【寒假备课精选】2013-2014下学期高中化学同步配套辅导与检测（人教版，必修2）：第四章第一节 开发利用金属矿物和海水资源（80张ppt）

课件80张PPT。第一节　开发利用金属矿物和海水资源化学与自然资源的开发利用第一节　开发利用金属矿物和海水资源海洋是人类可持续发展的重要基础。浩瀚的海洋中，蕴藏着极其丰富的矿物资源、生物资源和药物资源，其经济价值可观，开发前景十分诱人。 海底石油储藏量约1 350亿吨，天然气约140万亿立方米，约占世界油气总量的45%；海水中溶解有80多种化学元素，被誉为“液体矿山”。海水中可提取镁、钾、铀、锶等各类矿物达5亿亿吨；在生物资源方面，海洋中存活着20万种生物；除石油、天然气外，海洋蕴藏着巨大的动力能源。另外，海水中含有200万亿吨重水，其中所含的氘是受控核聚变的宝贵原料，核聚变能是被广泛看好的21世纪全球电力的一个重要来源。
开发金属矿物资源的一般原理是什么？开发海水资源对人类社会的发展有哪些重要意义呢？1．了解金属冶炼的化学反应原理和基本方法。
2．了解海水资源及其开发利用的主要方法。
3．掌握从海水中提取溴和碘的化学反应原理和实验方法。
4．认识开发利用金属矿物和海水资源所带来的环境问题和预防措施。认识化学在自然资源的合理开发与综合利用方面的重要价值，培养环保意识和节约意识。金属矿物的开发和利用1．金属在自然界的存在形态游离态化合态2．金属冶炼的原理
金属的冶炼是利用____________原理，在一定条件下，使金属离子______电子被______成金属原子，聚集成为金属单质。如Mn＋＋ne－ M。
3．冶炼方法
(1)热分解法：适用于_____________________________金属。写出冶炼汞和银的化学反应方程式：________________________；________________________。得到 　 还原氧化还原反应金属活动性顺序中Hg及其以后的(2)热还原法：适用于______________________________金属。写出工业炼铁的化学反应方程式：___________________________。
(3)电解法：适用于__________________________的金属。写出冶炼钠、镁和铝的化学反应方程式：_________________________、_______________________、________________________。金属活动性顺序中Zn、Cu之间的金属活动性顺序中Al及其以前4．常见的还原剂
大部分金属的冶炼都是在高温下发生的氧化还原反应，常用的还原剂有______、______、______等。一些活泼金属也可作还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。如2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3。 焦炭　 CO 　H25．合理开发金属矿物资源
地球上金属矿物资源是有限的，必须合理开发和利用这些矿物资源，主要途径有提高金属矿物的______，减少金属的________，加强金属资源的______和________，使用其他材料代替金属材料等。利用率使用量　 回收　 再利用应用思考：1.金属在自然界中，为什么它们大多数以化合态存在？提示：大多数金属比较活泼，容易与H2O、O2等反应，故大多数金属以化合态存在于自然界中。 提示：由于MgO的熔点远远高于MgCl2的熔点，将MgO熔融需要能量较多，所以采用电解熔融MgCl2的方法制取Mg，冶炼金属也要考虑节能减排。 2.工业上利用电解熔融MgCl2来制取Mg，而MgO比MgCl2更易获得，为什么不电解熔融MgO制取镁呢？(MgO的熔点：2 852 ℃，MgCl2的熔点：118 ℃海水资源的开发利用1．海水的淡化
(1)海水淡化的主要方法：______法、________法、________法。
(2)海水的蒸馏。蒸馏　 电渗析离子交换烧瓶碎瓷片冷凝器锥形瓶2．直接利用
海水进行____________。
3．海水制盐
(1)方法。
把海水引到盐滩上，利用______和______使水分蒸发，得到食盐。日光　 风力循环冷却 (2)食盐的用途。有关反应的方程式：
a．___________________________________________。
b．2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑。
c．___________________________________________。
d．___________________________________________。
4．海水提溴
