2011届高考化学总复习课件系列 学案22 开发利用金属矿物和海水资源

课件126张PPT。第七章 化学与自然资源的开发利用 学案22 开发利用金属矿物和海水资源高考大纲1.了解海水和金属矿物的综合利用?2.了解化学科学发展对自然资源利用的作用?考向预测1.金属的冶炼方法(原理与实验设计,如铝热反应)?2.海水的综合开发与利用,尤其是Mg?Br2?Cl2的提取与生产工艺流程?轻松学教材qing song xue jiao cai一?金属冶炼的原理1.自然界中除1金?铂等少数金属外,绝大多数金属元素以2化合物的形式存在?2.金属冶炼的方法二?海水资源的开发利用1.海洋约占地球表面积的71%,海水中水的储量很大,约占地球总水量的97%,海水的利用主要包括海水的淡化?直接利用海水进行循环冷却?海水淡化的方法有:蒸馏法?电渗析法?离子交换法?2.海水中溶解和悬浮大量的无机物和有机物,其中H?O?Cl?Na?K?Mg?Ca?S?F?B?Br?Sr等元素超过总量的99%,其他为微量元素,总计80多种元素?3.海水可以制盐,除食用外,盐还可用做工业原料,例如生产烧碱?纯碱?钠?氯气?盐酸?漂白粉,从海水中还可以提取镁?溴?钾等?体验热身ti yan re shen1.下列说法正确的是( )A.有些活泼金属如铝可用做热还原剂来冶炼金属B.用电解NaCl溶液的方法来冶炼金属钠C.可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝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:本题考查金属冶炼的方法?铝可以做还原剂冶炼一些高2.从海水中可获得的在常温下为液体的单质是( )A.MgB.KC.Br2D.I2答案:C解析:Mg?K为银白色固体金属,I2为紫黑色固体非金属,Br2为深红棕色液体非金属,C符合?3.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?下图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限,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.金属的活动性大小 答案:D解析:金属的活动性越弱,越容易以游离态形式存在于自然界,金属阳离子的氧化性越强,越容易被还原为金属单质,因而冶炼越容易?4.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,而海水中其他各种离子不能通过淡化膜,从而得到淡水,对加压后右侧海水成分变化分析,正确的是( )A.溶质的质量增加B.溶剂的质量不变C.溶液的质量减小D.溶质的质量分数不变答案:C解析:把海水看做溶液,水是溶剂,NaCl是溶质?由题意知,右侧海水中溶剂水的量减小,NaCl的量不变,因而溶质的质量分数增大?5.海洋中有大量宝贵资源?被称为“海洋元素”的溴,其工业制法为把海水浓缩得盐卤,然后加热到363 K,控制pH为3.5,通入氯气把溴置换出来,然后用一种气体X把溴吹出,再用纯碱溶液吸收,这时,溴转化为溴离子和溴酸根,最后用硫酸酸化,单质溴可从溶液中析出?(1)把溴吹出的气体X,最可能用下面的______(填序号)?A.乙烯 B.空气 C.氩气 D.CO2答案:B(2)某同学对上述工艺提出改进意见,认为氧化后直接用有机溶剂萃取出溴即可,你认为其建议是否合理__________(填“是”或“否”),并说出理由____________________________________?否需大量萃取剂,污染大,利用率低(3)提取溴的工厂往往会因为挥发而造成空气污染,某实验小组准备测定工厂空气中溴的含量,提供乙醇溶液?蒸馏水?饱和Na2SO3溶液?饱和NaBr溶液,请你为他们设计收集一瓶工厂的空气的方法______________________________________________?答案：把装满饱和NaBr溶液的试剂瓶带到工厂,在工厂内把其中的液体全部倒出,然后加盖密封(4)纯碱溶液吸收溴的化学方程式为______________________________,硫酸酸化得到单质溴的离子方程式为____________________________________?