第八章　第一节　第1课时　金属矿物、海水资源的开发利用 学案（含答案）

第一节　自然资源的开发利用
第1课时　金属矿物、海水资源的开发利用
[核心素养发展目标]　1.了解金属在自然界中的存在形式，理解金属冶炼的一般原理，掌握活泼性不同的金属冶炼的一般方法，形成金属冶炼方法知识模型，培养证据推理与模型认知能力。2.了解海水的主要组成元素，了解海水资源及开发利用的主要方式，掌握从海水中提取溴的化学反应原理及实验方法，培养宏观辨识与变化观念的学科素养。3.通过对金属冶炼原理及海水资源综合利用的认识，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义，培养科学探究精神，增强社会责任感。
一、金属矿物的开发利用
1．金属元素在自然界中的存在形态
2．金属的冶炼
(1)概念：将金属矿物中的金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料，这一过程在工业上称为____________。
(2)原理：利用氧化还原反应原理，在一定条件下，使金属离子________电子被________成金属原子，从而获得金属单质。即Mn＋＋ne－===M。
3．金属的冶炼方法
(1)金属活泼性与冶炼方法的关系如下：
(2)金属的冶炼方法
热分解法 分解HgO
分解Ag2O
电解法 冶炼钠
冶炼镁
冶炼铝
热还原法 高炉炼铁 Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
铝热法炼铁
其他方法 湿法炼铜 Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
火法炼铜 Cu2S＋O22Cu＋SO2
其中热还原法常用的还原剂有__________、________、________、______________等。
4．金属矿物资源的开发和利用措施
(1)提高金属矿物的利用率。
(2)开发环保高效的金属冶炼方法。
(3)防止金属的腐蚀。
(4)使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量。
(5)加强废旧金属的回收和再利用。
(1)利用化合物冶炼金属时，金属元素一定发生还原反应(　　)
(2)越活泼的金属元素，人类利用的越晚(　　)
(3)用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从其化合物中还原出来(　　)
(4)可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠(　　)
(5)可以通过电解熔融的MgO和AlCl3来制备金属Mg、Al(　　)
1．如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：
(1)写出该反应的化学方程式：______________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应______(填“能”或“不能”)发生，理由是______________
_______________________________________________________________________________。
(3)若将所得产品置于足量的NaOH溶液中，可能看到的现象是__________________________
_______________________________________________________________________________，
写出铝热反应的一种主要用途：_____________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)假设铝足量且反应充分，设计一种实验方案，证明本实验中有单质铁生成：______________
_______________________________________________________________________________。
铝热反应是利用铝的强还原性，在高温下将相对不活泼且熔点高的金属从其金属氧化物中还原出来，因此只有Al和比Al活泼性弱的金属形成的氧化物组成的混合物才能称之为铝热剂，Al和MgO组成的混合物不能称之为铝热剂。
2.金属元素的原子结构决定了金属元素的性质、在自然界中的存在形式及冶炼方法。
(1)金属的冶炼一般有下列方法：
a．焦炭法
b．水煤气(氢气和一氧化碳)法
c．活泼金属置换法
d．电解法
请从上述四种方法中选择相应的字母填入表中空格：
高炉炼铁 湿法炼铜 铝热法炼铬 工业上冶炼铝
写出Al与Cr2O3反应的化学方程式：_________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)铜在地壳中的含量远低于铝，但人类利用铜的历史远早于铝，这与古代发生的森林大火有一定的关系，因为人类在大火之后的灰烬中会发现红色发亮的物质。现在人们认识到，这种物质就是孔雀石[主要成分为Cu2(OH)2CO3，热稳定性差]在大火中转化而生成的铜，写出大火中与铜元素有关的三个化学方程式：_______________________________________________
_______________________________________________________________________________。
(1)在金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，其阳离子越容易被还原，金属的位置越靠前，其阳离子越难被还原。
(2)冶炼Mg时只能电解MgCl2，不能电解MgO(熔点太高)。
(3)冶炼Al时只能电解Al2O3，不能电解AlCl3(共价化合物，熔融时不导电)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。
二、海水资源的开发利用
1．海水资源的特点
海水中溶解和悬浮着大量的__________和________。海水中含量最多的__________两种元素，加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等元素，其总含量超过99%，其他元素为________。虽然海水中元素的种类很多，总储量________，但许多元素的富集程度却________。
