《开发利用金属矿物和海水资源》
《海水资源的开发利用》是高中化学人教版必修2
第四章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。本节位于必修模块的结尾章节，不仅学生能认识和感受化学知识在开发利用自然资源的重要作用，化学研究和应用在科技进步中的价值，而且对于学生复习总结已学知识十分重要。
学习本节内容一方面从学科角度，有利于学生以了解认识海水资源开发利用为载体，将之前所学知识复习、梳理、归纳和拓展延伸；另一方面从科学、技术和社会相互作用的背景角度，有利于学生加深体会应用化学知识可开发海水资源，为人类生存和社会发展提供必要的物质和能源基础，同时学会辩证地看待人类和自然协调发展中可能会遇到的问题，走可持续发展道路，树立资源保护意识及合理开发意识。
《开发利用金属矿物和海水资源》是实现元素化合物性质应用的学科内容，是体现化学学习价值、培养学生认识科学、技术和社会之间关系的重要组成，是落实科学发展观，树立可持续发展思想的重要一章，其中“金属矿物的开发利用”是本节的前半部分内容。本课时是在学生学习了氧化还原反应概念以及钠、铝、铁、铜等金属及其重要化合物主要性质的基础上，在对金属冶炼知识有会意建构的前提下，进一步系统学习关于上述金属工业上冶炼方法的一节。本课旨在学会运用氧化还原反应的概念，了解利用化学变化实现物质之间的转化的基本方法，认识转化过程和产物在我们日常生活和社会发展中的重要作用。通过本课时的学习有利于学生将前面所学过的知识和技能进行必要的梳理、归纳和拓展；有利于学生加深体会化学在综合利用自然资源中的作用，学会辩证地看待人类和自然协调发展中可能会遇到的问题。而且为学生进一步学习选修模块2《化学与技术》中的第二单元——化学与资源开发做好知识准备，同时也将对学生选择自己未来升学和就业方向产生一定的积极影响。
【知识与能力目标】
知道金属元素在自然界的存在形态；了解金属冶炼的原理和方法；知道铝热反应及其应用；
知道海水资源的特点，了解海水资源开发和利用的前景；
了解海水资源开发中的化学反应原理及实验方法，掌握简单的海水资源开发利用的方法；
揭示化学与可持续发展的重要关系；
初步培养解决问题的能力、自主查阅资料的能力和收集信息素能力。
【过程与方法目标】
1、通过数据列表、图片、视频等多种形式的内容展现过程，认识海水资源的特点以及水资源和化学资源的获取方法及化学原理，从感性认识上升到理性认识；
2、通过课前搜索、筛选信息资源，课堂交流共享资源的过程，学会自主、合作学习。
【情感态度价值观目标】
1、感受化学知识在海水资源开发利用中的重要性，激发学生学习化学的热情，认识化学
与可持续发展的重要关系；
2、提升爱护自然资源意识和合理开发自然资源意识。
【教学重点】
1、了解金属在自然界中的存在形式；
2、掌握金属的冶炼方法；
3、掌握铝热反应原理及实验；
4、了解金属回收和资源保护的意义；
5、认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。
6、了解海水资源及其利用；
7、了解海水淡化的方法，掌握海水的蒸馏；
8、掌握海水化学资源的开发和利用，即海水制盐、海水提溴、海带提碘；
9、了解海水综合利用的重要方向。
【教学难点】
掌握海水化学资源的开发和利用，即海水制盐、海水提溴、海带提碘；
掌握铝热反应原理及实验；
了解海水淡化的方法，掌握海水的蒸馏；
本节试验安排所需相关化学试剂和仪器。
2课时
第一课时金属矿物的开发利用
【导入】通过钓鱼岛事件的新闻，创设情景，引出本节课的内容。
【教材整理】教材整理 金属矿物的开发利用和金属资源的合理开发
1．金属在自然界中的存在形态
2．金属的冶炼
(1)冶炼的原理
①原理：将金属从其化合物中还原出来。
②实质：根据氧化还原反应，使金属矿物中的金属阳离子得到电子生成金属单质：Mn＋＋ne－=M。
(2)冶炼方法
①热分解法
适用于不活泼金属的冶炼。
请写出下列反应的化学方程式。
a．加热分解HgO：2HgO2Hg＋O2↑。
b．加热分解Ag2O：2Ag2O4Ag＋O2↑。
②电解法
适用于非常活泼金属的冶炼。
请写出下列反应的化学方程式。
a．冶炼金属钠，电解熔融NaCl：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
b．冶炼金属镁，电解熔融MgCl2：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。
c．冶炼金属铝，电解熔融Al2O3：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑。
③热还原法
适用于大多数中等活泼金属的冶炼，常用的还原剂有C、H2、CO、Al等。
请写出下列冶炼金属反应的化学方程式。
a．高炉炼铁：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2。
b．铝热反应炼铁：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3。
c．用氢气还原氧化铜：CuO＋H2Cu＋H2O。
④其他方法
a．火法炼铜：Cu2S＋O22Cu＋SO2。
b．湿法炼铜：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu。
3．金属资源的合理开发利用
(1)合理开发利用金属资源的意义
金属矿物资源是不可再生资源且贮量有限，冶炼过程中会消耗大量能量，也易造成环境污染。故应合理开发利用金属资源。