在预先经过酸化的浓缩海水中，用氯气氧化溴离子使之成为单质溴，反应的离子方程式为________________________。应用思考：3.海水制盐属于物理变化，还是化学变化？ 4.海水的蒸馏装置与普通的蒸馏装置有何区别？为什么？提示：海水制盐是利用日光和风力使海水中水分蒸发从而使食盐结晶析出，因此属于物理变化。 提示：因为海水蒸馏得到的是淡水，水的沸点为100 ℃(常压下)无需用温度计，因此可不用蒸馏烧瓶，而换为圆底烧瓶。综合拓展一、金属活动性顺序表、金属的性质、金属的冶炼(续上表)(续上表)二、铝热反应实验探究把两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起，使四周都有四层。把内层滤纸取出，在底部剪一个孔后用水润湿，再套回原处，架在铁圈上，下面放置一盛沙的蒸发皿。把5 g干燥的氧化铁粉末和2 g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，在混合物上面加少量氯酸钾固体，并在混合物中间插一根用砂纸打磨过的镁条，用燃着的小木条点燃镁条(续上表)特别关注：铝热反应的注意事项：
(1)铝热反应是指铝热剂在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应，其中镁条为引燃物质，氯酸钾为助燃物质。
(2)铝热反应的实质是用较活泼的铝，把活动性相对较弱的金属从其氧化物中还原出来。
(3)反应特点是在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈液态且易与Al2O3分离。(4)铝热剂是指铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物。
(5)在冶金工业中常用这一原理制取熔点较高的金属，如V、Cr、Mn等；另外该反应原理也可以应用在生产上，如焊接钢轨等。(2)烧瓶中的海水量不能超过烧瓶容量的2/3。
(3)冷凝管内的冷却水要从下口入、上口出，这样冷却的效果最好。
(4)加入碎瓷片的目的是防止液体暴沸。
(5)实验前认真检查装置的气密性。
(6)当烧瓶中有少量液体时，停止加热。
(7)实验结束时，应先停止加热，后停止通入冷却水。 四、海水中碘的提取
海水中碘的总储量很大，但由于其浓度很低，因此，目前工业生产中并不是直接由海水提取碘。海洋中的某些植物具有富集碘的能力，如海带等。从海产品中提取碘是工业上获取碘的一种途径。从海带中提取碘的流程图如下：五、海水提溴
1．流程特别关注：(1)利用空气吹出法从海水中提溴，主要是利用Br2沸点低、易挥发、能被热空气和H2O(g)以溴蒸气形式吹入吸收塔。
(2)从苦卤或吸收液中得到Br2，均用Cl2作氧化剂把Br－氧化为溴单质。尝试应用1．有关金属的冶炼原理，下列说法正确的是(　　)
A．肯定发生的是置换反应
B．肯定发生的是分解反应
C．肯定发生的是氧化还原反应
D. 只能用金属作还原剂冶炼金属解析：金属冶炼的实质是将化合态的金属转化为游离态的金属，肯定发生了氧化还原反应，但不一定是分解反应或置换反应，用作还原剂的不一定为金属。
答案：C2．我国古代的湿法冶金术是世界闻名的。我国在世界上最先应用湿法冶金术冶炼的金属是(　　)
A．Fe B．Cu C．Ag D．HgB3．历史上最悠久的海水淡化方法是(　　)
A．蒸馏法　　　　　　　　B．电渗析法
C．离子交换法 D．过滤法解析：蒸馏法是海水淡化方法中最简单、最古老的方法。
答案：A一、金属冶炼方法 金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的应用。下列关于金属的一些说法不正确的是(　　)
A．合金的性质与其组成金属的性质不完全相同
B．工业上金属Mg、Al都是用电解熔融氯化物制得的
C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
D．越活泼的金属越难冶炼解析：合金的性质与其成分金属的性质不完全相同，如硬度、强度更大，熔点更低等，A项正确；因为AlCl3为共价化合物，熔融时不导电，冶炼铝应用电解Al2O3(熔融)的方法，B项错误；金属冶炼的实质就是把金属阳离子还原为金属原子，越活泼的金属，其阳离子的氧化性越弱，越难被还原，C、D两项正确。
答案：B
名师点睛：选择金属冶炼的方法要依据金属在自然界中的存在形态和金属的活泼性强弱。在金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，越容易被还原；金属的位置越靠前，越难被还原。 金属活动性顺序表中K～Al之间的活泼金属多用电解法制取其金属单质；Mn～Cu之间的中等活泼金属常用普通还原剂(如C、CO、H2等)还原法；Hg、Ag等不活泼金属常用热分解其化合物的方法制取；Pt、Au等金属在自然界中主要以单质形式存在，可用物理方法分离得到。变式应用1．下列金属冶炼的反应原理，错误的是(　　)解析：镁的还原性比氢气强，故B项不正确。
