(共52张PPT)
第八章 化学与可持续发展
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
学习任务二 海水资源的开发利用
自主学习 认知形成
?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11种元素，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______。
无机物
有机物
O、H
微量
很大
很低
?海水水资源的开发利用
1.利用方式
海水的淡化和直接利用海水进行__________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。
循环冷却
蒸馏法
电渗析法
离子交
换法
蒸馏法
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。
(3)B中加入碎瓷片的目的是______________。
冷凝管
蒸馏烧瓶
锥形瓶
a
b
防止液体暴沸
?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。
(4)制漂白剂(84消毒液)：2NaOH＋Cl2===NaClO＋NaCl＋H2O。
2.海水提溴
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
氧化、吸收环节主要的离子方程式：_________________________、_______________________________________。
2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－
3.海水提镁
工艺流程：
主要过程反应如下：
②CaO＋H2O===Ca(OH)2；
沉淀：③MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2；
酸化：④Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O；
蒸发浓缩、冷却结晶，脱水：
4.海带提碘
主要反应：Cl2＋2I－===I2＋2Cl－或2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O。
?海水中其他资源的开发利用
1.制备化工产品：制备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．用海水蒸馏法制取淡水有哪些优缺点？
提示：优点是设备简单，技术和工艺比较成熟。缺点是耗能大，成本较高。
2．目前，海水制盐所采用的方法大部分仍为盐田
蒸发法，利用风能和太阳能使海水蒸发。从经济效益方
面考虑，这种古老方法有什么优点？
提示：盐田蒸发法具有产量高、耗能少、成本低、运输方便等优点。
1．正误判断
(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。( )
【答案】 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
2．21世纪以来，国与国之间因对海洋权益的争夺引起的摩擦不断，在捍卫主权的同时，人们看重的是海洋这个巨大的资源宝藏。下列对于海水利用的认识不正确的是( )
A．可用海水晒盐的方法提取海水中的淡水资源
B．淡化海水的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法
C．晒盐浓缩后得到的苦卤中含有浓度较高的溴离子，向苦卤中通入氯气，可以得到溴单质
D．从海水中可以提取食盐、溴、钾盐、镁及其化合物、铀、重水等
【答案】 A
【解析】 A项，海水晒盐是从海水中提取食盐，此过程中水分蒸发散失；B项，海水为盐和水的混合物，可以利用蒸馏法、电渗析法、离子交换法等方法实现海水的淡化；C项，晒盐浓缩后得到的苦卤中含有浓度较高的溴离子，向苦卤中通入氯气，氯气可以与苦卤中的溴离子发生置换反应得到溴单质；D项，海水资源的利用主要是指从海水中可以提取食盐、溴、钾盐、镁及其化合物、铀、重水、卤水等。
3．海水是一个巨大的化学资源宝库，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可以得到钾单质
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Cl2
D．利用潮汐发电是将化学能转化为电能
【答案】 C
【解析】 海水中的钾元素以化合态形式存在，要使化合态转化为游离态，一定发生氧化还原反应，A不正确；海水蒸发制海盐，是发生了物理变化，B不正确；电解熔融NaCl可以制得Na和Cl2，C正确；潮汐发电是将机械能转化为电能，D不正确。
互动探究 能力提升
●情境创设
海水提溴的一种工艺流程如图所示：
●问题探究
1．海水中加氯气的目的是什么？写出有关离子方程式。
提示：Cl2氧化Br－生成Br2。Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－。
2．X是什么物质？目的是什么？写出有关离子方程式。
提示：X是SO2。目的是还原Br2进而吸收Br2生成HBr，使溴得到富集。离子方程式为Br2＋SO2＋2H2O===2Br－＋SO＋4H＋。
3．Y是什么？目的是什么？
提示：Y是蒸馏塔。目的是蒸馏出Br2。
水资源是发展国民经济不可缺少的重要自然资源。在世界许多地方，对水的需求已经超过水资源所能负荷的程度，同时有许多地区也存在水资源利用不平衡。下列关于水的说法错误的是( )