(2)有效利用金属资源的途径
①提高金属矿物的利用率。
②减少金属的使用量。
③加强金属资源的回收和再利用。
④使用其他材料代替金属材料等。
【特别提醒】 金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系
金属活动性顺序
K
Ca
Na
Mg
Al
Zn
Fe
Sn
Pb(H)
Cu
Hg
Ag
Pt
Au
金属原子失电子能力
强→弱
金属离子得电子能力
弱→强
主要冶炼方法
电解法
热还原法
热分解法
物理方法
【思考探究】
探究 铝热反应的实验问题
铝热反应实验装置如下：
问题思考：
(1)装置中镁带、KClO3的作用是什么？
【提示】 镁带：引燃剂；KClO3：助燃剂，引发铝热反应。
(2)引发铝热反应的操作是什么？
【提示】 往铝热剂上放少量KClO3，并插入镁带，然后将镁带点燃，即可引发铝热反应。
(3)铝热反应需要高温条件，所以铝热反应是吸热反应吗？
【提示】 不是。
(4)内层纸漏斗底部剪一小孔的目的是什么？
【提示】 使反应生成的熔融物易于落下。
(5)实验室欲在常温下溶解此熔融物，能否选用稀硫酸？能否选用浓硫酸或NaOH溶液？请说明理由。
【提示】 能选择稀硫酸，因为稀硫酸能完全溶解此熔融物，并且不会造成环境污染；不能选择浓硫酸或NaOH溶液，因为常温下浓硫酸会使Fe、Al发生钝化，NaOH溶液不能溶解单质铁。
(6)整个实验过程的实验现象有哪些？
【提示】 ①镁带剧烈燃烧。
②氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应。
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，有熔融物落入沙中，液珠冷却后变为黑色固体。
【知识升华】 铝热反应
实验现象
①镁带剧烈燃烧。②氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应。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，有熔融物落入沙中，液珠冷却后变为黑色固体。
原因分析
镁带燃烧，放出大量的热；KClO3作为引燃剂在受热状态下发生分解，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生反应：2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3，生成的铁在高温下呈熔化状态。铝热反应体现了Al较强的还原性。
注意事项
①氯酸钾的作用是分解提供氧气，使镁带快速充分燃烧，要放在混合物的上面。②要保证纸漏斗重叠的四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出，同时损坏纸漏斗。③蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人。
【课堂练习】题组1 金属冶炼的方法与原理
1．在冶金工业上，均能用化学还原剂制得的一组金属是( )
A．Na、Mg、Al
B．Na、Zn、Fe
C．Zn、Fe、Cu
D．Mg、Al、Zn、Fe
【解析】 Na、Mg、Al一般不能用化学还原剂还原制得。
【答案】 C
2．下列化工原理生产中错误的是( )
①可以用电解熔融氯化钠的方法来制取金属钠 ②可以用钠加入氯化镁的饱和溶液中制取金属镁 ③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝 ④工业上用电解熔融氯化镁的方法制取金属镁
A．②③
B．①③
C．①②③
D．②③④
【解析】 工业上一般采用电解熔融氯化钠的方法冶炼金属钠；若将钠加入到氯化镁溶液中，发生反应：2Na＋2H2O=2NaOH＋H2↑，MgCl2＋2NaOH=Mg(OH)2↓＋2NaCl，所以不能冶炼金属镁；氯化铝属于共价化合物，因此不能用氯化铝作原料，通过电解的方法得到金属铝；由于MgO、MgCl2均为离子化合物且熔点：MgCl2【答案】 A
3．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法 ②水煤气(或氢气，或一氧化碳)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)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜；现代有(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是( )
A．(Ⅰ)用①
B．(Ⅱ)用②
C．(Ⅲ)用③
D．(Ⅳ)用④
【答案】 B
【教师总结】 常见几种金属的冶炼误区
1 工业上冶炼Al时用Al2O3而不用AlCl3，因为AlCl3为共价化合物，熔化后不导电。
2 工业上冶炼Mg时用MgCl2而不用MgO，因为MgO的熔点很高，耗能大。
3 Au、Pt一般用物理法提取。
4 Al不能用于冶炼还原性比Al强的金属，如Mg、Na等。
题组2 铝热反应及其应用
4．下列对铝热反应的说法错误的是( )
A．铝热剂中还原剂是铝粉
B．铝热剂是纯净物
C．铝与Fe2O3可组成铝热剂
D．铝热反应是放热反应
【解析】 Al和Fe2O3可组成铝热剂，属于混合物，其中铝作还原剂，铝热反应是放热反应。
【答案】 B
