第一节 开发利用金属矿物和海水资源
第1课时 金属矿物的开发利用
一、金属的冶炼
1．金属元素在自然界存在的形态
(1)极少数的不活泼金属(金、铂等)以游离态的形式存在。
(2)绝大多数金属以化合物的形式存在。
(3)在地壳中，含量最高的金属元素是铝，其次是铁。
2．金属冶炼原理与实质
(1)原理：将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程。
(2)实质：用还原剂使化合态的金属得到电子变成金属单质。
3．金属冶炼方法
(1)常用方法
(2)其他方法
4．金属矿物资源的开发和利用
(1)原因
①地球上金属矿物资源有限；
②金属冶炼消耗很多能量；
③金属冶炼造成环境污染。
(2)措施
①提高金属矿物的利用率；
②使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量；
③加强金属资源的回收和再利用。
金属的活泼性与冶炼方法的关系
金属单质还原性、失电子能力依次减弱
金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强
(1)金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属阳离子失去电子被氧化为金属单质的过程(×)
(2)自然界中的金属都以化合态存在(×)
(3)通过电解法冶炼Na、Mg、Al，是因为Na、Mg、Al还原性很强(√)
(4)利用CO冶炼铁的反应是置换反应(×)
(5)对一些不活泼的金属如Hg、Ag、Pt、Au可直接用加热分解的方法从其化合物中还原出来
(×)
(6)采用热还原法冶炼金属时，常用的还原剂有C、CO、H2、Al等(√)
(7)由于地球上金属矿物资源有限，因此要加强金属资源的回收和再利用(√)
1．为什么冶炼镁时电解MgCl2而不是MgO，冶炼铝时电解Al2O3而不是AlCl3？(已知：MgO的熔点为2 852 ℃，MgCl2的熔点为118 ℃)
提示 工业上采用电解法冶炼铝的材料是Al2O3，而不是AlCl3，这是因为AlCl3是共价化合物，熔融时无法电离出自由移动的离子，不能导电；工业上采用电解法冶炼镁的材料是MgCl2，而不是MgO，这是因为MgO虽是离子化合物，但其熔点太高，熔融时会消耗大量热能，成本较高。
2．为什么越活泼的金属被人类利用越晚？
提示 因为金属越活泼，其离子的氧化性越弱，就越难被还原，故制取和利用的时间越晚。
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
解析 选择金属的冶炼方法要考虑金属在自然界中存在的状态及金属的活动性。
(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)发生的反应分别是
(Ⅰ)：Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O，
C＋2CuO2Cu＋CO2↑，符合①；
(Ⅱ)：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，符合③；
(Ⅲ)：2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr，符合③；
(Ⅳ)：先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2：
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑，符合④。
4．关于废旧金属处理的下列说法中不正确的是( )
A．对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用
B．重金属对人体有害，对废旧重金属材料的处理方法是填埋
C．废旧钢铁可用于炼钢，废铁屑可用于制铁盐
D．照相业、科研单位和医院X光室回收的定影液中，可以提取金属银
答案 B
解析 重金属材料填埋将会对环境造成污染。
(1)从金属矿石中提炼金属一般需要经过三个步骤：
步骤
一般方法和原理
目的
采矿、选矿、粉碎、筛矿、洗矿等
除去杂质、提高有用成分的含量
利用氧化还原反应原理，在一定条件下用还原剂把金属矿石中的化合态金属元素还原成金属单质
得到粗金属(含少量杂质)单质
加入除杂试剂除去杂质或电解精炼
提炼纯金属
(2)金属冶炼的注意事项
①根据金属离子得电子能力的强弱，采用不同的冶炼方法。
②采用热分解法冶炼的金属的化合物不稳定，受热易分解，不需要太高的温度；而热还原法往往在高温下进行；电解法的温度因物而定。
③因MgO熔点很高，故冶炼金属镁采用电解熔融MgCl2的方法，而不采用电解熔融MgO的方法。因AlCl3属于共价化合物，熔融态不导电，故冶炼金属铝采用电解熔融Al2O3和Na3AlF6(冰晶石)混合物的方法，而不采用电解熔融AlCl3的方法。
④用电解法冶炼活泼金属时，电解的是熔融的金属化合物，而不是金属化合物的水溶液。因为在其水溶液中，阴极放电的是H＋，而不是金属阳离子，故得不到金属单质。