A．蒸馏法是海水淡化的方法之一
B．淡水的密度小于海水的密度
C．融化的雪水中矿物质含量比深井水中的少
D．0℃以上，温度越高，水的密度越小
【答案】 D
题点1
海水水资源的利用
●题点例练
【解析】 海水中溶有Na＋、Mg2＋、Cl－和 等，这些离子所组成的物质的沸点比水的沸点高，可用蒸馏法将其分离，A正确；上述杂质的溶入使水溶液的密度增大，B正确；雪和雨水成分相同，是水蒸发形成的水蒸气凝结而成的，含矿物质很少，而深井中的水不断地与硅酸盐矿物质接触，其中溶有许多矿物质，C正确；由于水在4℃时密度最大，D错误。
1.下列有关水的说法不正确的是( )
A．静置沉淀、吸附沉淀、过滤、蒸馏净化水的程度由低到高
B．用活性炭可以吸附水中的色素和异味
C．电解水实验中正极产生的氧气，负极产生的氢气，二者的质量比是1∶2
D．水是生命之源，爱护水资源包括防止水体污染和节约用水两方面
【答案】 C
【解析】 静置沉淀、吸附沉淀、过滤、蒸馏净化水的程度由低到高，A项正确；用活性炭可以吸附水中的色素和异味，B项正确；电解水实验中正极产生的氧气，负极产生的氢气，二者的质量比是8∶1，C项不正确；水是生命之源，爱护水资源包括防止水体污染和节约用水两方面，D项正确。故选C。
“关注海洋健康，守护蔚蓝星球”，我们每个公民义不容辞。下列有关说法不正确的是( )
A．可通过蒸馏法、电渗析法、离子交换法从海水中获得淡水
B．地球上99%的溴元素存在于海洋中，故溴称为“海洋元素”
C．从海水中提取的NaCl可进一步用于生产NaOH
D．海水只能提供物质资源，不能提供能量资源
【答案】 D
题点2
海水化学资源的开发利用
【解析】 海水中含有丰富的资源，从海水中得到淡水的方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法，故A正确；地球上99%的溴元素存在于海水中，所以人们也把溴称为“海洋元素”，故B正确；从海水中能提取氯化钠，电解饱和氯化钠溶液可以制得氢氧化钠，故C正确；海洋资源指的是与海水水体及海底、海面本身有着直接关系的物质和能量，海水既能提供物质资源，也能提供能量资源，如波浪、潮汐、潮流等会产生能量，故D错误。
2.空气吹出法是工业规模海水提溴的常用方法，流程如下：
下列说法不正确的是( )
A．获得工业Br2的方法是过滤
B．步骤②③的目的是富集溴元素
C．步骤①发生的主要反应为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－
D．步骤②发生的主要反应为3Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋3CO2↑＋NaBrO3
【答案】 A
【解析】 利用溴的挥发性，空气吹出法是获得工业Br2的方法，A项错误；步骤②③是使溴元素浓度增大，目的是富集溴元素，B项正确；步骤①是用氯气把溴离子氧化为溴单质，发生的主要反应为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，C项正确；步骤②是溴和碳酸钠溶液反应生成溴化钠、溴酸钠、二氧化碳，发生的主要反应为3Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋3CO2↑＋NaBrO3，D项正确。
知识思维导图
课堂素养评价
1.化学在人类社会的可持续发展中发挥着重要作用，下列说法不正确的是( )
A．工业上常用加热分解的方法冶炼活泼金属
B．海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法和离子交换法
C．“原子经济性反应”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物
D．不合理施用化肥会影响土壤的酸碱性和土壤结构
【答案】 A
【解析】 制取不活泼的金属，如金属汞，银等，工业上一般加热金属氧化物使其分解成金属单质和氧气，A项错误；海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法和离子交换法，B项正确；绿色化学中最理想的原子经济性反应是反应物的原子全部转化为希望的产物，C项正确；化肥需要合理使用，如果不合理施用化肥会影响土壤的酸碱性和土壤结构，D项正确。
2.下列关于金属冶炼的说法正确的是( )
A．由于Al的活泼性强，故工业上采用电解熔融AlCl3的方法生产Al
B．可以用钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁
C．炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热
D．金属冶炼的本质是将化合态金属还原为游离态，冶炼方法由金属的活泼性决定
【答案】 D
【解析】 由于Al的活泼性强，工业上采用电解Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝，AlCl3是共价化合物，熔融状态下不导电，所以不用电解AlCl3的方法生产铝，故A错误；钠是很活泼金属，将Na加入氯化镁溶液中，Na先和水反应生成NaOH，NaOH再和氯化镁发生复分解反应，所以得不到Mg单质，可以采用电解熔融氯化镁的方法冶炼Mg，故B错误；炼铁高炉中所发生的反应有的是放热有的是吸热，有些放热反应在加热条件下发生，故C错误；金属冶炼的本质是将化合态金属还原为游离态，活泼金属采用电解法冶炼，不活泼的金属采用直接加热法冶炼，大部分金属的冶炼都是在高温下采用氧化还原反应法，故D正确。