5．如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：
(1)该实验装置中还缺________。
引发铝热反应的操作为
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(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)铝热反应的用途有哪些________________________________________
_______________________________________________________________。
【解析】 (1)利用镁条燃烧放热从而引发铝热反应，同时促使KClO3分解产生O2，使镁条快速燃烧。
(2)Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。
【答案】 (1)镁条和氯酸钾 在混合物中间插一根镁条，将氯酸钾放在混合物上镁条的周围，点燃镁条
(2)不能 镁比铝活泼，铝不能置换镁
(3)用于焊接钢轨；冶炼某些熔点高的金属(答案合理即可)
6．下列金属中：①铁；②镁；③锰；④钒；⑤铬；⑥汞。可用铝热法制备的有( )
A．①②④⑥
B．①②③⑤
C．①③④⑤
D．①②③④⑤⑥
【解析】 Mg活泼性>Al活泼性，Al不能置换出Mg；汞的冶炼是热分解法。
【答案】 C
第二课时
海水资源的开发利用
【导入】复习上节课内容。海水资源虽多且广，但富集程度低，无法直接使用，需要开发才能利用。哪些海水资源可开发？使用什么方法开发？本节课我们一起来探究海水资源的开发利用。
【教材整理】海水水资源的利用——物理过程
1．海水水资源的利用类型
海水水资源的利用主要包括：海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却等。
2．海水淡化的主要方法：蒸馏法、电渗析法、离子交换法。
3．海水的蒸馏原理
(1)主要仪器：A：圆底烧瓶；B：冷凝管；C：锥形瓶。
(2)冷凝水的流向：a口进，b口出。
(3)A中加入碎瓷片的目的是防止海水暴沸。
(4)原理
将海水加热，海水中的水分受热变成气态(其余成分因沸点较高，不易汽化，留在烧瓶中)，经过冷凝管后又冷凝成液态水。经过蒸馏冷凝得到的液态水即为淡水。
【课堂练习】题组 海水淡化和食盐提取
1．下列是四位同学对于海水淡化供居民用水所提供的方法，其中原理上完全不可行的是( )
【解析】 海水淡化的方法：蒸馏法、电渗析法、离子交换法。选项A，明矾的主要成分是KAl(SO4)2·12H2O，加明矾不能使海水中的盐沉淀出来，所以不能使海水淡化。
【答案】 A
2．中国食盐产量居世界首位。下列实验室中的操作类似“海水晒盐”原理的是( )
A．蒸馏
B．蒸发
C．过滤
D．搅拌
【解析】 实验室中的“蒸发”操作是利用水受热易挥发的特点，其中的溶质因溶剂减少而析出的过程，这与海水晒盐的原理是类似的。
【答案】 B
【课堂总结】 海水淡化的方法和原理
方法
原理
蒸馏法
将海水加热至沸腾汽化，然后将蒸气冷凝而得到蒸馏水
电渗析法
在外加直流电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到除盐的目的
离子交换法
用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂除去海水中的阴、阳离子，得到去离子水
【教师讲解】1．海水中的化学元素
(1)
(2)特点：种类很多，总储量很大，但许多元素的富集程度很低。
2．海水化学资源的开发利用
海水提碘
①流程：海带灼烧→浸泡→过滤→氧化→萃取→提纯→碘单质②主要的化学原理：2I－＋H2O2＋2H＋=I2＋2H2O(写出离子方程式)
海水提溴
①方法：在预先经过酸化的浓缩海水中，用Cl2氧化溴离子使之成为溴单质②主要的化学原理：Cl2＋2NaBr=Br2＋2NaCl
其他能量的利用
①提取核能开发中的重要原料铀和重水②开发海洋药物③潮汐能、波浪能等有待开发的新型能源
【课堂练习】题组1 海水中提取Na、Mg
1．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为原料的产品(物质)是( )
①烧碱 ②纯碱 ③金属钠 ④氯气 ⑤盐酸
A．①②③④⑤
B．①②③④
C．①②③⑤
D．①②④⑤
【解析】 电解NaCl的水溶液可制得NaOH、H2、Cl2；H2、Cl2可合成HCl；NaCl溶液又可与CO2、NH3反应来制取NaHCO3；NaHCO3热分解可得Na2CO3，电解熔融的NaCl可制备金属钠。
【答案】 A
2．从海水中可提取多种化工原料，下面是工业上对海水资源综合利用的示意图。试回答下列问题：
(1)粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SO等杂质离子，精制时所用试剂为A.盐酸；B.BaCl2溶液；C.NaOH溶液；D.Na2CO3溶液。则加入试剂的顺序是________(填字母)。
(2)写出用海滩上的贝壳制Ca(OH)2的化学方程式：
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(3)电解无水MgCl2可制取镁和Cl2，其中副产品Cl2和Ca(OH)2可制得漂白粉。制漂白粉的化学方程式为
