第8章第1節(jié)自然資源的開(kāi)發(fā)利用基礎(chǔ)課時(shí)21金屬礦物、海水資源的開(kāi)發(fā)利用學(xué)案測(cè)試含答案

基礎(chǔ)課時(shí)21金屬礦物、海水資源的開(kāi)發(fā)利用學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解金屬在自然界中的存在形式,理解金屬冶煉的一般原理,掌握活潑性不同的金屬冶煉的一般方法。2.了解海水的主要組成元素、海水資源及開(kāi)發(fā)利用的主要方式,掌握從海水中提取溴的化學(xué)反應(yīng)原理及實(shí)驗(yàn)方法。3.通過(guò)對(duì)金屬冶煉原理及海水資源綜合利用的認(rèn)識(shí),體會(huì)化學(xué)對(duì)促進(jìn)人與自然和諧相處的意義。一、金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用(一)知識(shí)梳理1.金屬元素的存在形式2.金屬的冶煉(1)金屬的冶煉將金屬礦物中的金屬?gòu)钠浠衔镏羞€原出來(lái),用于生產(chǎn)各種金屬材料,這一過(guò)程在工業(yè)上稱(chēng)為。

(2)原理:利用氧化還原反應(yīng)原理,在一定條件下,使金屬離子電子被成金屬原子,從而獲得金屬單質(zhì)。即Mn++ne-===M。

(3)冶煉的方法(寫(xiě)出對(duì)應(yīng)化學(xué)方程式)3.金屬礦物資源的開(kāi)發(fā)和利用(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;

(4)加強(qiáng)廢舊金屬的回收和再利用;(5)使用其他材料代替金屬材料。(二)互動(dòng)探究材料1下圖是人類(lèi)冶煉金屬的歷史時(shí)間材料2下圖是從鋁土礦和廢舊鋁質(zhì)飲料罐獲取鋁的工藝流程:a.b.廢舊鋁質(zhì)飲料罐液態(tài)鋁—→鋁錠資料卡片資料卡片:(1)以鋁土礦為原料生產(chǎn)1kg鋁的資源及能耗鋁土礦:4kg煤:0.5kg燃料油:0.25kg純堿:0.5kg石灰:0.5kg氟化鈣:0.04kg焙燒碳素:0.6kg冰晶石:0.03kg電能能耗≥6.7×107J(2)以廢舊飲料罐生產(chǎn)1kg鋁消耗資源及能耗廢舊飲料罐1.01kg,電能能耗≤3.35×106J材料3利用鋁熱反應(yīng)可以在野外焊接大截面的鋼軌,其原理為2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,某小組用如圖所示儀器及試劑探究鋁熱反應(yīng)。其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄如下:①劇烈反應(yīng),火星四射。②放出大量的熱,紙漏斗下端被燒穿,有紅熱熔融物落入細(xì)沙上,冷卻后變?yōu)楹谏腆w?！締?wèn)題討論】問(wèn)題1分析推測(cè)人類(lèi)發(fā)現(xiàn)和使用金屬材料受哪些因素的影響?為什么?

問(wèn)題2計(jì)算表明,生產(chǎn)1mol鋁消耗的電能至少為1.8×106J,回收鋁制飲料罐得到鋁與從鋁土礦得到鋁相比,前者的能耗僅為后者的3%~5%。通過(guò)對(duì)上述數(shù)據(jù)的分析和比較,從能源消耗和環(huán)境污染兩個(gè)角度分析,為什么要加強(qiáng)廢舊金屬回收利用?

問(wèn)題3根據(jù)鋁熱反應(yīng)的有關(guān)描述,回答以下問(wèn)題:(1)鋁熱反應(yīng)需要高溫條件,是否還需要持續(xù)加熱?

(2)實(shí)驗(yàn)中,鎂條、氯酸鉀的作用是什么?引發(fā)反應(yīng)的操作是什么?

