人教版高中化学必修第二册第八章化学与可持续发展第一节第1课时金属矿物、海水资源的开发利用课件

(共63张PPT)
[学习目标]
1.了解金属在自然界中的存在形式，掌握金属冶炼的一般方法和原理。
2.以海水资源为例，形成工业上提取物质的一般思路和方法。
3.以海水资源、金属矿物的开发利用为例，了解依据物质性质及其变化综合利用资源的方法，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。
1.金属元素在自然界中的存在形态

2.金属冶炼原理与实质
(1)原理：将金属从化合物中____出来。
(2)实质：化合物中金属得到电子被还原生成金属单质。
还原
游离态
化合态
4.金属冶炼的方法与金属活动性的关系
5.合理开发和利用金属资源的主要途径
(1)提高金属矿物的_______。
(2)开发环保高效的金属冶炼方法。
(3)防止金属的____。
(4)加强废旧金属的回收和再利用。
(5)使用其他材料代替金属材料。
利用率
腐蚀
[自我思考]
利用铝热反应可以冶炼熔点比较高的金属，下面是用铝热反应冶炼铁的实验操作：
实验装置
实验现象 ①镁条剧烈燃烧；②氧化铁和铝粉发生剧烈反应；③反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；④纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入细沙中
实验结论 在高温下，Al与Fe2O3发生反应，放出大量的热
(1)用上述实验冶炼铁利用了铝的什么性质，能否利用铝热反应冶炼镁？
(2)引发铝热反应的实验操作是什么？
(3)利用铝热反应，铝可以将Cr从Cr2O3中置换出来，写出该反应的化学方程式。
提示　(1)利用了铝的强还原性来冶炼铁；不能用铝热反应冶炼镁，原因是Mg的还原性强于铝。
(2)在氧化铁和铝粉的混合物(简称铝热剂)上放一小撮氯酸钾并插上镁条，然后将镁条点燃。
[正误判断]　(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)在自然界中金属元素都以化合态的形式存在( )
(2)越活泼的金属元素，人类利用得越晚( )
(3)用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从化合物中还原出来( )
(4)铝热反应的本质是用铝将比铝活泼性弱的金属从其化合物中置换出来( )
(5)工业上用电解熔融AlCl3的方法制取铝( )
×
√
×
√
×
1.下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是(　　)
C
2.从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。如图表示了3种金属被人类开发利用的大致年限。这3种金属的应用之所以有先后，主要取决于(　　)

A.金属的导电性强弱 B.金属在地壳中的含量多少
C.金属的化合价高低 D.金属的活动性强弱
解析　在金属活动性顺序中，越靠后的金属出现的年代越早，越靠前的金属出现的越晚，说明金属越活泼，越难冶炼。
D
解析　Fe2O3中Fe呈＋3价，每冶炼1 mol Fe转移3 mol电子，C错误。
C
[名师点睛]
金属冶炼方法的几种常见误区
(1)工业上冶炼Al时用Al2O3而不用AlCl3，因为AlCl3为共价化合物，熔融状态不导电。冶炼Al时需加入冰晶石(Na3AlF6)，以降低熔融温度，降低能耗。
(2)工业上冶炼Mg时用MgCl2而不用MgO，因为MgO的熔点很高，能耗大。
(3)Au、Pt一般用物理法而不用化学方法提取。
(4)利用铝热反应不能冶炼还原性比Al强的金属，如Mg、Na等。
1.海水中化学资源的特点
O、H
2.海水中水资源的开发利用
(1)海水中水资源的利用
蒸馏
(2)海水的蒸馏

①主要仪器：A：____________，B：________，C：锥形瓶。
②冷却水的流向：__口进，__口出。
③B中加入碎瓷片的目的是_____________。
直形冷凝管
蒸馏烧瓶
a
b
防止液体暴沸
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。
2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O
②主要过程及反应原理
Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－
Br2＋SO2＋2H2O
2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2
(3)海带中提取碘
①工艺流程：