二、铝热反应
1．实验探究
实验装置
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，熔融物冷却后变为黑色物质
实验结论
在高温下，氧化铁与铝发生置换反应，并放出大量的热
化学方程式
2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3
2.注意事项
(1)镁带要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃；氧化铁粉末与铝粉要选择干燥的；铝粉要用没有被氧化的，否则反应难以进行。
(2)氧化铁粉末与铝粉两者要混合均匀，以保证氧化铁与铝都完全反应。
(3)内层滤纸要用水润湿，以防纸漏斗燃烧。
(4)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。
1．铝热反应中，镁条和氯酸钾分别有什么作用？
提示 点燃镁条用来提供引发反应的热能，氯酸钾的作用是分解提供氧气，使镁条快速充分燃烧。
2．铝热反应现象中纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中，经分析熔融物为铁单质，还原产物铁熔化说明什么？
提示 说明铝热反应放出大量的热使铁熔化，铁的熔点高达1 538 ℃，更说明放出的热量更显著。
3．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_____________________________________________________。
(2)该反应中还原剂是____________，还原产物是________________，二者还原性比较________________________________________________________________________。
(3)选出该实验的实验现象：______________(填序号)。
①镁条剧烈燃烧 ②放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射 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
(4)下列氧化物不能与铝粉组成铝热剂的是________(填字母)。
A．Cr2O3 B．MnO2
C．Na2O D．V2O5
答案 (1)8Al＋3Fe3O49Fe＋4Al2O3
(2)Al Fe Al>Fe (3)①②③④ (4)C
解析 (1)(2)该铝热反应8Al＋3Fe3O49Fe＋4Al2O3中，Al作还原剂，Fe作还原产物，还原剂Al还原性强于还原产物Fe。(3)①②③④全为该反应现象。(4)C项，Al不能置换Na，因为Na比Al活泼，所以不能组成铝热剂。
铝热反应的相关概念和应用
概念
铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应
原理
Al作还原剂，另一种金属氧化物作氧化剂，用铝将金属氧化物中的金属置换出来
铝热剂
铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物
反应特点
在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离
应用
冶炼难熔的活泼性比铝差的金属(V、Cr、Mn等)、焊接钢轨等
1．工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法。你认为选择方法的主要依据是( )
A．金属在自然界的存在形式
B．金属元素在地壳中的含量
C．金属熔点高低
D．金属阳离子得电子的能力
答案 D
解析 冶炼金属选择方法是根据金属的活动性，金属冶炼是金属阳离子得电子的过程，即金属冶炼方法与金属阳离子得电子能力有关。
2．下列说法错误的是( )
A．有些活泼金属(如铝)可用作热还原法的还原剂
B．加强热，使氧化铜在高温条件下分解可制备单质铜
C．金属冶炼的实质是金属阳离子得到电子被还原成金属原子
D．回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物
答案 B
解析 A项，铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属，如2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3，正确；B项，制备单质Cu用热还原法，错误；C项，金属冶炼的实质就是把金属阳离子还原为金属单质，正确；D项，将旧金属回收，重新利用，变废为宝，正确。
3．下列说法中正确的是( )
A．金属的冶炼原理，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，可能被还原，也可能被氧化
D．金属单质被发现和应用得越早，其在地壳中的含量越大
答案 A