3.下列常见金属的冶炼原理不合理的是( )
【答案】 A
【解析】 对于不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来；在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属，通常是用还原剂(C、CO、H2、活泼金属等)将金属从其化合物中还原出来；活泼金属较难用还原剂还原，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属。Al的还原性大于氢气，氢气不能与氧化铝反应制Al，故A符合题意；Hg为不活泼金属，通常直接加热其化合物冶炼Hg，故B不符合题意；Al的还原性大于Fe，可利用铝热反应将Fe从其氧化物中还原出来，故C不符合题意；Cu为不活泼金属，Cu2S与氧气高温条件下反应可制得Cu，故D不符合题意。
4.下列有关工业生产的说法错误的是( )
A．海水提镁时，通过电解熔融MgCl2得到镁单质
B．海水提溴的过程中涉及了氧化还原反应
C．通常用海水提取食盐后的母液为原料制取溴单质
D．目前工业上可直接从海水中提取碘单质
【答案】 D
【解析】 海水提镁时，是通过电解熔融MgCl2得到镁单质，故A正确；海水提溴的过程中涉及了氧化还原反应，即氯气和溴离子反应生成溴单质和氯离子，溴单质和二氧化硫反应生成硫酸和氢溴酸，故B正确；通常用海水提取食盐后的母液为原料，用氯气氧化溴离子制取溴单质，故C正确；海水中碘离子浓度非常低，目前工业上一般从海带中提取碘，故D错误。
5.开发和利用海洋资源是当前科学研究的一项重要任务，如图是某化工厂对海洋资源综合利用的流程图：
Ⅰ.请根据以上信息回答下列问题：
(1)氧化剂将I－→I2。下列氧化剂中，最好选用________________(填字母)。
A．酸性KMnO4 B．新制氯水
C．浓硫酸 D．H2O2
加入的试剂①②分别是________、________。
(3)步骤③的条件是通直流电，其离子方程式为_______________。
D具有杀菌消毒的作用，在喷洒前需要在空气中晾置一会，这样做的原因是______________________________________________________
____________________________________________________________。
(4)“有效氯含量”可用来衡量含氯消毒剂的消毒能力，其定义是：每克含氯消毒剂的氧化能力(即得电子数)相当于多少克Cl2的氧化能力(氯元素均被还原至－1价)。则亚氯酸钠NaClO2的有效氯含量为________(保留两位小数)。
(5)若用来提取Br2，反应⑤所用的氧化剂的来源较合理的是________。
A．从外地购买 B．在当地新建生产厂
C．从本厂生产烧碱处循环
(6)流程⑥将溴单质从水溶液中分离出来是基于溴单质具有________性。对粗溴一般做如下处理：
其中步骤Ⅱ、Ⅲ起到的作用是_____________________________。
Ⅱ.某工厂采用如下步骤从海水中提取镁：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；③将沉淀物与盐酸反应，蒸发结晶，过滤，得到含结晶水的晶体；④将所得晶体在一定条件下加热得到无水氯化镁；⑤电解熔融氯化镁，得到金属镁。
(7)在以上提取镁的过程中，没有涉及的化学反应类型是________。
A．分解反应 B．化合反应
C．置换反应 D．复分解反应
(8)该过程中属于氧化还原反应的化学方程式为________________。(共37张PPT)
第八章 化学与可持续发展
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
课程标准要求 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。
2．了解海水的主要组成元素和海水资源及开发利用的主要方式。
3．掌握从海水中提取溴的化学反应原理及实验方法。
学科核心素养 1.宏观辨识与微观探析：通过宏观上认识自然资源——金属矿物、海水的开发利用，能从化学微观角度分析、探究金属冶炼的原理和一般方法，海水的组成成分及从海水中提取化学物质的工艺流程及方法，提升“宏观辨识与微观探析”的能力。
2．证据推理与模型认知：能基于金属的活泼性不同，利用氧化还原反应原理，推理分析不同金属冶炼的原理和一般方法，形成金属冶炼方法的认知模型。
3．科学态度与社会责任：通过学习合理开发和利用金属矿物资源的途径和方法，能运用所学化学知识分析金属矿物开发利用对社会可持续发展的影响，并对这些影响从多个方面进行评估。关注与化学有关的社会热点问题，认识环境保护和海水资源合理开发的重要性，树立可持续发展意识和绿色化学观念；深刻理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系，赞赏化学对社会发展的重大贡献。
学习目标 1.认识金属冶炼的原理和冶炼方法，理解氧化还原反应在金属矿物开发中的应用，构建金属冶炼的思维模型。
2．以铝的冶炼为例，了解金属冶炼成本的计算方法，认识合理开发和利用金属资源的重要性和必要性。
3．了解海水资源的利用方法和从海水中获得化学物质(如氯化钠、溴、金属镁、氢氧化钠、氯气)的方法，初步认识海水资源的广泛性和多样性。
4．认识海水提溴工艺流程图的设计与分析，形成工业上提取物质的一般思路和方法。
学习任务一 金属矿物的开发利用
自主学习 认知形成
?金属元素在自然界中的存在形态