答案：B二、铝热反应 如右图所示，用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起，使四周都有四层。把内层滤纸取出，在底部剪一个小孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上，下面放置一盛沙的蒸发皿。把5 g和2 g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾，并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条，观察发生的现象。干燥的氧化铁粉末通过以上实验信息，回答下列问题：
(1)写出该反应的化学方程式：__________________________________________________，在该反应中，________是氧化剂，________是还原剂，该反应称为________反应。
(2)该实验的实验现象是：_______________________。
①镁条剧烈燃烧　②放出大量的热，并发出耀眼的光，火星四射　③纸漏斗的下部被烧穿　④有红热状的液珠落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体(3)写出下列操作或物质的作用：内层纸漏斗底部剪一个孔：________________；蒸发皿盛沙：______________；镁条：______________；氯酸钾：________________。(3)铝热反应实验中：①为使熔融物易落下，通常在内层滤纸漏斗底部剪一个孔；②为防止溅落物炸裂蒸发皿，通常在蒸发皿内盛沙子；③反应中镁条引起氯酸钾分解；④氯酸钾引发铝热反应。
答案：(1)Fe2O3＋2Al Al2O3＋2Fe　Fe2O3　Al　铝热　(2)①②③④　(3)使熔融物易于落下　防止溅落物炸裂蒸发皿　引起氯酸钾分解　引发铝热反应
名师点睛：(1)本实验中镁条的作用：镁条燃烧提供热量，促使KClO3发生分解。 (2)氯酸钾的作用：氯酸钾分解放出O2，使镁条剧烈燃烧，单位时间内放出更多的热量，以引发Al和Fe2O3的反应。变式应用2．粉末状样品A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物，进行如下实验：
①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成。
②另取20 g A全部溶于0.15 L 6.0 mol/L的盐酸中，得溶液C。
③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12 L(标准状况)气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B。
④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色。请回答问题：
(1)①中引发铝热反应的实验操作是________________，产物中的单质B是________。
(2)②中所发生的各反应的化学方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)③中所发生的各反应的离子方程式是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(4)若溶液D的体积仍视为0.15 L，则该溶液中c(Mg2＋)为________，c(Fe2＋)为________。解析：(1)铝热反应发生的条件是高温引燃，引燃剂可以是氯酸钾和镁带。这里的铝热反应是Al与Fe2O3反应生成Fe和Al2O3，MgO不发生铝热反应，故单质B为Fe。(2)A中的MgO和Fe2O3都能与盐酸发生反应，则溶液C中含有Mg2＋和Fe3＋两种阳离子。(3)由③中生成气体(H2)并且还残留有固体物质B(Fe)可知，在②中的化学反应里盐酸是过量的，故B(Fe)与溶液C混合后发生的离子反应是Fe与Fe3＋、Fe与H＋的反应，并且Fe有剩余，则溶液D的溶质是MgCl2和FeCl2。(4)根据元素守恒可知，MgCl2和FeCl2的混合液中Cl－与0.15 L 6.0 mol/L的盐酸中所含Cl－的物质的量相等。设20 g A中MgO和Fe2O3的物质的量都是x，则：
40 g/mol×x＋160 g/mol×x＝20 g，解得x＝0.1 mol。
溶液D中Mg2＋的物质的量浓度为：c(Mg2＋)＝0.1 mol÷0.15 L＝0.67 mol/L，根据Cl－守恒得溶液D中Fe2＋的物质的量浓度为：c(Fe2＋)＝[(6.0 mol/L×0.15 L－0.1 mol×2)÷2]÷0.15 L＝2.3 mol/L。
答案：(1)在铝热剂的上面加少量KClO3，插入镁带并将其点燃　Fe(2)Fe2O3＋6HCl 2FeCl3＋3H2O，MgO＋2HCl MgCl2＋H2O
(3)Fe＋2H＋ Fe2＋＋H2↑，Fe＋2Fe3＋ 3Fe2＋