解析 A项，金属冶炼是将金属化合物转化为金属单质，正确；B项，冶炼金属并不一定要加入还原剂，如电解法制取钠和镁，错误；C项，金属由化合态变为游离态，都是由高价态降低到0价，故一定被还原，错误；D项，金属被发现的早晚与其在地壳中的含量无关，如在地壳中铝的含量虽然最大，但被发现的时间却比铁、铜晚得多，错误。
4．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
答案 B
5．(1)下列反应原理不符合工业冶炼金属实际情况的是________(填字母)。
A．2HgO2Hg＋O2↑
B．Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2
C．2MgO2Mg＋O2↑
D．2Ag2O4Ag＋O2↑
(2)简要说明不符合工业实际的原因：______________________________________________。
答案 (1)C
(2)MgO熔点高，电解耗能大，实际工业生产中采用电解熔融态的MgCl2冶炼镁
题组一 金属的存在与冶炼原理
1．下列关于金属在自然界中存在形态的说法不正确的是( )
A．地壳中含量最高的金属是铁，其次是铝
B．铝在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分是氧化铝)中
C．铁主要存在于铁矿石(磁铁矿、赤铁矿、菱铁矿等)中
D．金、铂等不活泼的金属以游离态形式存在
答案 A
解析 地壳中含量最高的金属是铝，其次是铁。金属在自然界中的存在形态与其化学活动性有关，化学性质比较活泼的金属铝等在自然界中以化合态存在，汞、金、铂等化学性质不活泼的金属在自然界中以游离态存在。
2．下列说法中，正确的是( )
A．金属的冶炼是把金属单质从其矿物中分离出来
B．金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被氧化
C．金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被还原
D．金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原
答案 C
解析 金属冶炼的原理是利用氧化还原反应，把金属矿物中的金属阳离子还原成金属单质。在金属的冶炼过程中，被冶炼的金属只能得到电子被还原。
3．(2019·济南高一下月考)下列金属冶炼的反应原理，不正确的是( )
A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
B．MgO＋H2Mg＋H2O
C．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
D．2Ag2O4Ag＋O2↑
答案 B
解析 由于Na的金属性很强，Na＋不容易获得电子，因此只能用电解熔融NaCl的方法制取金属Na：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑，A正确；Mg的金属性很强，用一般的还原剂不能把Mg从化合物中还原出来，因此用电解熔融MgCl2的方法制取金属Mg，B错误；Fe是比较活泼的金属，在高温条件下用还原剂将Fe从其化合物中还原出来：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，C正确；Ag是不活泼金属，可以用热分解法制得金属Ag：2Ag2O4Ag＋O2↑，D正确。
题组二 金属的冶炼方法
4．下列金属的冶炼方法中正确的是( )
A．电解氯化钠溶液冶炼金属钠
B．电解熔融的氯化铝冶炼金属铝
C．将铁粉与氧化镁混合加热冶炼镁
D．用一氧化碳还原氧化铁冶炼铁
答案 D
解析 冶炼金属钠应电解熔融的氯化钠，而不是氯化钠溶液；冶炼金属铝应电解熔融的三氧化二铝，而不是氯化铝；铁不能将氧化镁中的镁还原出来。
5．金属锂是密度最小的金属，等质量的不同金属，锂可以释放出更多的电子，故常用来制造高性能电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则冶炼金属锂应采用的方法是( )
A．电解法 B．热还原法
C．热分解法 D．铝热法
答案 A
解析 金属的冶炼方法与金属活动性顺序的关系：
金属锂的活动性介于钠与镁之间，应采用电解法冶炼金属锂。
6．金属矿物通常色彩缤纷、形状各异。下列冶炼金属的方法属于热还原法的是( )
A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
B．WO3＋3H2W＋3H2O
C．Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4
D．2Ag2O4Ag＋O2↑
答案 B
解析 钠性质活泼，用电解法制取；钨性质较不活泼，用热还原法制取；Fe＋CuSO4===Cu＋FeSO4为湿法炼铜的反应原理，不属于热还原法；银性质不活泼，可用热分解法制取。
题组三 金属冶炼的综合与应用
7．热还原法冶炼金属的反应一定是( )
A．氧化还原反应 B．置换反应