(3)蒸發(fā)皿中鋪少量細(xì)沙的作用是什么?

【探究歸納】1.金屬活動(dòng)性順序與金屬冶煉方法的關(guān)系在金屬活動(dòng)性順序中,金屬的位置越靠后,其陽(yáng)離子越容易被還原,金屬的位置越靠前,其陽(yáng)離子越難被還原。2.冶煉鎂時(shí),選擇MgCl2而不是MgO,因?yàn)镸gO熔點(diǎn)高,耗能多;冶煉鋁時(shí),選擇Al2O3而不是AlCl3,因?yàn)锳lCl3的沸點(diǎn)比熔點(diǎn)低,易升華,是共價(jià)化合物,熔融狀態(tài)下不導(dǎo)電。3.鋁熱反應(yīng)是利用鋁的強(qiáng)還原性,在高溫下將相對(duì)不活潑且熔點(diǎn)高的金屬?gòu)钠浣饘傺趸镏羞€原出來(lái),因此只有Al和比Al活潑性弱的金屬形成的氧化物組成的混合物才能稱(chēng)之為鋁熱劑。鋁熱劑為混合物,不僅僅是鋁和鐵的氧化物,鋁粉和其他金屬氧化物(如Cr2O3、V2O5、MnO2等)粉末也可組成鋁熱劑。1.下列說(shuō)法不正確的是()A.自然界中不存在游離態(tài)的金屬單質(zhì)B.金屬活動(dòng)性不同,冶煉方法也有所不同C.地球上金屬礦物資源是有限的,因此,應(yīng)提高金屬礦物的利用率D.廢舊金屬的回收利用,有利于環(huán)境保護(hù)2.鋁熱反應(yīng)有廣泛的用途,實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.鋁熱反應(yīng)的能量變化可用圖2表示B.Fe2O3和鋁粉的混合物被稱(chēng)為鋁熱劑C.鋁熱反應(yīng)只能用于冶煉鐵、錳、鉻、鎂等熔點(diǎn)較高的金屬D.鋁熱反應(yīng)可用于焊接鐵軌,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al+Fe2O32Fe+Al2O33.下表中金屬的冶煉原理與方法不完全正確的是()選項(xiàng)冶煉原理方法A2HgO2Hg+O2↑熱分解法B2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑電解法C4CO+Fe3O43Fe+4CO2熱還原法DFe2O3+2Al2Fe+Al2O3熱分解法二、海水資源的開(kāi)發(fā)利用(一)知識(shí)梳理1.海水資源的特點(diǎn)海水中溶解和懸浮著大量的和。海水中含量最多的兩種元素,加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11種元素,其總含量超過(guò)99%,其他元素為。雖然海水中元素的種類(lèi)很多,總儲(chǔ)量,但許多元素的富集程度卻。

2.海水資源的利用方法3.海水中化學(xué)元素的開(kāi)發(fā)利用從海水中制得的氯化鈉,可以食用,同時(shí)也是生產(chǎn)燒堿、純堿、鈉、氯氣、鹽酸的工業(yè)原料。從海水中可以制取及其他化工產(chǎn)品。

4.海水綜合利用海水淡化與化工生產(chǎn)、能源開(kāi)發(fā)等相結(jié)合已成為海水綜合利用的重要方向。如圖為海水的綜合利用示意圖,請(qǐng)補(bǔ)全表格內(nèi)容。(二)互動(dòng)探究溴及其化合物在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用,工業(yè)上用一種叫“吹出法”的技術(shù)從海水中提取溴,其生產(chǎn)流程如下:【問(wèn)題討論】問(wèn)題1請(qǐng)嘗試寫(xiě)出①、③、④過(guò)程中反應(yīng)的離子方程式?

問(wèn)題2過(guò)程②和④通入空氣、水蒸氣利用溴單質(zhì)的什么性質(zhì)?過(guò)程①獲取了游離態(tài)的溴,過(guò)程③又將其轉(zhuǎn)變?yōu)榛蠎B(tài)的溴,其目的是什么?