(4)0.67 mol/L　2.3 mol/L 三、海水资源的综合利用海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素，碘元素以碘离子的形式存在，实验室从海藻中提取碘的流程如下：(1)指出从海藻中提取I2的实验操作名称：①________，③____________。反应②的离子方程式为__________________________________________________。(2)提取碘的过程中，可供选择的有机溶剂是________。
A．甲苯、酒精 B．四氯化碳、苯
C．汽油、乙酸 D．汽油、甘油
(3)为使含碘的水溶液转化为含碘的有机溶液，实验室里有烧杯、玻璃棒等仪器，尚缺少的主要玻璃仪器是________________________________________。
(4)从含碘的有机溶液中提取碘，还要经过蒸馏，指出下图蒸馏装置中的错误之处：__________________________________________________。(5)进行蒸馏操作时，使用水浴加热的原因是__________________________________________________，
最后晶态碘在____________中。解析：本题考查I2的性质及分离物质的方法：过滤、萃取、分液、蒸馏等。(1)为了从悬浊液中分离出I－，应用过滤；从I2的水溶液中把I2提取出来，应用萃取。(2)A中酒精、C中乙酸、D中甘油都是易溶于水的物质，所以不能用于萃取碘。(3)萃取分液所必需的仪器是分液漏斗。(4)蒸馏装置的三点错误：①没有用石棉网；②温度计插入液面以下；③冷凝管进、出水方向颠倒。(5)根据(2)中B选项中的两种萃取剂的沸点数据：苯80 ℃、四氯化碳77 ℃，用水浴加热即可使之沸腾，而避免高温下I2的升华。最后I2留在烧瓶中。答案：(1)过滤　萃取　2I－＋Cl2 I2＋2Cl－
(2)B
(3)分液漏斗
(4)①没有用石棉网；②温度计插入液面以下；③冷凝管进、出水方向颠倒
(5)萃取剂沸点较低，I2易升华　烧瓶 名师点睛：(1)分离悬浊液中离子的方法应用过滤，而从一种溶剂中分离出溶质可用蒸发结晶、蒸馏和萃取；蒸发结晶用于分离固体溶质和液体溶剂；蒸馏则用于分离固、液或液、液相溶物；萃取是根据溶质在互不相溶的不同溶剂中溶解性的不同，把溶质从一种溶剂中转移到另一种溶剂中。
(2)因为I2易升华，故从碘的有机溶液中提取碘时采用水浴加热，由于水温度最高只有100 ℃，可避免高温下I2的升华。变式应用3．海水中含有丰富的碘。为了从海带中提取碘，某研究性学习小组设计并进行了以下实验：请填写下列空白：
(1)步骤①灼烧海带时，除需要三脚架外，还需要用到的实验仪器是________。
A．烧杯　B．坩埚　C．表面皿　D．泥三角　E．酒精灯　F．干燥器
(2)步骤③的实验操作名称是________；步骤⑥的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收苯，该步骤的实验操作名称是________。BDE过滤蒸馏(3)步骤④反应的离子方程式是__________________________________________________。
(4)步骤⑤中，某学生选用苯来提取碘的理由是__________________________________________________。
(5)请设计一种检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘的简单方法：________________________________________________________________________________。取少量提取碘后的水溶液于试管中，加入几滴淀粉试液，如变蓝，说明还含有单质碘苯与水互不相溶；碘在苯中的溶解度比在水中的大水平测试1．不同金属的冶炼，其冶炼方法也可能不同，主要原因是(　　)
A．金属在自然界的分布不同
B．金属在自然界中的含量不同
C．金属在自然界中存在形式不同
D．金属的活动性不同解析：很活泼的金属不能用一般还原剂还原，必须用电解的方法。
答案：D2．在冶金工业中，通常不能用化学还原剂制得的一组金属是(　　)
A．Na、Mg、Al、Ba B．Na、K、Zn、Fe
C．Zn、Fe、Cu、Ag D．Mg、Al、Zn、Fe解析：对于金属活动顺序中排在Zn前面的金属，采用一般的还原剂很难将它们还原出来，工业上常用电解法冶炼。
答案：C3．用铝热剂冶炼难熔金属，是利用了铝的(　　)
①具有还原性
②既能与酸反应又能与碱反应
③具有导电性
④被氧化过程中放出大量的热
A．① B．①③④
C．①④ D．①②③④解析：铝热剂法是活泼金属还原剂法冶炼金属的一种方法，除利用铝的还原性外，还由于该反应过程中放出大量的热可使“难熔金属”熔化，从而进一步将其分离出来。
答案：C4．海水中含有氯化镁，是镁的重要来源之一。从海水中提取镁，可按照如下步骤进行：①把贝壳制成石灰乳；②在引入的海水中加入石灰乳，沉降、过滤、洗涤沉淀物；③将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤、干燥产物；④将所得的产物熔融后电解。关于提取镁，下列说法不正确的是(　　)