C．复分解反应 D．分解反应
答案 A
解析 热还原法冶炼金属的反应一定不是复分解反应，也一定不是分解反应，不一定是置换反应，如3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，但一定是氧化还原反应。
8．(2019·大连期末)我国古代“药金”的冶炼方法是将炉甘石(ZnCO3)和赤铜矿(Cu2O)与木炭按一定的比例混合后加热至800 ℃，这种方法可炼出有金子般光泽的“药金”。下列叙述正确的是( )
A．“药金”实质上是铜锌合金
B．冶炼炉中炉甘石直接被木炭还原为锌
C．用王水可区别黄金和“药金”
D．用灼烧法不能区别黄金和“药金”
答案 A
解析 冶炼“药金”的相关反应方程式为ZnCO3ZnO＋CO2↑，2ZnO＋C2Zn＋CO2↑，2Cu2O＋C4Cu＋CO2↑，故A项正确，B项错误；王水可以溶解黄金和“药金”，故C项错误；用灼烧法可以区别黄金和“药金”，因为高温下黄金与氧气不反应，而“药金”可以与氧气反应，故灼烧后的“药金”颜色有变化，D项错误。
9．以辉铜矿(Cu2S)为原料冶炼铜，其反应原理可表示为Cu2S＋O22Cu＋SO2。下列说法不正确的是( )
A．化合价发生变化的元素有3种
B．Cu2S在该反应中既是氧化剂又是还原剂
C．1 mol O2参加反应时，上述反应转移电子总物质的量为4 mol
D．SO2被分离、回收后氧化生成SO3，可作为制取硫酸的原料
答案 C
解析 分析反应中化合价的变化：2＋22＋2，反应过程中Cu、S、O三种元素的化合价均发生改变；Cu2S中Cu元素化合价降低，S元素化合价升高，因此Cu2S既是氧化剂又是还原剂；根据S元素化合价的改变可知，当1 mol O2参加反应时，共转移电子
6 mol；SO2催化氧化可得SO3，SO3被水吸收可得H2SO4。
10．下列说法不正确的是( )
A．自然界中不存在游离态的金属
B．金属活动性不同，冶炼方法也有所不同
C．地球上金属矿物资源有限，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
答案 A
解析 自然界中存在游离态的金属，如金、铂等。
题组四 铝热反应
11．关于铝热反应，下列说法不正确的是( )
A．铝热反应是吸热反应
B．铝热剂是混合物
C．铝热反应为氧化还原反应
D．铝热反应需在高温条件下进行
答案 A
解析 铝热反应是放热反应，选项A错误。
12．能用铝作原料来冶炼难熔的金属是因为( )
A．铝的密度小，熔点较低
B．铝在空气中燃烧放出大量的热
C．铝在金属活动性顺序表中排在较前面
D．铝具有还原性，发生铝热反应时放出大量热
答案 D
解析 利用铝来冶炼难熔的金属是利用铝热反应来进行的。在铝热反应中，铝表现出还原性，可置换出其他金属；另外铝热反应还有一个特点就是反应能放出大量的热，可使置换出的金属熔化，达到冶炼的目的。
13．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)写出铝热反应的两个用途_____________________________。
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
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)根据金属活动性顺序表，Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。
14．孔雀石的主要成分为CuCO3·Cu(OH)2，某同学设计从孔雀石中冶炼金属铜的方案如下：
①将孔雀石粉碎后加过量的稀硫酸；
②将反应后的混合物过滤；
③向滤液中加入一种金属粉末。
根据上述实验方案，试回答：
(1)第①步反应中的现象为____________________________。
(2)第③步加入的金属粉末是__________，理由是________________________________。
(3)若向滤液中加入过量生石灰后，过滤，将沉淀加热灼烧后再通入________________气体，可制得较纯净的铜。
答案 (1)固体溶解，有无色气体生成，溶液变成蓝色
(2)Fe 铁的活泼性比铜强，可从溶液中置换出铜
(3)氢气
解析 孔雀石的主要成分是碱式碳酸铜，当加入过量稀硫酸时发生反应，固体逐渐溶解，产生二氧化碳气体、水和硫酸铜；为冶炼金属铜，可加入过量的铁粉，把铜从硫酸铜溶液中置换出来；若向滤液中加入过量生石灰后生成氢氧化铜，过滤，将沉淀氢氧化铜加热灼烧后生成氧化铜，通入氢气生成铜和水。
15．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，我国的钛铁矿储量居世界首位。用含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)，涉及到的步骤为
―→
反应TiCl4＋2Mg===2MgCl2＋Ti在Ar气氛中进行的理由是__________________________。