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(4)用海滩上的贝壳制Ca(OH)2，而不从异地山中开凿石灰石制取，主要考虑到什么问题？
_______________________________________________________________。
(5)从经济效益角度看，该化工厂厂址应选在
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
【解析】 化工生产是综合利用化学知识解决实际问题的过程，在此过程中，除运用到我们所学的化学知识外，还要从环境保护、能源利用、经济效益等方面考虑。
(1)该小题属离子除杂题。除杂原则是在除去Ca2＋、Mg2＋、SO时，不能带入新的杂质离子。所以，解此题的关键是把握好加入离子的顺序：①Ba2＋必须在CO之前加入；②CO、OH－必须在H＋之前加入，所以B、C不分先后，而D、A本身既分先后，A又必须放在B、C之后才能满足条件。
(2)由贝壳→Ca(OH)2的反应为CaCO3→CaO→Ca(OH)2。
(3)漂白粉的主要成分为CaCl2和Ca(ClO)2，可将Cl2通入石灰乳中制得。
(4)海滩上的物质为海水综合利用创造了便利条件，不用运输，就地取材，从经济效益角度考虑是有利的。
(5)由此可见，应在海滩建化工厂或在沿海陆地建厂。
【答案】 (1)BCDA(或CBDA)
(2)CaCO3CaO＋CO2↑，
CaO＋H2O=Ca(OH)2
(3)2Cl2＋2Ca(OH)2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O
(4)经济效益 (5)海边
题组2 海水中提取溴与碘
3．某课外小组将灼烧海带产生的灰烬浸泡后过滤，得到澄清的滤液。他们设计了如下的几个方案，你认为能证明海带的灰烬中含有碘元素的是( )
A．取适量滤液，蒸干，观察是否有紫色固体生成
B．取适量滤液，加入苯，振荡，静置，苯层无色，证明不含碘元素
C．取适量滤液，向其中加入淀粉溶液，无明显现象，证明不含碘元素
D．取适量滤液，加入酸化的H2O2，再加入淀粉溶液，呈蓝色，证明含有碘元素
【解析】 海带的灰烬中含有的碘元素，是以I－形式存在的，不是以单质形式存在，所以A、B、C均不正确；D中发生了氧化还原反应：H2O2＋2I－＋2H＋=I2＋2H2O，产生了I2，使淀粉溶液呈蓝色。
【答案】 D
4．海水是巨大的资源宝库，从海水中提取食盐和溴的过程如图所示：
(1)请列举海水淡化的一种方法
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)步骤
Ⅰ
中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，其目的是_______________________________________________________________。
(3)步骤
Ⅱ
用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，该反应的离子方程式为_______________________________________________________________，
由此反应可知，除保护环境外，在工业生产中还应解决的问题是
_______________________________________________________________。
【解析】 步骤
Ⅰ
中Br2的浓度很小，多次用SO2反复吸收，最终用Cl2处理，则可获得大量的工业溴。溴具有强氧化性，可以氧化SO2生成H2SO4，因此要注意强酸和溴对设备的腐蚀问题。
【答案】 (1)蒸馏法(或电渗析法、离子交换法)
(2)富集Br2，提高Br2的浓度
(3)SO2＋2H2O＋Br2=4H＋＋2Br－＋SO 强酸和溴对设备的腐蚀
【作业布置】
略。
教材分析
教学目标
教学重难点
课前准备
课时安排
教学过程
教学反思《开发利用金属矿物和海水资源》
同步练习
1．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
2．下列说法不正确的是( )
A．自然界中不存在游离态的金属单质
B．金属活泼性不同，冶炼方法也有所不同
C．地球上金属矿物资源是有限的，因此，应提高金属矿物的利用率
D．废旧金属的回收利用，有利于环境保护
3．我国古代曾用火烧孔雀石和焦炭混合物的方法炼铜，孔雀石的主要成分是Cu2(OH)2CO3，其冶炼方法是( )
A．焦炭还原法
B．湿法炼铜
C．铝热还原法
D．电解冶炼法
4．下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是( )
选项
冶炼原理
方法
A
2HgO2Hg＋O2↑
热分解法
B
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
电解法
C
Cu2S＋O22Cu＋SO2
热分解法
D
Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3
热还原法
5．分别用氢气和金属作还原剂冶炼金属，所得金属纯度的说法正确的是( )
A．用氢气的纯度高
B．用金属的纯度高
C．二者相同
D．无法比较
6．下列关于海水知识不正确的是( )
A．海水资源的利用包括海水水资源的利用和化学资源的利用
B．海水既苦又涩，不能直接利用
C．海水中某些金属元素总储量很大，但富集程度却很低