?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。
金属的冶炼
得到
还原
?金属的冶炼方法
1.金属的冶炼方法与金属活动性的关系
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 ____________________________________
铝热法炼铁 ______________________________________
其他方法 湿法炼铜 Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
火法炼铜 Cu2S＋O2 2Cu＋SO2
其中热还原法常用的还原剂有_________、_________、________、______________等。
焦炭
CO
H2
一些活泼金属
3.铝热反应
铝热剂 铝粉和某些难熔金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等)的混合物
实验原理 Al作________，金属氧化物作________，用铝将氧化物中的金属置换出来
实验操作
在高温下进行，反应迅速，新生成金属单质呈熔融态且易与Al2O3(固态)分离
还原剂
氧化剂
实验现象 a.镁条剧烈燃烧；b.氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应；c.反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；d.纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
应用 在冶金工业上常用这一原理制取熔点较高的金属，如Fe、Cr、Mn等；也可用于焊接钢轨等
?金属矿物资源的开发和利用措施
1.提高__________的利用率。
2.开发__________的金属冶炼方法。
3.防止金属的腐蚀。
4.使用其他材料代替__________，减少金属的使用量。
5.加强废旧金属的______和再利用。
金属矿物
环保高效
金属材料
回收
1．根据下图人类冶炼金属的历史时间分析推测人类发现和使用金属材料受哪些因素的影响？为什么？
提示：影响因素主要是金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。因为金属越活泼其还原性就越强，离子的氧化性越弱，得电子能力越弱，就越难被还原，故使用的时间越晚。
2．结合下列表格物质的熔、沸点数据分析，为什么冶炼镁时，选择MgCl2而不是MgO？为什么冶炼铝时，选择Al2O3而不是AlCl3？
提示：从表中可以发现，MgO熔点高，耗能多；AlCl3的沸点比熔点低，易升华，是共价化合物，熔融状态下不导电。
物质 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3
熔点/℃ 2852 2054 714 190(以分子形式存在)
沸点/℃ 3600 2980 1412 180
3．计算表明，生产1mol铝消耗的电能至少为1.8×106J，回收铝制饮料罐得到铝与从铝土矿得到铝相比，前者的能耗仅为后者的3%～5%。通过对上述数据的分析和比较，你想到了什么？
提示：(1)从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝制饮料罐得到铝消耗的能量，加强废旧金属的回收和再利用是合理利用金属资源的重要途径。(2)实际生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，在得到所需产品的同时也会产生废弃物，因此必须考虑废弃物的处理对环境的影响，走可持续发展道路。
1．正误判断
(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。( )
【答案】 (1)√ (2)√ (3)× (4)× (5)×
2．下列关于金属冶炼的说法中错误的是( )
A．电解法获得镁时，不可在CO2或N2中降温冷却
B．热还原法常用的还原剂有CO、H2、C、Al等
C．金属Na、Mg、Al均能通过电解熔融氯化物的方法获得
D．回收废旧金属可以重新制成金属或它们的化合物
【答案】 C
【解析】 A项，镁与CO2或N2都能反应，因此电解法获得镁时，不可在CO2或N2中降温冷却；B项，热还原法常用的还原剂有CO、H2、C、Al等四种；C项，金属Na、Mg均能通过电解熔融氯化物的方法获得，金属Al通过电解熔融氧化铝的方法获得；D项，回收废旧金属可进行冶炼生成金属单质，也可用于制备其他化工产品，如回收铁、铝等。
3．工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，还有少量的Fe2O3等杂质)提取氧化铝作冶炼铝的原料，提取的操作过程如下：
(1)步骤Ⅰ和Ⅱ中分离溶液和沉淀的操作为________________，所用到的玻璃仪器是________________。
(2)沉淀M中除含有泥沙外，一定还含有________________，固体N是________________。
(3)滤液X中，含铝元素的溶质的化学式为________________，它属于________(填“酸”“碱”或“盐”)类物质。
(4)实验室里通常向AlCl3溶液中加入________(填“氨水”或“NaOH溶液”)来制取Al(OH)3。
【答案】 (1)过滤 烧杯、漏斗、玻璃棒 (2)Fe2O3 Al2O3 (3)Na[Al(OH)4] 盐 (4)氨水