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
解析 (1)分析框图知，铁最终转化成副产品绿矾，所以要将Fe3＋转化为Fe2＋；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)反应后Ti和Mg易与空气中O2、N2等反应，故应在Ar气氛中进行。
第2课时 海水资源的开发利用
一、海水水资源的利用
1．海水水资源的特点
(1)表面积大：约占地球表面积的71%。
(2)储水量大：约占地球总水量的97%。
(3)成分复杂：除水外，还含有多种常量元素、微量元素。
2．海水水资源的利用方法
3．海水的蒸馏
(1)主要仪器：A：蒸馏烧瓶；B：直形冷凝管；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液体暴沸。
(1)蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但耗能大、成本较高，是目前海水淡化的主要方法。
(2)海水淡化与化工生产结合、与能源技术结合，成为海水综合利用的重要方向。如：将发电厂等企业的工业余热用于海水淡化是一种经济合理的途径。
1．(2019·厦门期末)海水淡化是海岛地区获得淡水的重要手段，海水淡化是指除去海水中的盐分以获得淡水的工艺过程，其方法较多，如电渗析法、离子交换法等。下列方法中也可以用来进行海水淡化的是( )
A．过滤法 B．蒸馏法 C．分液法 D．萃取法
答案 B
解析 通过过滤不能把海水中的氯化钠等物质除去，不能使海水淡化；利用分液法不能把海水中的氯化钠等物质除去，不能使海水淡化；通过萃取也不能使海水淡化。
2．地球上的大部分水是以海水形式存在的，若能找到海水淡化的大规模生产方法，将极大地缓解目前人类面临的水资源日益紧缺的状况。下列有关海水淡化的方法在原理上完全不可行的是( )
A．加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化
B．利用太阳能使海水蒸馏淡化
C．将海水缓慢凝固以获取淡化的饮用水
D．将海水通过离子交换树脂，以除去所含离子
答案 A
解析 明矾不能使海水中的Na＋、Mg2＋、K＋等离子沉淀，加入明矾不能使海水淡化。
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三种海水淡化方法的原理
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
在外加直流电场的作用下，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离子、阳离子，得到去离子水
二、海水化学资源的开发利用
1．海水化学资源的特点
(1)多样性：海水中溶解和悬浮着大量的有机物和无机物，总计含有80多种元素。
(2)分散性：海水中含有元素的种类多、总储量很大，但许多元素的富集程度很低。
2．海水制盐
(1)主要方法
①从海水中提取食盐的方法是盐田法(又叫滩晒法)，其原理是把海水引到盐滩上，利用日光和风力使水分蒸发，得到食盐。
②盐田法历史最悠久，而且也是最简便和经济有效的方法，现在还在广泛采用。
(2)食盐用途
①氯碱工业：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
②制钠和氯气：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
③制盐酸：H2＋Cl22HCl。
④制漂白液：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。
制漂白粉：
2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。
3．从海水中提取溴
工业规模提取溴的常用方法是空气吹出法，工艺过程为：
(1)浓缩：海水晒盐和海水淡化过程中的副产物Br－得到浓缩。
(2)氧化：向酸化的浓缩海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质，化学方程式为2NaBr＋Cl2===2NaCl＋Br2。
(3)富集：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溶液的吸收塔内以达到富集的目的，化学方程式为Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。
(4)提取：向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气，化学方程式为2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2。
知识拓展 空气吹出法进行海水提取溴时，常用纯碱溶液代替二氧化硫溶液来吸收单质溴：
3Br2＋3Na2CO3===NaBrO3＋5NaBr＋3CO2↑；
然后用硫酸酸化，即可得到产品溴：