2．海水水资源的开发利用
(1)利用途径：海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却等。
(2)海水淡化：通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有________、____________、______________和膜分离法等。其中________的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高。
(3)海水的蒸馏
①主要仪器：A__________，B____________________________________________________，
C________。
②冷却水的流向：____口进，____口出。
③B中加入碎瓷片的目的是_______________________________________________________。
3．海水中化学资源的开发利用
(1)海水制盐
从海水中制得的氯化钠，可以食用，同时也是生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸等的化工原料。
①氯碱工业：电解饱和食盐水，可生产氢氧化钠、氢气和氯气。
化学方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
②制钠和氯气：_______________________________________________________________。
③制盐酸：H2＋Cl22HCl。
④制漂白剂(84消毒液)：___________________________________________________________
_______________________________________________________________________________。
⑤制纯碱：NaCl＋CO2＋H2O＋NH3===NH4Cl＋NaHCO3↓；____________________________
_______________________________________________________________________________。
(2)海水提溴
①海水提溴的方法(吹出法)
工艺流程
基本操作 浓缩 海水晒盐和海水淡化的过程中副产物Br－得到浓缩
氧化 向浓缩的海水中通入Cl2，将Br－氧化成Br2
吹出 利用溴的挥发性，通入热空气和水蒸气，吹出溴蒸气
吸收 吹出的溴蒸气用SO2吸收
蒸馏 再用Cl2将HBr氧化得到产品溴后蒸馏分离
②氧化、吸收环节主要的离子方程式：_______________________________________________、
_______________________________________________________________________________。
4．海水中其他资源的开发利用
(1)制备化工产品：制备Mg、K、I2及其他化工产品。
(2)获取能量物质：提取铀和重水用来开发核能。
(3)开发利用新型能源：潮汐能、波浪能等。
(1)海洋约占地球表面积的71%，因此地球不缺水，人类可以任意使用，不用节约(　　)
(2)海水淡化的方法中，蒸馏法成本最低(　　)
(3)海水中含量最多的两种元素为Na元素和Cl元素(　　)
(4)海水中各种化学资源的开发过程中，必须都要发生化学反应(　　)
(5)蒸馏操作时，温度计水银球的位置应在蒸馏烧瓶支管口处，测量蒸气的温度(　　)
海水中溴元素以Br－形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如下图所示：
(1)步骤①反应的离子方程式是_____________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(2)步骤③反应的化学方程式是_____________________________________________________
______________________________________________________________________________。
(3)步骤②中，用热空气将Br2吹出，利用溴的性质为________________，从步骤②到步骤④的目的是_______________________________________________________________________。
(4)从理论上考虑，下列物质也能充分吸收Br2的是________(填字母)。
A．NaOH B．FeCl2
C．Na2SO3 D．H2O
(5)步骤⑤蒸馏过程中，温度应控制在80～90 ℃。温度过高或过低都不利于生产，若温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水分增加；若温度过低，则___________________________
_______________________________________________________________________________。
1．从本质上讲，工业上冶炼金属的反应一定都属于(　　)
A．氧化还原反应 B．置换反应
C．分解反应 D．复分解反应
2．(2022·河北邢台高一阶段检测)下列金属的冶炼方法正确的是(　　)
A．Hg：热还原法 B．Al：电解法
C．Cu：热分解法 D．Fe：电解法
3．海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法正确的是(　　)
A．海水中含有钾元素，只需经过物理变化就能得到钾单质
B．海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化
C．从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备Na
D．利用潮汐发电是将化学能转化为电能
4．从海带中提取碘单质，工艺流程如下。下列关于海带制碘的说法错误的是(　　)
干海带海带灰悬浊液滤液碘水I2的CCl4溶液