【解析】 铝土矿中加入浓NaOH溶液，Fe2O3和氢氧化钠不反应，氧化铝与NaOH溶液反应生成Na[Al(OH)4]，步骤Ⅰ利用过滤除去Fe2O3等不溶物，沉淀M为氧化铁等不溶物，滤液X含有Na[Al(OH)4]；步骤Ⅱ通入二氧化碳将[Al(OH)4]－转化为氢氧化铝沉淀，过滤得氢氧化铝，加热分解氢氧化铝得到氧化铝；氢氧化铝溶于强碱，实验室通常用氨水与氯化铝反应制备氢氧化铝沉淀，反应的化学方程式为AlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl。
互动探究 能力提升
●情境创设
金属材料是当前乃至未来人类发展与生存的重要物质基础，你知道拿破仑三世的刀叉具和纽扣为什么都用铝制造吗？筵席上，他为什么为多数客人提供金餐具，而只让少数客人使用铝餐具呢？
●问题探究
1．金属的活动性与人类对金属的使用有何关系？
提示：金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，金属阳离子的氧化性越强，越容易被还原，人们开发利用的时间就较早。同理，金属的位置越靠前，人们开发利用的时间就较晚。如金属金比铝早。
2．结合金属冶炼的原理，思考如何根据金属的活泼性不同选择不同的金属冶炼方法？
提示：
金属活动
性顺序 K、Ca、Na、Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu Hg、Ag Pt、Au
原子失电
子能力 强→弱
离子得电
子能力 弱→强
●要点归纳
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。
4．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。
《天工开物》中述及铜的开采与冶炼：凡铜砂……淘洗去土滓，然后入炉煎炼，其熏蒸旁溢者为自然铜……色似干银泥……凡铜质有数种：有与铅同体者，其煎炼炉法，傍通高低二孔，铅质先化，从上孔流出。下列有关说法错误的是( )
A．“淘洗去土滓”属于原料的富集
B．炼制所得自然铜为合金
C．铜与铅混合物的分离过程利用了物质的熔点不同
D．可用热分解法冶炼铜
【答案】 D
题点1
金属冶炼的原理及方法
●题点例练
【解析】 “淘洗去土滓”，使矿石和土分离属于原料的富集，A正确；纯铜为红色，“自然铜……色似干银泥”为合金，B正确；铜与铅混合物的分离过程中，铅质先熔，从上孔流出，利用了物质的熔点不同，C正确；不能用热分解法冶炼铜，可用热还原法冶炼铜，D错误。
1.冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法，②水煤气(或H2或CO)法，③活泼金属置换法，④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石法炼铜，(Ⅱ)湿法炼铜，现代有(Ⅲ)铝热法炼铬，(Ⅳ)从光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)中炼镁，对它们的冶炼方法分析不正确的是( )
A．(Ⅰ)用① B．(Ⅱ)用②
C．(Ⅲ)用③ D．(Ⅳ)用④
【答案】 B
铝曾是比黄金还要贵重的金属。1885年建成的华盛顿纪念碑，其顶端就是一块当时很昂贵的金属铝。下列关于当时铝的价格高昂的原因分析中，错误的是( )
A．活泼的金属冶炼难度高
B．氧化铝熔点很高，电解需要耗费的热量极其多
C．当时化学家还未尝试采用焦炭冶炼铝的方法
D．还未找到良好的助熔剂
【答案】 C
题点2
合理开发和利用金属矿物资源
【解析】 越活泼的金属，其冶炼难度越大，故A正确；氧化铝熔点很高，电解需要大量的热量，需要很多的燃料，因此成本高，故B正确；冶炼铝的方法只能是电解法，故C错误；还未找到良好的助熔剂，不能在较低的温度下熔化，因此需要大量的热能使其熔化，故D正确。
2.下列关于金属的冶炼方法说法不正确的是( )
A．废旧金属的回收利用有利于减轻污染
B．银的金属性弱，用加热Ag2O的方法冶炼
C．金子比沙子密度大，利用水洗法直接获得
D．金属镁活泼，电解氯化镁溶液可以获取
【答案】 D
【解析】 重金属离子对地下水等环境有污染，因此回收废旧金属有利于减轻污染，故A正确；Ag的活泼性较弱，其氧化物(Ag2O)受热易发生分解生成Ag和O2，可利用加热氧化物的方式制备银单质，故B正确；所谓“淘金”是指淘金者们打捞起河里或湖里的淤泥后，在淘盘将淤泥洗涤，以便找出淤泥里的天然金沙，其利用的原理是金子比沙子密度大，且金单质不溶于水以及化学性质稳定，在自然界中，金以单质的形式出现于岩石中的金块或金粒、地下矿脉及冲积层中，故C正确；金属镁的化学性质较为活泼，常通过电解熔融状态的氯化镁制备单质镁，电解氯化镁溶液无法得到单质镁，故D错误。故选D。第八章 第一节 第1课时
课时达标分层练
学业考达标练
1.中华文化如长河，源远流长势不竭。下列国家级文物中，主要成分属于硅酸盐材料的是( )
A．三星堆青铜人像 B．官窑彩瓷
C．金漆木雕大神龛 D．镶金兽首玛瑙杯
【答案】 B
【解析】 青铜属于合金，因此三星堆青铜人像的主要成分属于金属材料，故A错误；陶瓷属于硅酸盐材料，因此官窑彩瓷主要成分属于硅酸盐材料，故B正确；木头的主要成分是纤维素，属于有机物，故C错误；玛瑙的主要成分是二氧化硅，不是硅酸盐，镶金兽首玛瑙杯的主要成分不是硅酸盐材料，故D错误。
2.目前电动车、手机等使用的新型电池——锂电池，是一种高效、环保电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则下列能冶炼出金属锂的方法是( )