D．海水淡化应同化工生产结合，同能源技术结合
7．下列关于海水资源利用的认识，错误的是( )
A．海水中金、锶、碳、铜、铁等元素属于微量元素
B．海底多数金属结核矿含有铁、锰、钴等多种金属元素
C．通过蒸馏法、电渗析法、离子交换法等可以实现海水的淡化
D．海水提溴过程溴元素依次发生氧化反应、还原反应、氧化反应
8．海水淡化可采用膜分离技术，如图所示，对淡化膜右侧的海水加压，水分子可以透过淡化膜进入左侧淡水池，而海水中的各种离子不能通过淡化膜。下列对加压后右侧海水成分变化的分析正确的是( )
A．溶质质量增加
B．溶液质量不变
C．溶剂质量减少
D．溶质质量分数不变
9．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，仅通过物理变化就可以得到金属钾
B．海水各种化学资源的开发过程中，必须都要发生化学反应
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
10．从海水中提取镁，正确的方法是( )
A．海水Mg(OH)2Mg
B．海水MgCl2溶液―→MgCl2晶体Mg
C．海水Mg(OH)2MgOMg
D．海水Mg(OH)2MgCl2溶液MgCl2(熔融)Mg
11．铝能用于冶炼难熔的金属(如Cr、V、Mn等)，这不是因为( )
A．铝具有还原性
B．铝具有导电性
C．铝较Cr、V、Mn等价格便宜
D．冶炼反应放出大量的热
12．下列说法中，不正确的是( )
A．金属的冶炼，就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物中还原出来
B．冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂
C．金属由化合态变为游离态，一般都是被还原
D．金属单质被发现和应用得越早，其活泼性一般越弱
13．用铝热法还原下列氧化物，制得金属各1
mol，消耗铝最少的是( )
A．二氧化锰
B．三氧化钨
C．三氧化二铬
D．四氧化三铁
14．下列各组物质中，均能将Fe2O3还原成单质铁的是( )
A．CO、O2、H2
B．CO、CO2、C
C．CO2、H2O、O2
D．Al、C、H2
15．冶炼金属常用以下几种方法：
a．以C、CO或H2作还原剂还原；
b．利用铝热反应原理；
c．电解法；
d．热分解法。
(1)下列金属各采用哪种方法冶炼最佳？
①Fe、Zn、Cu等较不活泼金属________；
②Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属________；
③Hg、Ag等不活泼金属________；
④V、Cr、Mn、W等高熔点金属________。
(2)工业上生产钾不能用电解熔融KCl的方法制得，因金属钾易溶于熔态的KCl中而有危险，难获得钾，且降低电流效率。现生产钾是用金属钠和熔化的KCl反应制取。有关数据如下表：
熔点/℃
沸点/℃
密度/(g·cm－3)
Na
97.8
883
0.97
K
63.7
774
0.86
NaCl
801
1
413
2.165
KCl
770
1
500
1.984
工业上生产金属钾的化学方程式和条件是：
KCl＋NaNaCl＋K
工业上制金属钾主要运用到上表所列的哪些物理常数？________；其选择范围是_______________________________________________________________。
(2)熔点和沸点 801～882.9℃
16．从海水中可以提取溴，但得到的液溴中常常溶有少量氯气，除去氯气应该采用的方法是( )
A．加适量的KI溶液
B．通入溴蒸气
C．加入适量的NaOH溶液
D．加入适量的NaBr溶液
17．海水中含有氯化镁，是镁的重要来源之一。从海水中提取镁，可以按照如下步骤：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①②③步操作的目的是从海水中提取氯化镁
C．第④步电解会产生氯气
D．以上提取镁的过程中涉及的反应有分解反应、化合反应和置换反应
18．下列有关说法不正确的是( )
A．工业上可利用海水制取镁
B．实验室可以海带为原料获得碘
C．工业上可用还原剂还原赤铁矿(含Fe2O3)获得铁
D．从海水中提取溴元素(以Br－形式存在)，可以考虑向其中通入F2
19．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
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________，
步骤③反应的化学方程式是
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)从理论上考虑，下列物质也能吸收Br2的是________。
A．NaOH
B．FeCl2
C．Na2SO3
D．H2O
(3)步骤③中氧化剂是________，若反应中生成2
mol
HBr，则消耗________mol
SO2。
(4)根据上述反应判断SO2、Cl2、Br2三种物质氧化性由强到弱的顺序是________________。
21
20．用如图所示的装置做铝热反应实验，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)选出该实验的实验现象(把序号填写在横线上)：________。