NaBrO3＋5NaBr＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O。
1．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_________________________________。
(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__________________________。
答案 (1)2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－
(2)SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr
(3)ABC (4)溴不能完全蒸出，产率低
解析 (1)(2)(3)问相对简单，读懂流程图，可以写出2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2、Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4；只从理论上考虑，NaOH具有强碱性，能吸收Br2，Fe2＋、SO具有强还原性也能吸收Br2，但Br2在水中的溶解度较小，不能被充分吸收。(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。
4．从海带中提取碘
(1)原理：海带中的碘元素以碘离子的形式存在，提取时用氧化剂(H2O2)将其氧化成单质碘(I2)，再用有机溶剂将其萃取出来。反应的离子方程式为
2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O。
(2)流程：
(3)注意事项：海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘元素；海带要用干的，因为湿的海带不易燃烧。
2．海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素，碘元素以离子的形式存在。从海藻中提取碘的实验流程如图所示：
(1)指出提取碘的过程中有关的实验操作名称：①______；写出过程②中有关反应的离子方程式：___________________________________________________________________。
(2)提取碘的过程中可选用的有机试剂为________(填字母)。
A．酒精、四氯化碳 B．四氯化碳、苯
C．汽油、醋酸 D．汽油、甘油
(3)为使海藻灰中碘离子转化为碘的有机溶液，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、物品，尚缺少的玻璃仪器是________________。
答案 (1)过滤 2I－＋Cl2===2Cl－＋I2 (2)B
(3)漏斗、分液漏斗
5．从海水中提取镁
(1)工艺流程：
(2)相关反应方程式
①分解贝壳制取氢氧化钙：
CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋H2O===Ca(OH)2；
②沉淀镁离子：
Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓；
③制备氯化镁：
Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O；
④制取金属镁：
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。
特别提示
由MgCl2·6H2O加热制取无水MgCl2时，要不断通入干燥的HCl气体，防止MgCl2水解生成Mg(OH)2。
3．海水提镁的主要流程如下：
下列说法正确的是( )
①试剂M是盐酸 ②流程中的反应全部都是非氧化还原反应 ③操作b只是过滤 ④用海水晒盐后的饱和溶液加石灰乳制Mg(OH)2 ⑤电解熔融MgCl2比电解熔融的MgO制金属镁更节约能量
A．①②③④⑤ B．②③ C．④⑤ D．①④⑤
答案 D
解析 电解无水氯化镁的反应属于氧化还原反应，因此②是错误的。③操作b应是蒸发、结晶、过滤，因此③是错误的。
1．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．利用潮汐发电是将化学能转化为电能
B．海水蒸发制海盐的过程中发生了化学变化
C．从海水中可以得到MgCl2，电解熔融MgCl2可制备Mg
D．海水中含有溴元素，只需经过物理变化就可以得到溴单质
答案 C
解析 A项，潮汐发电是将潮汐能转化为电能；B项，海水蒸发制海盐过程中只有物理变化；D项，海水中溴元素以溴离子(Br－)形式存在，要得到单质溴必须发生化学变化才能实现。
2．海洋中蕴藏着巨大的化学资源，下列有关海水综合利用的说法正确的是( )
A．蒸发海水可以生产单质碘
B．蒸馏海水可以得到淡水
C．电解海水可以得到单质镁