A．电解法 B．高温还原法
C．热分解法 D．铝热还原法
【答案】 A
【解析】 常见金属的冶炼方法有电解法、热还原法和热分解法等，活泼金属Na、Mg、Al等用电解法冶炼，锂的金属性介于钠和镁之间，应用电解法冶炼。
3.下列反应原理不符合工业上冶炼金属的方法的是( )
A．MgO＋H2Mg＋H2O
B．3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2
C．2Ag2O4Ag＋O2↑
D．2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
【答案】 A
【解析】 Mg金属活动性强，故无法通过热还原获得单质，工业上使用电解熔融氯化镁制备MgCl2Mg＋Cl2↑，A项符合题意；Fe单质工业冶炼过程中有CO热还原方案，反应原理合理，B项不符题意；Ag的金属活动性弱，可以通过热分解方法获得单质银，反应原理合理，C项不符合题意；Al的金属活动性强，且AlCl3是共价化合物，单质铝的工业制备需电解熔融氧化铝方案，反应原理合理，D项不符合题意。
4.下列说法错误的是( )
A．活泼金属钠的冶炼是通过电解其盐溶液制得
B．对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用
C．提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步
D．热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气或活泼金属等
【答案】 A
【解析】 活泼金属钠的冶炼是通过电解熔融的NaCl制得。若电解盐溶液，由于H＋放电能力比Na＋强，不能产生Na，A错误；废旧金属进行回收、利用，可以节约大量矿产资源，同时也可以节省大量能量，也会减少对环境的污染，故对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用，B正确；根据金属提炼步骤分析，先要富集提高金属元素的含量，然后冶炼得到粗产品，最后再进行精炼，C正确；还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气或活泼金属等常用作金属冶炼时的还原剂，D正确。
5.下列叙述正确的是( )
A．海带提碘时可用H2O2将I－还原为碘单质
B．海水既苦又涩，不能直接利用
C．海水提溴过程中不涉及氧化还原反应
D．海水提溴时吸收塔内SO2、Br2和水之间发生反应生成硫酸和氢溴酸，体现SO2的还原性
【答案】 D
【解析】 碘离子被过氧化氢氧化为碘单质，发生氧化反应，故A错误；海水既苦又涩，海水可直接利用如用潮水发电，从海水中可直接提取食盐NaCl，提取镁，提取溴等物质，故B错误；海水提溴是利用加入氧化剂氧化溴离子得到溴单质，过程中需要发生氧化还原反应，故C错误；二氧化硫可以和溴单质发生氧化还原反应生成氢溴酸和硫酸，即SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4，S元素化合价升高，SO2作还原剂，体现SO2的还原性，故D正确。
6.“空气吹出法”是工业上常用的一种海水提溴技术，流程图如下。下列说法正确的是( )
A．“吹出”后剩余溶液中，大量存在的离子有Na＋、Mg2＋、Cl－、Br－
B．工业上每获得1molBr2，需要消耗标准状况下Cl2的体积为44.8L
C．分离出的液溴可以储存在铁质容器中
D．“吹出”步骤利用了溴的挥发性
【答案】 D
【解析】 海水中通入足量的氯气将海水中的溴离子氧化成溴单质，利用溴的挥发性用热空气吹出后用还原性的二氧化硫和水将溴单质吸收转化为溴离子，再次用氯气将溴离子氧化为溴单质后分离即可。海水中通入足量的氯气将海水中的溴离子氧化成溴单质，利用溴的挥发性用热空气吹出，故“吹出”后剩余溶液中不大量存在Br－，A错误；氧化过程中氯气氧化的物质不光有溴离子还有其他还原性离子，故工业上每获得1molBr2，需要消耗标准状况下Cl2的体积大于44.8L，B错误；铁与液溴反应，故分离出的液溴不可以储存在铁质容器中，C错误；根据分析可知，“吹出”步骤利用了溴的挥发性，D正确。故选D。
7.下列从海洋中获取物质的方案不合理的是( )
A．粗盐先通过除杂、精制得到饱和食盐水，然后电解得到氯气，最后和石灰乳反应制得漂白粉
B．苦卤酸化后通入氯气得到溴水，然后用热空气将其通入到SO2水溶液中，最后通入氯气后蒸馏得粗溴
C．干海带灼烧后加水浸取，然后加入H2O2得到碘水，最后通过萃取、分液、蒸馏得到碘单质
D．向引入水库中的海水加入明矾，明矾电离后可以与水反应产生胶体，即可获得较为纯净的饮用水
【答案】 D
【解析】 粗盐中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、SO等杂质，先依次加入BaCl2、Na2CO3、NaOH除去SO、Ca2＋、Mg2＋，再过滤除去泥沙及沉淀，最后加入稀盐酸调节pH，除去过量的Na2CO3、NaOH，从而得到精制饱和食盐水，然后电解得到氯气，即：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，所得Cl2和石灰乳反应制得漂白粉，即：2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O，A正确；苦卤中含有Br－，酸化后通入氯气得到溴水(Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2)，然后用热空气将其通入到SO2水溶液中(Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr)，最后通入氯气后蒸馏得粗溴(2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2)，B正确；干海带灼烧后加水浸取得到含碘离子的溶液，然后加入H2O2得到碘水，最后通过萃取、分液、蒸馏得到碘单质，C正确；明矾电离后可以与水反应产生胶体只是吸附水中的悬浮杂质沉淀，无法除去海水中的Mg2＋、Na＋、Br－、Cl－等离子，不能获得较为纯净的饮用水，D错误。