A．实验室灼烧干海带在坩埚中进行
B．沸水浸泡的目的是使I－充分浸出
C．由滤液获得碘水，发生的离子反应为2I－＋H2O2===I2＋2OH－
D．可以用淀粉溶液检验碘水中的I2
5．下图为海水提镁的工艺流程，写出下列步骤中的化学方程式。
(1)分解贝壳(主要成分是CaCO3)、制备Ca(OH)2：_____________________________________，
_______________________________________________________________________________。
(2)沉淀Mg2＋：_______________________________________________________(离子方程式)。
(3)制备MgCl2：__________________________________________________________________。
(4)制取Mg：____________________________________________________________________。
第一节　自然资源的开发利用
第1课时　金属矿物、海水资源的开发利用
一、
1．游离态　金、铂　化合态
2．(1)金属的冶炼　(2)得到　还原
3．(2)2HgO2Hg＋O2↑　2Ag2O4Ag＋O2↑　2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑　MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑　2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑　2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe　焦炭　CO　H2　一些活泼金属
正误判断
(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)×
应用体验
1．(1)Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe　(2)不能　镁比铝活泼，铝不能置换出镁　(3)部分固体溶解，有气泡产生　焊接钢轨(或冶炼某些熔点高的金属，合理即可)　(4)取适量反应后的固体混合物，先用NaOH溶液除去铝，再加入稀硫酸，有气泡冒出，说明有铁生成(或用磁铁靠近固体，有固体可被磁铁吸引，说明有铁生成)
2．(1)a　c　c　d　2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr
(2)Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑、
2CuO＋C2Cu＋CO2↑、CuO＋COCu＋CO2
解析　(1)高炉炼铁的反应原理是3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，属于焦炭法；湿法炼铜的反应原理为Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，属于活泼金属置换法；铝热法炼铬的反应原理为2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr，属于活泼金属置换法；工业上冶炼铝的反应原理为2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑，属于电解法。(2)Cu2(OH)2CO3受热分解为CuO、CO2、H2O，树木燃烧时会有CO、C生成，然后C或CO还原CuO生成Cu。
二、
1．无机物　有机物　O、H　微量　很大　很低
2．(2)蒸馏法　电渗析法　离子交换法　蒸馏法　(3)①冷凝管　蒸馏烧瓶　锥形瓶　②a　b　③防止液体暴沸
3．(1)②2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑　④2NaOH＋Cl2===NaClO＋NaCl＋H2O　⑤2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O　(2)②2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－　SO2＋Br2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－
正误判断
(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)√
应用体验
(1)2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－
(2)SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr
(3)易挥发　将溴浓缩，提高Br2的提取率
(4)ABC
(5)溴不能完全蒸出，产率太低
解析　(4)NaOH和Br2反应生成NaBr、NaBrO和H2O，可以吸收，A正确；Fe2＋有还原性，可以被溴氧化为Fe3＋，Br2被还原为Br－，可以吸收Br2，B正确；Na2SO3可以和Br2反应，将Br2还原为Br－，能吸收Br2，C正确；H2O和Br2反应微弱，不能充分吸收Br2，D错误。
随堂演练　知识落实
1．A　2.B　3.C
4．C　[干海带灼烧得到海带灰，海带灰溶于沸水，过滤得到含有碘离子的滤液，加入酸化的过氧化氢溶液氧化碘离子生成碘单质，加入四氯化碳萃取分液得到碘的四氯化碳溶液。固体灼烧应在坩埚中进行，A正确；沸水浸泡海带灰的目的是加快I－的溶解，并使之溶解更充分，B正确；由滤液获得碘水，正确的离子方程式为2I－＋2H＋＋H2O2===I2＋2H2O，C错误；淀粉遇I2变蓝，D正确。]
5．(1)CaCO3CaO＋CO2↑　CaO＋H2O===Ca(OH)2　(2)Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
(3)Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
(4)MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