(5)工业上曾用惰性电极电解盐卤的方法来获取溴,当用惰性电极MgBr2溶液时,除得到溴之外,同时还能得到的产品是______________________? Mg(OH)2和H2解析:(1)吹出的溴单质用Na2CO3吸收,不能用CO2吹出Br2,是因为CO2与Na2CO3能发生反应,乙烯与溴单质发生加成反应,氩气的使用在工业上成本较高,因此最可能用的是空气?(2)直接萃取单质溴不仅需要大量的萃取剂,而且还造成一部分溴流失,从萃取剂中分离出液溴成本增加?(3)收集工厂内的空气,只需把装满饱和NaBr溶液的试剂瓶带到工厂后,把其中的液体倒出,然后密封集气瓶,即得一瓶工厂内空气?重点探究zhong dian tan jiu金属矿物的开发利用一?金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系1.原理由于不同金属的活动性不同,金属离子得到电子被还原成金属原子的能力也不同?金属活动性顺序表中,金属的位置越靠后,越容易被还原,一般的还原方法就能使金属还原;金属的位置越靠前,越难被还原,最活泼金属只能用最强的还原手段来还原?2.金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系特别提醒:①金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性?②工业上冶炼金属常用的还原剂有C?CO?H2?活泼金属单质等?二?铝热反应1.原理Al是还原剂,另一种氧化物做氧化剂,是铝将氧化物中的金属置换出来的反应;其实质是铝将氧化物中化合态的金属还原为金属单质?2.反应特点(1)高温;(2)剧烈燃烧,放出大量的热;(3)新生成的液态金属单质易与Al2O3(固态)分离?3.引燃剂和铝热剂(1)引燃剂:镁条?氯酸钾?(2)铝热剂:铝粉和金属氧化物(Fe2O3?Cr2O3?V2O5等)组成的混合物?4.应用铝热反应常用于冶炼难熔金属,如V?Cr?Mn等;焊接钢轨等?【例1】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.MnO2 B.WO3 C.Cr2O3 D.Co3O4答案:D解析:用铝热法还原金属氧化物时,Al做还原剂,金属氧化物做氧化剂,在反应中金属氧化物被还原为单质,显然,在氧化物中金属化合价越高,变为单质时需获得的电子越多,消耗铝越多;金属化合价越低,得电子数越少,消耗的铝越少?以上金属氧化物中金属的化合价分别为:【方法归纳】 如果对铝热反应的本质有深刻的了解,即Al与O结合生成Al2O3,显然与1 mol金属结合的氧原子数越少,消耗的铝也就越少?类比迁移lei bi qian yi1.下列各种冶炼方法中,可制得相应金属的是( )A.加热Al2O3B.加热CaCO3C.电解熔融NaClD.氯化钠与铝粉高温共热答案:C难点探究nan dian tan jiu海水中镁?溴?碘的提取方法1.镁的提取(1)流程(2)有关反应的化学方程式2.溴的提取(1)用蒸馏法将海水浓缩,用硫酸将浓缩的海水酸化?(2)向酸化的海水中通入适量氯气,使溴离子转化为溴单质:2Br-+Cl2===Br2+2Cl-?(3)向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气,将溴单质吹入盛有二氧化硫的吸收塔内以达到富集的目的:Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4?(4)向吸收塔内溶液中通入适量的氯气:2HBr+Cl2===2HCl+Br2?(5)用四氯化碳(或苯)萃取吸收塔内溶液中的溴单质?3.海带中碘的提取(1)原理:用适当的氧化剂将海带中的碘元素(I-)氧化成I2,再萃取出来?(2)化学方程式:2I-+H2O2+2H+===I2+2H2O?特别提醒:在实验室从海带中提取碘,先将干海带灼烧除去有机物,再用H2O?H2SO4处理,使I-氧化为I2,再用苯或CCl4萃取?【例2】海水是镁的主要来源之一?从海水中提取镁可按如下步骤进行:①把贝壳制成石灰乳;②向引入的海水中加入石灰乳,沉降?洗涤?过滤沉淀物;③将沉淀物与盐酸反应,结晶?过滤?干燥产物;④电解得到产物?(1)以上提取镁的全过程中,没有涉及的化学反应类型是__________(填序号)?