8.某同学设计以下实验方案，从海带中提取I2。下列说法不正确的是( )
A．操作①是过滤
B．含I2的溶液经3步转化为I2的悬浊液，其目的是富集
C．③的离子方程式是5I－＋IO＋6H＋===3I2＋3H2O
D．②中双氧水作还原剂
【答案】 D
【解析】 由流程可知，热水溶解后，操作①为过滤，滤液含碘离子，加过氧化氢可氧化碘离子生成碘单质，试剂a为苯或四氯化碳可萃取碘，分液得到含碘的有机溶液，再加NaOH与碘反应生成I－和IO，分液后向含I－和IO的溶液中加稀硫酸发生反应5I－＋IO＋6H＋===3I2＋3H2O，过滤提取得到粗碘。根据以上分析可知操作①是过滤，A项正确；海水中碘含量较低，因此含I2的溶液经3步转化为I2的悬浊液，其目的是富集，B项正确；反应③是碘酸根离子氧化碘离子，反应的离子方程式是5I－＋IO＋6H＋===3I2＋3H2O，C项正确；②中双氧水作氧化剂，氧化碘离子，D项错误。
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9.工业上可通过电解NaCl生产金属钠，流程如下。有关说法错误的是( )
A．粗钠中含有金属钙
B．过程Ⅰ发生的是置换反应
C．过程Ⅱ控制温度可分离出液态钠
D．过程Ⅱ的化学方程式为Na2O2＋2Ca===2CaO＋2Na
【答案】 B
【解析】 电解熔融状态的氯化钠和氯化钙，生成氯气、钠和钙；粗钠和过氧化钠发生反应生成金属钠和氧化钙，据此回答。根据分析知电解熔融状态的氯化钠和氯化钙，在阳极发生氧化反应生成氯气，阴极发生还原反应生成钠和钙，A正确；过程Ⅰ发生的是分解反应，B错误；钠的熔点低，过程Ⅱ控制温度可分离出液态钠，C正确；根据流程可知过程Ⅱ的化学方程式为Na2O2＋2Ca===2CaO＋2Na，D正确。
10.工业上以铝土矿(主要成分为Al2O3，含少量氧化铁和二氧化硅)为原料生产铝的流程如图所示，下列叙述不正确的是( )
A．物质a可以是NH3或氨水
B．滤渣①的主要成分是SiO2
C．滤液1和滤液2中铝元素的化合价相同
D．步骤Ⅰ发生反应的化学方程式为
2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑
【答案】 B
【解析】 根据流程，铝土矿经粉碎筛选后加入NaOH溶液，发生反应Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O，SiO2＋2NaOH===Na2SiO3＋H2O，过滤后得到滤液1和氧化铁，滤液1的主要成分为NaAlO2、Na2SiO3，再向滤液1中加入足量的盐酸，发生反应Na2SiO3＋2HCl===2NaCl＋H2SiO3↓，NaAlO2＋4HCl===NaCl＋AlCl3＋2H2O，过滤得到滤渣①为H2SiO3，滤液2的主要成分为NaCl、AlCl3，向滤液2加入物质a，过滤得到氢氧化铝，氢氧化铝再高温分解得到氧化铝，电解熔融的氧化铝得到铝单质，据此分析解答。滤液2的主要成分为NaCl、AlCl3，向滤液2加入物质a，过滤得到氢氧化铝，则物质a可以是NH3或氨水，A项正确；由分析可知，滤渣①为H2SiO3，B项错误；滤液1中的Al以NaAlO2形式存在，滤液2中的Al以AlCl3的形式存在，Al的化合价均为＋3价，C项正确；步骤Ⅰ为电解熔融的氧化铝，反应的化学方程式为2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑，D项正确。
11.通过下列实验流程制备少量CaBr2·6H2O。下列说法错误的是( )
A．空气吹出法是海水提溴较成熟的工业方法
B．步骤①可用热水浴加热
C．步骤②中CO(NH2)2作氧化剂
D．步骤④的主要操作是蒸发浓缩，冷却结晶
【答案】 C
【解析】 石灰乳和液溴在50～70℃条件下反应生成溴酸钙、溴化钙，溴酸钙和CO(NH2)2发生氧化还原反应生成CaBr2，加入HBr调节pH至中性，加入活性炭吸附杂质，再将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到CaBr2·6H2O。海水提溴较成熟的工业方法是空气吹出法，故A正确；步骤①用50～70℃的温度，因此可用热水浴加热，故B正确；步骤②中CO(NH2)2与Ca(BrO3)2反应变为CaBr2，说明Br化合价降低，则CO(NH2)2中氮化合价升高，应作还原剂，故C错误；步骤④是从溶液到晶体的过程，其主要操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤，故D正确。
12.钨在冶金工业有重要作用，某化工企业以黑钨矿(主要成分FeWO4和MnWO4，W为＋6价)为原料冶炼金属钨的过程如下：
回答下列问题：
(1)“熔融”前需将黑钨矿粉碎，其目的是____________________________
