(→,\s\up9(蒸發(fā)))MgCl2eq\o(→,\s\up9(電解))MgC．海水eq\o(→,\s\up9(石灰乳))Mg(OH)2eq\o(→,\s\up9(△))MgOeq\o(→,\s\up9(電解))MgD．海水eq\o(→,\s\up9(石灰乳))Mg(OH)2eq\o(→,\s\up9(鹽酸))MgCl2eq\o(→,\s\up9(電解))MgD[海水中Mg2＋的含量很低，干脆蒸發(fā)得到的主要是食鹽，B不符合題意；海水中加入堿可生成氫氧化鎂沉淀，一般運(yùn)用比較廉價(jià)的石灰乳，而不用價(jià)格較貴的NaOH，A不符合題意；MgO熔點(diǎn)很高，工業(yè)上從經(jīng)濟(jì)效益方面考慮，不采納電解MgO的方法，而采納電解MgCl2的方法，C不符合題意，D符合題意。]4．從海帶中提取碘單質(zhì)，工藝流程如下。下列關(guān)于海帶制碘的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A．試驗(yàn)室灼燒干海帶在坩堝中進(jìn)行B．沸水浸泡的目的是使I－充分浸出C．由濾液獲得碘水，發(fā)生的離子反應(yīng)為2I－＋H2O2=I2＋2OH－D．濾液獲得碘水，也可用氯水代替雙氧水C[酸性條件下，H2O2與I－的反應(yīng)式為2I－＋2H＋＋H2O2=I2＋2H2O，C錯(cuò)誤。]5．冶煉金屬常用以下幾種方法：①以C、CO或H2作還原劑還原②以較活潑金屬Na、Mg等還原③利用鋁熱反應(yīng)原理還原④電解法⑤熱分解法下列金屬各采納哪種方法還原最佳。(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(diǎn)金屬________。(5)K、Rb、Cs、Ti