②通入Cl2的反应原理
发生反应的离子方程式：______________________。
Cl2＋2I－===I2＋2Cl－
(4)海水中提取镁
①工艺流程
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。
MgCl2＋Ca(OH)2===CaCl2＋Mg(OH)2↓
[自我思考]
工业制溴的流程中，步骤①、③均发生反应：Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，设计这两步操作的目的是什么？步骤②中若用Na2CO3溶液吸收溴，写出该反应的离子方程式。
提示　设计这两步操作的目的是将海水中的溴元素富集。3Br2＋3CO===5Br－＋BrO＋3CO2。
[正误判断]　(正确的打“√”，错误的打“×”)。
(1)“海水晒盐”化学原理是蒸馏( )
(2)利用海水制盐、海水淡化及海水提溴都是物理变化( )
(3)海水提溴过程中氯气和热空气都是氧化剂，二氧化硫是还原剂( )
(4)海水的综合利用仅涉及海水中所含物质的提取和利用( )
(5)海水中含有Br2和游离态的Na、Mg、Cu( )
×
×
×
×
×
1.下列各组物质，不需要经过化学变化就能够从海水中获得的是(　　)
A.氯、溴、碘 B.钠、镁、铝
C.烧碱、氢气 D.食盐、淡水
解析　A、B选项中，海水中存在Cl－、Br－、I－、Na＋、Mg2+、Al3+，要获得它们的单质必须失去或得到电子才能实现；C选项中，需要电解饱和食盐水获取；D选项中，海水经过蒸发可得到食盐和淡水。
D
2.“空气吹出法”海水提溴的工艺流程如图所示：
下列说法错误的是(　　)
A.进入吹出塔前，Br－被氧化为Br2 B.从吹出塔进入吸收塔的物质为混合物
C.蒸馏塔中只发生了物理变化 D.经过吸收塔后，溴元素得到富集
C
D
解析　海水中加入碱可生成氢氧化镁沉淀，一般使用比较廉价的石灰乳，而不用价格较贵的NaOH，A不符合题意；海水中Mg2+的含量很低，直接蒸发得到的主要是食盐，B不符合题意；MgO熔点很高，工业上从经济效益方面考虑，不采用电解MgO的方法，而采用电解MgCl2的方法，C不符合题意，D符合题意。
A
2.海水是巨大的资源宝库。如图表示以海水为基本原料的相关工业，其中不符合实际情况的是(　　)