①镁带剧烈燃烧；②放出大量的热，并发出耀眼的白光；③纸漏斗的下部被烧穿；④有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体。
21．钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注。常温下钛不和非金属、强酸反应，红热时，却可与常见的非金属单质反应。钛是航空、军事、电力等方面的必需原料。地壳中含钛铁矿石之一是金红石(TiO2)，目前大规模生产钛的方法是：
第一步：金红石、碳粉混合，在高温条件下通入Cl2制得TiCl4和一种可燃性气体。该反应的化学方程式为________________，该反应的还原剂是________。
第二步：在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。
(1)写出此反应的化学方程式：________________________________；
(2)简述从上述所得产物中获取金属钛的步骤。
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
22．利用黄铜矿冶炼铜的主要原理为8CuFeS2＋21O28Cu＋4FeO＋2Fe2O3＋16SO2，下列有关判断合理的是( )
A．避免污染，排放的尾气用98.3%的浓硫酸吸收
B．CuFeS2中铁显＋2价，该反应中只有Cu被还原
C．检查炉渣中含＋2价铁的试剂是盐酸、KSCN溶液和氯水
D．冶炼铜的废料可以冶炼铁和制硫酸
23．0.4
g铁的氧化物，用足量的CO在高温下将其还原，把生成的CO2全部通入足量澄清石灰水中，得到0.75
g
沉淀。这种铁的氧化物的化学式是
( )
A．FeO
B．Fe2O3
C．Fe3O4
D．FeO和Fe2O3
24．钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料。制备TiO2和Ti
的原料是钛铁矿，我国的钛铁储量居世界首位。含Fe2O3的钛铁矿(主要成分为FeTiO3)制备TiO2流程如下：
(1)步骤①加Fe的目的是________；步骤②冷却的目的是_______________________________________________________________。
(2)上述制备TiO2的过程中，可以利用的副产物是________；考虑成本和废物综合利用因素，废液中应加入________处理。
(3)由金红石(TiO2)制取单质钛(Ti)，涉及的步骤为
―→
反应TiCl4＋2Mg===2MgCl2＋Ti在Ar气氛中进行的理由是_______________________________________________________________。
25．海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源等(如图所示)。
下列有关说法正确的是( )
A．大量的氮、磷废水排入海洋，易引发赤潮
B．工段③中加入盐酸溶解得到MgCl2溶液，再直接蒸发得到MgCl2·6H2O
C．在工段④⑤⑥中溴元素均被氧化
D．工段①中除去粗盐中的SO、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等杂质，加入的药品顺序为Na2CO3溶液→NaOH溶液→BaCl2溶液→过滤后加盐酸
26．海洋约占地球表面积的71%，对其进行开发利用的部分流程如图所示。下列说法不正确的是( )
A．可用BaCl2溶液除去粗盐中的SO
B．从苦卤中提取Br2的反应的离子方程式为2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2
C．试剂1可以选用石灰乳
D．工业上，电解熔融MgO冶炼金属镁
27．在空气吹出法的工艺中，有选用纯碱溶液作溴蒸气吸收剂的，也有选用SO2作溴蒸气吸收剂的，下列有关说法正确的是( )
A．两种吸收过程中，Br2只作氧化剂
B．只有SO2吸收过程发生了氧化还原反应
C．用纯碱溶液作吸收剂时，纯碱既不是还原剂也不是氧化剂
D．用纯碱溶液作吸收剂只发生了复分解反应
28．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)为使海藻中I－转换为含碘的有机溶液，实验室里有烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器，尚缺少的玻璃仪器是________。
(3)从含碘的有机溶液中提取碘，还要经过蒸馏，指出下列蒸馏装置(如图所示)中的错误之处：
_______________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(4)进行蒸馏操作时，使用水浴加热的原因是________________，最后晶态碘在________中。
参考答案
基础达标：
1.【解析】 合金的性质与其组成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
2.【解析】 自然界中很不活泼的金属如Au、Pt可存在游离态。
【答案】 A
3.【解析】 火烧孔雀石和焦炭混合物发生的反应为Cu2(OH)2CO32CuO＋H2O＋CO2↑，2CuO＋C2Cu＋CO2↑，属于焦炭还原法。
【答案】 A