問(wèn)題3過(guò)程⑤蒸餾過(guò)程中溫度控制在80~90℃,溫度過(guò)高或過(guò)低都不利于生產(chǎn),原因是什么?

問(wèn)題4為什么不直接用第一步通入氯氣后的濃縮海水直接蒸餾得到液溴?

【探究歸納】1.海水中鹽的利用氯堿工業(yè)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑制鈉和氯氣2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑制鹽酸H2+Cl22HCl制漂白液Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O制漂白粉2Cl2+2Ca(OH)2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O2.海水提鎂分解貝殼制取氫氧化鈣CaCO3CaO+CO2↑,CaO+H2O===Ca(OH)2沉淀鎂離子Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓制備氯化鎂Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O制取金屬鎂MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑3.海帶提碘海帶海帶灰濾液含I2溶液I2的CCl4溶液?jiǎn)钨|(zhì)I2主要反應(yīng):Cl2+2I-===I2+2Cl-或2I-+H2O2+2H+===I2+2H2O。1.在海水資源的綜合利用中,不需要化學(xué)變化就能夠從海水中獲得的物質(zhì)是()A.溴、碘單質(zhì) B.鈉、鎂單質(zhì)C.食鹽、淡水 D.燒堿、純堿2.海水開(kāi)發(fā)利用的部分過(guò)程如圖所示。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.上述過(guò)程涉及氧化還原反應(yīng)B.可以采用蒸餾法從海水中獲得淡水C.工業(yè)生產(chǎn)常選用NaOH作為沉淀劑D.富集溴一般先用空氣和水蒸氣吹出單質(zhì)溴,再用SO2將其還原吸收3.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()干海帶海帶灰懸濁液濾液碘水I2的CCl4溶液A.實(shí)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.可以用淀粉溶液檢驗(yàn)碘水中的I24.溴及其化合物在生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用。工業(yè)上常用“吹出法”從海水中提溴,工藝流程示意圖如下:下列說(shuō)法不正確的是()A.向酸化的海水中通入氯氣的反應(yīng)為Cl2+2Br-===Br2+2Cl-B.海水中Br-經(jīng)氧化、吹出、吸收后,可實(shí)現(xiàn)溴的富集C.SO2吸收溴的反應(yīng)離子方程式:SO2+2H2O+Br2===2H++SO4D.“吹出法”主要包括氧化、吹出、吸收、蒸餾和冷凝等環(huán)節(jié):課后完成第八章基礎(chǔ)課時(shí)21基礎(chǔ)課時(shí)21金屬礦物、海水資源的開(kāi)發(fā)利用一、(一)1.游離化合2.(1)金屬的冶煉(2)得到還原(3)2HgO2Hg+O2↑2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑MgCl2(熔融)Mg+Cl1↑2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑Fe2O3+3CO2Fe+3CO2Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe3.(3)金屬的腐蝕(二)問(wèn)題1影響因素主要是金屬在自然界中的存在狀態(tài)和金屬的活潑性。因?yàn)榻饘僭交顫娖溥€原性就越強(qiáng),離子的氧化性越弱,得電子能力越弱,就越難被還原,故使用的時(shí)間越晚。