A．此法的优点之一是原料来源丰富
B．进行①、②、③步操作的目的是从海水中提取氯化镁
C．第④步电解时会产生氯气
D．以上提取镁的过程中涉及的反应有分解反应、化合反应、复分解反应和置换反应D5．海带中含有丰富的碘，有人设计如下步骤从海带中提取碘：①将海带灼烧成灰，在灰中加水搅拌；②加四氯化碳搅拌；③通入氯气；④过滤；⑤用分液法分离液体混合物。合理操作的先后顺序是(　　)
A．①②③④⑤ B．①④②③⑤
C．①②④③⑤ D．①④③②⑤解析：海带烧成灰后，有不溶性的物质，需经过过滤；过滤后，需通入氯气将I－氧化为I2，再加四氯化碳萃取分液。
答案：D6．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等金属通常所用的还原方法是___________________________________________________。能力提升7．由海水制备无水氯化镁，主要有以下步骤：①在一定条件下脱水干燥；②加熟石灰；③加盐酸；④过滤；⑤浓缩结晶。其先后顺序正确的是(　　)
A．②④⑤③① B．③②④①⑤
C．③④②⑤① D．②④③⑤①解析：要从海水中得到MgCl2，首先要加熟石灰得到Mg(OH)2沉淀，然后过滤，再将沉淀加盐酸溶解，得到MgCl2溶液，最后对溶液浓缩结晶，再对晶体脱水干燥即可，故选D项。
答案：D 8．从海带中提取碘的实验过程中涉及下列操作，其中正确的是(　　)A．将海带灼烧成灰 B．过滤得含I－溶液
C．放出碘的苯溶液 D．分离碘并回收苯解析：A项，海带应在坩埚中灼烧；B项，过滤应用玻璃棒引流；C项，碘的苯溶液在上层，应从上口倒出。
答案：D 9．根据下图所示一氧化碳还原铁的氧化物的实验装置，回答下列问题。(1)怎样知道硬质玻璃管中Fe2O3已开始发生反应？___________________________________________________。(2)在a处点燃，可观察到什么现象？为什么要点燃？___________________________________________________。
(3)实验结束时应注意的操作是___________________________________________________。
①先停止通入CO　②先熄灭酒精灯，并继续通入CO　③熄灭酒精灯，同时停止通入CO　④先熄灭酒精灯，继续通入CO，并点燃排出的CO气体解析：这是一个典型的CO还原金属氧化物的实验，利用气体的还原性来制得金属。
答案：(1)当硬质玻璃管中红褐色物质开始变黑，b中澄清石灰水开始变浑浊时，说明已开始发生反应　(2)可看见浅蓝色的火焰，因CO有毒，为防止CO污染空气，必须点燃或用其他方法处理未反应的CO　(3)④ 10．从海水中可以提取金属镁，其流程如下图：(1)实验室里将粗盐制成精盐时，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的。
溶解时：__________________________________________________；
过滤时：__________________________________________________；
蒸发时：__________________________________________________。(2)Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去？写出实验步骤：__________________________________________________。
(3)流程的最后由固体MgCl2冶炼金属镁应采用________法，写出反应的化学方程式：__________________________________________________。解析：(1)本题考查了玻璃棒在溶解、过滤、蒸发过程中的使用目的。玻璃棒在溶解时能加速溶解；在过滤时能防止液体外洒；在蒸发时能防止液滴或晶体飞溅。(2)粗略看Mg(OH)2、Ca(OH)2都为碱，无法通过反应除去Ca(OH)2，仔细分析两种物质性质的差异，发现Mg(OH)2难溶而Ca(OH)2微溶，利用这一性质的差别，可以加入MgCl2溶液，充分搅拌后过滤，沉淀用水洗涤即可除杂。(3)电解熔融的氯化镁可制得金属镁。 答案：(1)搅拌，加速溶解　使待过滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外洒　搅拌，防止局部过热使液滴或晶体飞溅　(2)加入MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤　(3)电解　MgCl2(熔融) Mg＋Cl2↑ 感谢您的使用，退出请按ESC键本小节结束