4.【解析】 活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼，中等活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法冶炼，不活泼金属Hg、Ag利用热分解法冶炼，故A、B、D正确。C错误，C项为火法炼铜。
【答案】 C
5.【答案】 A
6.【解析】 海水资源的利用包括海水水资源的利用和海水化学资源的利用，海水水资源的利用包括海水淡化(同化工生产和能源技术相结合)和直接利用(如冲厕等)，海水化学资源的利用包括海水制盐，海水提取Mg、Br2、I2等；海水中某些金属元素的总储量很大，但富集程度却很低，故A、C、D正确，B错误。
【答案】 B
7.【解析】 A项，锶和碳元素属于常量元素；B项和C项说法正确；D项，海水提溴的过程涉及以下反应：
Br－Br2Br－Br2。
【答案】 A
8.【解析】 加压后，右侧海水中的水分子透过淡化膜进入左侧水池，故右侧海水中溶质的质量不变，溶剂的质量减少，溶质的质量分数增加。
【答案】 C
9.【解析】 A项海水中K元素以K＋形式存在，要通过还原才能得到金属钾；B项海水中水资源的利用，可以不发生化学反应；D项潮汐发电是将潮汐能转化为机械能再转化为电能。
【答案】 C
10.【答案】 D
【解析】 A项，Cl2和Br2均能与KI反应生成I2，B项，Cl2与Br2不发生反应；C项，Cl2和Br2均与NaOH发生反应；D项，Cl2与NaBr发生反应：Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2。
知识巩固：
11.【答案】 B
12.【解析】 金属的冶炼是将金属化合物转化为金属单质，A项正确；有的金属化合物在发生氧化还原反应时，自身既作氧化剂又作还原剂，不需要另加还原剂，如HgO，B项错误；金属元素在化合物中一般显正价，当变成金属单质后，化合价就变为0，所以是被还原
，C项正确，金属被发现和应用得越早，说明该金属越容易被还原，从而也说明金属的活泼性越弱，D项正确。
【答案】 B
13.【解析】 首先写出反应的化学方程式，根据制得金属各1
mol列比例式求解；或者是根据1
mol铝失去3
mol电子，由电子守恒得，金属氧化物中金属的化合价最低者消耗的铝最少。
【答案】 D
14.【解析】 Fe是化学性质较活泼的金属，用强还原剂(如Al、C、H2、CO等)在一定条件下都能把铁从其氧化物中还原出来。
【答案】 D
15.【解析】 选择的方法应以节约原料和降低成本为标准，同时有较高的产率，并易分离。根据每种金属的特点，应选择最佳方案，其中(2)要进行反应Na＋KCl===NaCl＋K，最佳选择是使K作为气体逸出，而其他物质仍然保留在体系中，这样，根据化学平衡，反应可不断正向进行。根据表中数据可知，在801～882.9
℃之间时，Na、KCl、NaCl均为液态，而钾为气态。
【答案】 (1)①a ②c ③d ④b
16.【答案】 D
【解析】 海水和贝壳符合来源丰富。第①步用于生成氢氧化钙，包括分解和化合两种反应；第②步用于生成氢氧化镁，为复分解反应；第③步用于制备氯化镁，也是复分解反应；第④步为电解熔融的氯化镁得到镁，为分解反应。
【答案】 D
17.【解析】 海水中含大量Mg2＋，海带中含碘元素，因此工业上可利用海水制镁，实验室中用海带制碘，A、B正确；赤铁矿主要成分为Fe2O3，可用还原剂如焦炭还原Fe2O3获得铁，C正确；因F2能与水剧烈反应，反应方程式：2F2＋2H2O===4HF＋O2，因此D错误。
【答案】 D
18.【解析】 由流程图和反应原理可写出步骤①的离子方程式和步骤③的化学方程式分别为2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－，SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4；从理论上考虑，NaOH具有强碱性，能吸收Br2，Fe2＋、SO具有强还原性也能吸收Br2。步骤③中发生的反应为Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，该反应中氧化剂为Br2，还原剂为SO2，反应中每生成2
mol
HBr，则消耗1
mol
SO2，最后再向含HBr的溶液中通入适量Cl2蒸馏得到Br2。经过上述过程中的反应知氧化性由强到弱的顺序为Cl2>Br2>SO2。
【答案】 (1)2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－
SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr
(2)ABC (3)Br2 1 (4)Cl2>Br2>SO2
19．海带中的碘元素主要以I－的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2，再萃取出来。证明海带中含有碘的实验方法：
①用剪刀剪碎海带，用酒精湿润，放入坩埚中。
②灼烧海带至完全成灰，停止加热，冷却。
③将海带灰加蒸馏水溶解，搅拌、煮沸、过滤。
④在滤液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入几滴淀粉溶液。(涉及反应的离子方程式为2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O)
在实验过程中用到的玻璃仪器有