A.分解反应
B.化合反应
C.置换反应
D.复分解反应答案：C(2)下列关于提取镁的说法中,不正确的是__________(填序号)?
A.此法的优点之一是原料来自大海
B.进行①②③步骤的目的是富集MgCl2
C.可用电解熔融氧化镁的方法制取镁
D.电解冶炼镁要消耗大量电能答案：C【方法归纳】 根据题意,先写出化学方程式,再作出具体判断,对于该法的评判要结合实际情况?类比迁移lei bi qian yi2.(2009·韶关模拟)海藻中含有丰富的碘元素(以I-形式存在)?实验室中提取碘的流程如下:(1)在虚线框内画出实验操作①的仪器装置示意图(见题后说明)?实验操作③的名称是__________,所用主要仪器名称为__________?(2)提取碘的过程中,可供选择的有机试剂是__________(填序号)?A.酒精(沸点78 ℃)B.四氯化碳(沸点77 ℃)C.甘油(沸点290 ℃)D.苯(沸点80 ℃)答案：BD(3)在操作②中,溶液中生成少量ICl,为消除此杂质,使碘全部游离出来,应加入适量(填序号)__________溶液,反应的离子方程式为__________________?A.KIO3 B.HClO C.KI D.Br2CICl+I-===Cl-+I2(4)为使从含碘的有机溶液中提取碘并回收溶剂,采用水浴加热蒸馏(如图所示)?请指出图中实验装置中错误之处(有几处填几个,下列空白可不填满,也可补充?)①____________________________________,②____________________________________,③____________________________________,④ ____________________________________?缺石棉网温度计插到液体中冷凝管进出水方向颠倒(5)实验中使用水浴的原因是________________________________________________________________________________,最后晶体碘聚集在__________(填仪器名称)中?有机溶剂沸点较低,控制温度不能过高,避免碘蒸气进入冷凝管蒸馏烧瓶说明:实验装置中仪器用下面方法表示?铁架台?连接胶管等不必画出,如需加热,在此仪器下方用“△”表示?下列图示均为玻璃仪器,应标清液面或固体可视界面? 实验探究shi yan tan jiu关于金属冶炼的实验1.反应原理2.实验过程(1)组装装置?按图所示,连接各仪器?(2)检验装置的气密性?用弹簧夹a关闭导气管,对硬质玻璃管微热,观察现象,直至装置的气密性合格为止?装置气密性合格的标志是气球体积明显膨胀?(3)向有关仪器内加入Fe2O3和澄清石灰水,重新连接好各仪器?(4)通CO排空气,加热使反应发生?(5)停止加热,继续通入CO至冷却?3.注意事项(1)为了扩大气态CO和固态Fe2O3的接触面积,提高反应速率和Fe2O3的转化率,Fe2O3要平铺开?(2)要先通适量CO气体将硬质玻璃管内的空气排出以后再点燃酒精灯加热?此先后顺序不可颠倒,否则可能要引发爆炸?(3)CO气体要匀速?慢通,以提高CO气体的利用率?(4)CO与Fe2O3的反应要进行至红色Fe2O3固体完全变为黑色固体为止?(5)停止加热后,要先用弹簧夹b关闭导气管(但不要切断CO气源)后再熄灭酒精灯?此先后顺序不可颠倒,否则会引起石灰水倒吸至硬质玻璃管内而使实验失败?(6)被还原出的Fe要在硬质玻璃管内于CO气体中冷却至常温,目的是防止Fe重新被空气氧化?【实验设计】实验室中用含少量CO2杂质的CO来还原铁的氧化物FexOy并证明CO能够还原FexOy,且本身被氧化为CO2,实验所提供的各种仪器和药品如下:(1)实验时,上述仪器装置的正确连接顺序是(填写各接口的代号):混合气体( ),( )接(F),(E)接( ),( )接( ),( )接( )?D C ABHGI(2)在装置乙中发生反应的化学方程式是____________________________?