_____________________________________________________________________。
(2)写出“熔融”过程中生成Fe2O3的化学方程式________________________
_____________________________________________________________________。
(3)下列仪器中，过滤操作用到的有________(填标号)，所得滤渣B的化学式为__________________________________________________________________。
(4)检验沉淀D是否洗净的操作为：取最后一次洗涤液少许于试管中，_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(5)产品E的化学式为WO3－x，其中W的化合价有＋5和＋6两种。若x＝0.1，则＋5价的W(V)占该化合物中钨元素总量的________；该流程中由产品E冶炼金属钨的方法属于________法。
【答案】 (1)增大接触面积，加快反应速率，使反应更充分
(2)4FeWO4＋O2＋4Na2CO32Fe2O3＋4Na2WO4＋4CO2
(3)ACE Fe2O3、MnO2
(4)滴加HNO3酸化的AgNO3溶液，若不产生白色沉淀，说明洗涤干净
(5)20%或1/5 热还原
【解析】 黑钨矿(主要成分FeWO4和MnWO4)与空气、碳酸钠熔融反应生成Fe2O3、MnO2、Na2WO4、CO2，加水溶解、过滤，得到滤渣Fe2O3、MnO2，滤液A主要是Na2WO4，再向滤液A中加入浓盐酸、过滤、洗涤，得到沉淀D，再煅烧D得到产品E(WO3－x)，再利用热还原法得到W。(1)“熔融”前需将黑钨矿粉碎，其目的是增大接触面积，加快反应速率，使反应更充分。(2)FeWO4在空气中和碳酸钠反应生成Fe2O3、Na2WO4、CO2，因此“熔融”过程中生成Fe2O3的化学方程式4FeWO4＋O2＋4Na2CO32Fe2O3＋4Na2WO4＋4CO2。(3)所给的仪器中，过滤操作用到的有烧杯、漏斗、玻璃棒，因此为ACE，Fe2O3、MnO2是难溶物，根据流程最后得到W，说明Na2WO4是易溶物，因此所得滤渣B的化学式为Fe2O3、MnO2。(4)检验沉淀D是否洗净，主要是检验最后一次洗液中是否还含有氯离子，其操作为：取最后一次洗涤液少许于试管中，滴加HNO3酸化的AgNO3溶液，若不产生白色沉淀，说明洗涤干净。(5)产品E的化学式为WO3－x，其中W的化合价有＋5和＋6两种。若x＝0.1，设＋5价的W有amol，＋6价的W有bmol，根据化合价及物质的量建立得到a＋b＝1mol,5a＋6b＝2×(3－0.1)，解得a＝0.2，因此＋5价的W(V)占该化合物中钨元素总量的×100%＝20%；该流程中是由WO3－x与氢气反应得到W，因此冶炼金属钨的方法属于热还原法。
13.海水是个巨大的化学资源宝库。根据下图海水综合利用的工艺流程图，完成下列问题：
(1)步骤(ⅰ)中，为除去粗盐中的Mg2＋、SO和Ca2＋，沉淀上述离子时选用的沉淀剂依次为NaOH溶液、____________(填化学式)溶液、____________(填化学式)溶液，经过滤、加足量盐酸，蒸发后获得精盐。操作过程中判断SO是否沉淀完全的方法是_____________________________________________________
_____________________________________________________________________。
(2)步骤(ⅱ)中分离Mg(OH)2与母液的操作名称是________________，工业上通常采用向母液中加入________________的方法来获得Mg(OH)2。
(3)写出步骤(ⅲ)主要反应的离子方程式_______________________________；
步骤(ⅳ)鼓入热空气可将溴单质分离出来，是利用溴单质的________性。
【答案】 (1)BaCl2 Na2CO3 静置、继续在上层清液中加入BaCl2溶液，若没有沉淀生成，说明SO沉淀完全
(2)过滤 石灰乳
(3)2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－ 挥发
【解析】 海水蒸发、过滤，得到粗盐和母液；粗盐溶解，依次加入氢氧化钠、氯化钡、碳酸钠除去粗盐中的Mg2＋、SO和Ca2＋，经过滤、加足量盐酸，蒸发后获得精盐；母液中加氢氧化钙，过滤分离出氢氧化镁沉淀；含有NaBr的溶液中通氯气把NaBr氧化为Br2，鼓入热空气，挥发出Br2蒸气，冷凝得粗溴。(1)步骤(ⅰ)中，为除去粗盐中的Mg2＋、SO和Ca2＋，沉淀上述离子时选用的沉淀剂依次为过量NaOH溶液除Mg2＋、加入过量BaCl2溶液除SO、加入过量Na2CO3溶液除Ca2＋、Ba2＋，经过滤、加足量盐酸，蒸发后获得精盐；继续加入BaCl2溶液，若没有沉淀生成，说明SO沉淀完全。(2)步骤(ⅱ)中分离Mg(OH)2与母液的操作属于固液分离，名称是过滤；氯化镁和氢氧化钙反应生成氢氧化镁沉淀和氯化钙，工业上通常采用向母液中加入石灰乳的方法来获得Mg(OH)2。(3)步骤(ⅲ)向含有NaBr的溶液中通氯气把NaBr氧化为Br2，主要反应的离子方程式为2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－；溴的沸点低，易挥发，步骤(ⅳ)鼓入热空气可将溴单质分离出来，是利用溴单质的挥发性。
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