_______________________________________________________________。
能证明海带中含有碘的实验操作是________(填序号)，现象是
_______________________________________________________________。
20.【答案】 烧杯、玻璃棒、漏斗、酒精灯 ④ 滴入淀粉溶液后变蓝
能力提升：
21.【解析】 (1)铝热反应为2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3，该反应中Fe2O3作氧化剂，Al作还原剂。
(2)①②③④全为该铝热反应的现象。
【答案】 (1)Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe Fe2O3 Al 铝热 (2)①②③④
22.【解析】 第一步：因为钛在常温时不与非金属、强酸反应，在红热时可与常见非金属单质反应，类比一般不活泼金属氧化物，选用碳作还原剂制得金属，金属与Cl2生成氯化物。两反应合并的化学方程式为TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO。
第二步：(1)Mg为活泼金属，在氩气作为保护气的环境中还原TiCl4：2Mg＋TiCl42MgCl2＋Ti。
(2)还原出的Ti与Mg混合，分离时用强酸，因钛不与强酸反应，所以可将上述产物溶于过量的盐酸中，然后过滤洗涤，即可得到纯净的钛。
【答案】 第一步：TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO C
第二步：(1)2Mg＋TiCl42MgCl2＋Ti
(2)可将还原后的产物溶于过量的盐酸中，过滤、洗涤，即可得到纯净的钛
23.【解析】 浓硫酸不能吸收SO2，A项错误。该反应中铜、氧元素化合价降低，被还原，B项错误。在＋3价铁存在下检验＋2价铁，应用酸性高锰酸钾溶液，C项错误。炉渣中含有氧化铁和氧化亚铁，可以冶炼铁；二氧化硫可以用作制硫酸的原料，D项正确。
【答案】 D
24.【答案】 B
25.【解析】 CO和铁的氧化物反应时，氧化物中的一个氧原子可以生成一个CO2分子，每一个CO2分子可以生成一个CaCO3，所以有下列的关系式，假设0.4
g该氧化物中含x
g氧原子
O～CO2～CaCO3
16 100
x
g
0.75
g
解得x＝0.12，
N(Fe)∶N(O)＝：＝2∶3。
26.【解析】 (1)分析框图知，铁最终转化成副产品绿矾，所以要将＋3价Fe转化为＋2价Fe，降温减小FeSO4·7H2O的溶解度，有利于绿矾结晶。
(2)水浸后发生的离子反应为TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋，废液主要呈酸性，所以应加入CaO、CaCO3或碱。
(3)高温下Ti和Mg易与空气中O2、N2等反应，故应在Ar气氛中进行。
【答案】 (1)将Fe3＋还原为Fe2＋ 析出绿矾
(FeSO4·7H2O)
(2)绿矾(FeSO4·7H2O) 生石灰(或碳酸钙、废碱)
(3)防止高温下镁或钛与O2、N2等反应
27.【解析】 废水中含有大量的氮、磷等元素，排入海洋，能引起赤潮，A项正确；MgCl2溶液直接蒸发得不到MgCl2·6H2O，B项错误；反应⑤为Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，溴元素被还原，C项错误；粗盐提纯的顺序中要注意两点，一是Na2CO3溶液在BaCl2溶液后加入，二是盐酸最后加入，D项错误。
【答案】 A
28.【解析】 工业上用电解熔融MgCl2的方法冶炼金属镁。因为氧化镁的熔点高于氯化镁的熔点，电解氧化镁消耗电能较大，成本较高。
【答案】 D
29.【解析】 ①纯碱溶液作吸收剂的反应为3Na2CO3＋3Br2===5NaBr＋NaBrO3＋3CO2；②SO2作吸收剂的反应为SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr。分析以上两个反应可知：①中Br2既作氧化剂，又作还原剂，Na2CO3既不是还原剂也不是氧化剂，②中Br2只作氧化剂。
【答案】 C
30.【解析】 (1)为了从悬浊液中分离I－，应用过滤；从I2的水溶液中把I2提取出来，应用萃取。(2)过滤所必需的仪器是普通漏斗，萃取分液所必需的仪器是分液漏斗。(3)蒸馏装置的三点错误：①没有石棉网；②温度计插入液面以下；③冷凝管进、出水方向颠倒。(4)萃取碘水中碘的有机溶剂常用苯、四氯化碳等，其沸点一般低于100
℃，用水浴加热即可使之沸腾，而避免高温下I2的升华。最后I2残留在烧瓶中。
【答案】 (1)过滤 萃取 2I－＋Cl2===I2＋2Cl－
(2)分液漏斗、普通漏斗 (3)①没有石棉网；②温度计插入液面以下；③冷凝管进、出水方向颠倒
(4)萃取剂沸点较低，I2易升华 烧瓶
基础达标
知识巩固
能力达标(共55张PPT)
第四章·
化学与自然资源的开发利用
开发利用金属矿物和海水资源
开发利用金属矿物
化合
游离
还原
氧化还原反应
得到
不活泼
C、H2、CO、Al
回收和再利用
海水水资源的利用
淡化
冷却
蒸馏法
电渗析法
离子交换法
圆底烧瓶
冷凝管
锥形瓶
a
b
防止海水暴沸
气
液态
海水化学资源的开发利用
H、O
Cl2
铀
重水
潮汐能
第四章化学与自然资源的开发利用
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