問(wèn)題2從鋁土礦制鋁消耗的能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于回收鋁制飲料罐得到鋁消耗的能量,用鋁土礦生產(chǎn)鋁,能耗高,資源消耗量大,在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣、廢液及廢渣,對(duì)大氣、水體及土壤會(huì)產(chǎn)生很大污染;而用廢舊飲料罐生產(chǎn)鋁,能耗低,資源消耗量小,對(duì)環(huán)境污染很小,變廢為寶,既可以減少?gòu)U舊金屬對(duì)環(huán)境的污染,還可以提高礦物有效利用率,是可持續(xù)發(fā)展的必然要求。問(wèn)題3(1)鋁熱反應(yīng)為放熱反應(yīng),放出的熱可以維持反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行,因此不需要持續(xù)加熱。(2)鎂條是引燃劑,氯酸鉀為助燃劑,點(diǎn)燃鎂條,促使氯酸鉀分解,釋放出氧氣,使鎂條更劇烈燃燒,單位時(shí)間內(nèi)放出更多熱量,從而引發(fā)Al和Fe2O3發(fā)生反應(yīng)。(3)一是防止蒸發(fā)皿炸裂,二是防止生成的熔融物濺出。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1.A[自然界中的金屬絕大多數(shù)以化合態(tài)形式存在,極少數(shù)金屬如Au、Pt等以游離態(tài)存在,A錯(cuò)誤;金屬活動(dòng)性不同,金屬陽(yáng)離子被還原的難易程度不同,冶煉方法不同,B正確;金屬資源是有限的,既要提高金屬礦物的利用率,又要回收利用廢舊金屬,C、D正確。]2.C[A項(xiàng),鋁熱反應(yīng)是放熱反應(yīng),能量變化可用圖2表示;B項(xiàng),Fe2O3和鋁粉的混合物被稱(chēng)為鋁熱劑;C項(xiàng),鎂的活潑性大于Al,不能用鋁熱反應(yīng)冶煉金屬鎂;D項(xiàng),鋁熱反應(yīng)可用于焊接鐵軌,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Al+Fe2O32Fe+Al2O3。]3.D[活潑金屬K、Ca、Na、Mg、Al等用電解法冶煉,中等活潑金屬Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用熱還原法冶煉,不活潑金屬Hg、Ag利用熱分解法冶煉,故A、B、C正確,D錯(cuò)誤。]二、(一)1.無(wú)機(jī)物有機(jī)物O、H微量很大很低2.蒸餾法電滲析法反滲透法3.鎂、鉀、溴4.淡水鈉氯氣鉀溴(二)問(wèn)題1①Cl2+2Br-Br2+2Cl-。③SO2+Br2+2H2OSO42-+2Br-+4H+④Cl2+2Br-Br2+2Cl-。問(wèn)題2Br2易揮發(fā),利用空氣或水蒸氣可以將Br2從海水中吹出;將溴單質(zhì)再轉(zhuǎn)化為溴離子的目的是使Br-濃縮,提高Br2的提取效率。問(wèn)題3溫度過(guò)高,水蒸氣揮發(fā)性增強(qiáng),使溴的純度降低;溫度太低,溴的揮發(fā)性減小,導(dǎo)致溴單質(zhì)不能充分揮發(fā)。問(wèn)題4第一步氧化后的海水雖然含有溴單質(zhì),但濃度低,如果直接蒸餾,消耗大量能源,產(chǎn)品成本高。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1.C[海水中氯、溴、碘、鎂、鈉都以化合態(tài)形式存在,若制取其單質(zhì),必須經(jīng)過(guò)化學(xué)變化;從海水中提取食鹽和海水的淡化主要是將海水進(jìn)行蒸發(fā)或蒸餾,是物理變化;而由飽和食鹽水制取燒堿需電解,為化學(xué)變化。]2.C[由于Ca(OH)2比NaOH便宜,工業(yè)生產(chǎn)中常選用Ca(OH)2作為沉淀劑,故C錯(cuò)誤。]3.C[干海帶灼燒得到海帶灰,沸水浸泡海帶灰,過(guò)濾得到含有碘離子的濾液,加入酸化的過(guò)氧化氫溶液氧化碘離子生成碘單質(zhì),加入四氯化碳萃取分液得到碘的四氯化碳溶液。固體灼燒應(yīng)在坩堝中進(jìn)行,A正確;沸水浸泡海帶灰的目的是加快I-的溶解,并使之溶解更充分,B正確;由濾液獲得碘水,正確的離子方程式為2I-+2H++H2O2I2+2H2O,C錯(cuò)誤;