解析　海水中含有Cl、Na、K、Mg、Ca、Br、B等元素，通过富集可以制取镁、食盐、单质溴等。海水中铁的含量很低，工业生产不以海水为原料制备钢铁。
D
3.(2025·泰州高一检测)下列有关金属冶炼的说法正确的是(　　)
A.制Na：高温分解NaCl制备Na
B.制Al：在通电条件下，电解Al2O3和Na3AlF6的熔融混合物制备单质Al
C.制Fe：工业上用Al和Fe2O3冶炼大量单质铁
D.制Cu：“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”发生了分解反应
解析　钠元素的金属性强，不能用高温分解NaCl制备金属钠，所以工业上用电解熔融氯化钠的方法制备金属钠，A错误；制备单质Al，在通电条件下，电解Al2O3和Na3AlF6的熔融混合物，B正确；工业炼铁常用CO还原Fe2O3的方法，而不用铝热反应，因为利用铝热反应炼铁成本较高且得到的往往是金属粉混合物，难以分离，C错误；“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”是铁与硫酸铜溶液发生置换反应生成硫酸亚铁和铜，D错误。
B
4.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_______________________________。
2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－
SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr
(3)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
(4)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________________________。
ABC
溴不能完全蒸出，产率低
解析　(1)海水中的溴离子容易被氯气氧化为溴的单质，氧化性氯气比溴强。反应的离子方程式为2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－。(2)溴单质有氧化性，二氧化硫具有还原性，溴和二氧化硫在水溶液中易发生氧化还原反应，反应的化学方程式为SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr。(3)NaOH溶液和溴单质反应生成溴化钠、次溴酸钠和水，可以吸收，故A正确；FeCl2溶液具有还原性，可以被溴单质氧化为氯化铁，可以吸收溴单质，故B正确；Na2SO3溶液具有还原性，可以被溴单质氧化，能吸收溴单质，故C正确；H2O和溴单质反应微弱，不能充分吸收溴单质，故D错误。(4)在溴水中，溴的沸点是58.5 ℃，水的沸点是100 ℃，温度过高，大量水蒸气随之排出，溴蒸气中水分增加；温度过低，溴不能完全蒸出，产率低。
1.我国古代的湿法冶金术世界闻名。我国在世界上最先应用湿法冶金术冶炼出来的金属是(　　)
A.Fe B.Cu
C.Ag D.Hg
解析　中国古代的湿法冶金是将铁片放入铜的盐溶液中发生置换反应，得到金属铜。
B
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2.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.合金的性质与其成分金属的性质不完全相同
B.锈蚀后的铁制品没有回收价值
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 合金的熔点比它的各成分金属的熔点都低，故A正确；锈蚀后的铁制品除去铁锈可以回收利用，保护矿产资源，故B错误；金属冶炼是将化合态的金属元素转化成金属单质，其本质是金属阳离子得到电子变成金属原子，故C正确；越活泼的金属，其金属阳离子就越难得到电子被还原，越难冶炼，故D正确。
B 　
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3.(2025·广州检测)海洋是一个巨大的宝藏，海水的综合利用示意图如下。下列说法不正确的是(　　)

A.海水中元素的种类很多，总储量很大
B.通过蒸馏、反渗透等方法可以将海水淡化
C.从海水中制取钾、镁、溴均涉及氧化还原反应
D.电解食盐水可以得到钠单质和氯气
D
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解析　电解熔融KCl、MgCl2得到单质K、Mg，通入氯气可将NaBr氧化为溴单质，电解食盐水可获得烧碱NaOH，电解熔融NaCl得到单质Na和氯气，向饱和食盐水中通入氨气、二氧化碳反应生成碳酸氢钠，加热分解生成纯碱碳酸钠；海水中元素的种类很多，总储量很大，但是富集程度却很低，通过对海水处理可以提取很多有用的物质，如海水提镁、海水提溴等，故A正确；海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等，故B正确；海水中钾、镁、溴以离子形成存在，从海水中制取的钾、镁、溴均为单质，元素化合价发生变化，均涉及氧化还原反应，故C正确；电解食盐水生成NaOH、氢气和氯气，故D错误。
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C
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5.NaCl是从海水中提取出来的一种重要物质，除食用外，它还是一种工业原料，下列以NaCl为原料制取的产品(或物质)是(　　)
①烧碱　②纯碱　③金属钠　④氯气　⑤盐酸
A.全部 B.①②③④
C.①②③⑤ D.①②④⑤
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6.海水淡化有许多新工艺，某工艺的流程示意图如图所示。以下说法不正确的是(　　)

A.由于连续的热交换，a处海水的温度更高
B.减压蒸馏时的压强二级闪蒸室内更低
C.广泛使用太阳能、风能和发电厂的余热以及热交换可降低海水淡化成本
D.淡化后的盐水常用于生产食盐、钾、铝、碘等化工产品
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D
解析　a处的海水被2次加热，所以海水的温度：a>b，A正确；盐水能够从一级闪蒸室流入二级闪蒸室，说明一级闪蒸室中的压强大于二级闪蒸室的压强，B正确；广泛使用太阳能、风能和发电厂的余热以及热交换可降低海水淡化成本，C正确；铝、碘并非从海水提取，D错误。
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解析　灼烧海带应使用坩埚，A错误；过滤时应用玻璃棒引流，B错误；苯的密度比水的小，含I2的苯层在上层，应从分液漏斗上口倒出，C错误。
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8.从海水中提取镁的流程如图所示(图中是主要产物)。请回答相关问题：