(3)在装置甲中发生反应的化学方程式是____________________________?(4)丙装置中澄清石灰水的作用是________________?(5)经定量测定,0.4 g FexOy与CO反应生成的气体通入过量的澄清石灰水中,生成0.75 g白色沉淀,则FexOy中x的值是__________,y的值是__________?检验CO2是否除净23(6)实验过程中,能说明CO能够还原FexOy的实验现象是____________________________________________?能够说明CO被氧化成CO2的实验现象是__________________?红色固体变为黑色丁中澄清石灰水变浑浊走出误区zou chu wu qu●电解冶炼的方法制取Na?Mg?Al等,分别电解NaCl?MgCl2?Al2O3而不是AlCl3,因AlCl3是共价化合物,在液态时不导电,故不能用电解熔融AlCl3的方法来冶炼Al?●由于MgO的熔点高,不能使用电解熔融MgO的方法冶炼Mg?MgCl2的熔点低,耗能少,便于电解?备用选题bei yong xuan ti1.从海水中可以提取溴,主要反应为2Br-+Cl2===Br2+2Cl-,下列说法正确的是( )A.溴离子具有氧化性B.氯气是还原剂C.该反应属于复分解反应D.氯气的氧化性比溴单质强答案:D解析:元素价态变化为:溴离子具有还原性;氯气是氧化剂;该反应属于氧化还原反应;氯气将溴置换出来,所以氯气的氧化性强于溴单质的?2.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)火烧孔雀石炼铜;(Ⅱ)湿法炼铜?现代有:(Ⅲ)铝热法炼铬;(Ⅳ)从光卤石中炼镁?下列对它们的冶炼方法的分析中不正确的是( )A.(Ⅰ)① B.(Ⅱ)②C.(Ⅲ)③ D.(Ⅳ)④答案:B解析:(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)(Ⅳ)发生的反应分别是:3.从海水中提取单质镁,下列途径正确的是( )答案:C解析:首先向制盐剩下的苦卤里加入熟石灰,得Mg(OH)2,再用盐酸溶解Mg(OH)2得MgCl2,电解MgCl2制得Mg?4.利用海水为原材料不能得到的是( )A.食盐B.淡水C.镁D.石膏答案:D解析:利用海水可以制得淡水,也可以得到食盐?镁等物质,但得不到石膏?5.(2007·上海春季)随着全球淡水资源危机日益严重,世界各国都把目光投向了占全球总水量约97%的汪洋大海,希望从苦涩的海水中提取可以饮用的淡水?(1)海水淡化由来已久?第二次世界大战时,一艘为盟军运送军事物资的商船遇难漂流到一座荒岛上?为了获取淡水,船员们将救生艇上的铜皮空气箱拆下,在空气箱上加盖一块边缘向内卷曲形成水槽的铜盖,做成一个简易蒸馏器?加热箱内的海水,水蒸气在盖顶冷凝后顺着边缘流进水槽,再滴入淡水桶内?根据上述文字的描述,为上图简易蒸馏器示意图补画铜盖? (2)目前海水淡化有了许多新工艺,最广泛应用的为多级闪蒸法,其流程示意图如下图?已知一级闪蒸室和二级闪蒸室内的压强分别是p1和p2,且p2原料相同产品不同,前者获得淡水,后者获得
食盐;工艺不同(6)海水淡化是解决淡水资源危机的途径之一,它涉及各个领域?如要建立一个以多级闪蒸法为主要工艺的海水淡化厂,涉及的经济问题有________________________;涉及的技术问题有________________________?若请你以海水淡化为主题,从一个侧面出发,对其进行探究,你最关注的问题是__________;根据该问题拟定的课题名称是________________________?投资和投资回报,产品需要确定价格等工艺流程?设备?操作技术等盐水能否被利用从海水中获得淡水的方法研究解析:受热后的海水进入一级闪蒸室,被低温海水冷却后,一部分转化为淡水,一部分进入二级闪蒸室,被再次冷却?由于p2