下列说法不正确的是(　　)
A.上述方法的优点之一是原料取自大海
B.进行步骤①②③的目的是富集MgCl2
C.工业上也可用电解熔融氧化镁的方法制取镁
D.电解法冶炼金属要消耗大量的电能
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C
解析　贝壳的主要成分是碳酸钙，高温分解生成氧化钙，氧化钙溶于水生成氢氧化钙，进入沉淀池与镁离子结合生成氢氧化镁沉淀，氢氧化镁溶于盐酸转化为氯化镁，电解熔融的氯化镁生成镁和氯气；海水和贝壳均来自于大海，因此上述方法的优点之一是原料取自大海，A正确；根据以上分析可知进行①②③步骤的目的是富集MgCl2，B正确；氧化镁的熔点太高，工业上不能用电解熔融氧化镁的方法制取镁，一般是电解熔融氯化镁生成镁单质，C错误；电解法冶炼金属要消耗大量的电能，D正确。
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9.冶炼金属一般有下列五种方法：①焦炭法；②水煤气(H2或CO)法；③活泼金属置换法；④电解法；⑤热分解法。五种方法各有优缺点，在工业上均有应用。
(1)一种无色气体A与红热的炭反应，得到另一种无色气体B，B与灼热的氧化铜反应，又得到A，则A、B分别为________(填字母)。
A.O2、CO2 B.O2、CO
C.CO2、CO D.CO、CO2
(2)铝热反应是采用题干中的方法③，列举铝热反应的一个用途：________________；由金属氧化物冶炼Hg、Ag是采用题干中的哪种方法？_____(填序号)；高炉炼铁是采用题干中的方法②，用CO炼铁的化学方程式为_____________________________。
C
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焊接铁轨
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A
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10.钛有“二十一世纪的金属”、“全能金属”、“现代金属”的美称。以钛铁矿(FeTiO3中Ti为＋4价)为原料，经高温“氯化”制取金属钛的流程如下。下列叙述错误的是(　　)

A.“氯化”时矿料(FeTiO3＋C)与Cl2逆向而行，有利于反应充分进行
B.“氯化”时理论上参加反应的Cl2与CO物质的量之比为7∶6
C.Mg高温还原TiCl4反应，应在N2氛围中进行
D.流程中所需要的“Mg”，可通过电解熔融MgCl2制取
C
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C
解析　通过净化处理后，溶液中离子的浓度降低，水的导电性降低，A正确；由题中图示可知，经阴离子交换树脂后SO、Cl－被除去，B正确；Na＋、Mg2+等阳离子被H＋代替，根据电荷守恒可知，经过阳离子交换树脂后，水中阳离子总数增加，C错误；溶液中阳离子被H＋代替、阴离子被OH－代替，阴离子树脂填充段存在反应：H＋＋OH－===H2O，D正确。
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12.(2025·乐山高一检测)海洋是地球上最大的资源宝库，海水淡化及海水资源的综合利用具有重要意义。用蒸馏法将海水淡化的装置如图，回答下列问题：

(1)仪器A的名称________，进行蒸馏操作时冷却水从________(填“a”或“b”)端通入。
(2)为了把海水中Mg2+转化为Mg(OH)2，从原料来源及经济效益角度考虑，最好选用________，写出无水氯化镁制备Mg的化学方程式：___________________________。
a.氨水　　　 b.氢氧化钙　　　 c.氢氧化钠
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蒸馏烧瓶
b
b
(3)从海水中提取溴常用空气吹出法，即用氯气(Cl2)将海水里的溴化钠(NaBr)中的溴置换出来，再用空气吹出溴(Br2)，流程示意图如图。
①请写出在吸收塔中发生的反应的离子方程式________________________________。
②假设最后在蒸馏塔中获得1 mol Br2理论上从酸化的海水开始，至少消耗________L Cl2(标准状况下)。
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44.8
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