D．电解海水可以制得金属钠
答案 B
解析 A项，海水中的碘元素以I－的形式存在，可以加氧化剂将I－氧化为I2，最后再萃取、蒸馏即可得到碘单质，错误；B项，利用蒸馏法使水变为水蒸气，然后通过冷凝得到蒸馏水，能使海水淡化，正确；C项，电解熔融MgCl2可以获得金属Mg，电解海水得不到金属Mg，错误；D项，电解熔融NaCl可以获得金属Na，电解海水得不到金属Na，错误。
3．从淡化海水中提取溴的流程如下：
下列有关说法不正确的是( )
A．X试剂可用Na2SO3饱和溶液
B．步骤Ⅲ的离子反应：2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2
C．工业上每获得1 mol Br2，需要消耗Cl2 44.8 L
D．步骤Ⅳ包含萃取、分液和蒸馏
答案 C
解析 Na2SO3＋Br2＋H2O===Na2SO4＋2HBr，A正确；步骤Ⅲ利用氯元素的非金属性比溴元素强，可以利用置换反应制取Br2，B正确；反应Ⅰ和反应Ⅲ均使用到
Cl2，故制取1 mol Br2消耗2 mol氯气，但未标明氯气所处的温度和压强，无法计算消耗氯气的体积，C错误；从浓溴水中提取溴，可利用有机溶剂(如苯)萃取溴，然后分液得到溴的有机溶液，再经蒸馏可得到纯净的溴，D正确。
4．某同学设计了从海水中提取镁单质的四种方法，从化学原理和经济效益角度分析，最可行的是( )
A．海水Mg(OH)2Mg
B．海水MgCl2Mg
C．海水Mg(OH)2MgOMg
D．海水Mg(OH)2MgCl2Mg
答案 D
解析 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；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；MgO熔点很高，故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。
题组一 海水水资源的利用
1．下列叙述不正确的是( )
A．地球上99%的溴元素以溴单质形式存在于海洋中
B．在每升海水中含量低于1 mg的元素称为海水中的微量元素
C．海水是锂元素的一个重要来源
D．世界上生产的镁大部分来自海水
答案 A
解析 地球上99%的溴元素以溴离子形式(不是以溴单质形式)存在于海洋中。
2．下列海洋资源中，属于可再生资源的是( )
A．海洋潮汐能
B．海底多金属结核矿
C．海滨砂矿
D．海水化学资源
答案 A
解析 海洋潮汐能是可再生资源，金属结核矿、砂矿、海水化学资源属于不可再生资源。
3．下列哪种方法不能实现海水的淡化( )
A．蒸馏法 B．电渗析法
C．离子交换法 D．电解法
答案 D
解析 蒸馏法、电渗析法和离子交换法都能除去海水中的盐分，使海水淡化，电解法不能除去海水中的盐分，或转化为其他物质，不能使海水淡化。
题组二 溴、碘、镁的提取
4．目前从海水中提取的溴约占世界溴年产量的三分之一，从海水中提取溴的主要步骤可表示为( )
A．氧化→吸收→吹出 B．氧化→吹出→吸收
C．吹出→氧化→吸收 D．吹出→吸收→氧化
答案 B
解析 从海水中提取溴，先用氧化剂将溴离子氧化为溴单质，再用热空气吹出后用碱液吸收。
5．医生建议因缺少某种元素而患甲状腺肿大的病人应多食海带，这是由于海带含有较丰富的( )
A．碘元素 B．铁元素
C．钾元素 D．锌元素
答案 A
解析 甲状腺肿大患者缺少元素碘，海带中含有较丰富的碘元素。
6．从海带中提取碘的实验过程中，涉及到下列操作，其中正确的是( )
答案 D
解析 物质的灼烧应该选用耐高温的坩埚，A错；过滤操作时，向漏斗中加液体要用玻璃棒引流，B错；碘的苯溶液在上层，应由分液漏斗的上口倒出，C错；液液分离可以用蒸馏法，D对。
7．海水中含有氯化镁，是镁的重要来源之一。下列从海水中提取镁涉及的化学方程式中，不正确的是( )
A．制石灰乳：CaO＋H2O===Ca(OH)2
B．制Mg(OH)2：MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2
C．制MgCl2：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
D．在MgCl2溶液中加Na制Mg：MgCl2＋2Na===2NaCl＋Mg
答案 D
解析 钠是活泼金属，在水溶液中和水剧烈反应生成氢氧化钠和氢气，氢氧化钠和氯化镁反应生成氢氧化镁沉淀，得不到金属镁，金属镁常用电解熔融氯化镁来制取。
题组三 海水资源的开发利用
8．下列不属于海水化学资源利用的是( )
A．海水淡化 B．海水提盐
C．海水提溴 D．海水提碘
答案 A
解析 海水淡化是海水水资源的利用，而海水提盐、海水提溴、海水提碘等均是海水化学资源的利用，A项符合题意。
9．下列物质不经过化学变化就能从海水中获得的是( )
A．单质溴 B．单质镁
C．烧碱 D．食盐
答案 D
解析 根据从海水制备物质的原理可知，氯化钠含量比较高，可利用蒸发原理得到，金属单质与非金属单质需要利用化学反应来制取。
10．海水资源的利用具有非常广阔的前景。下列关于海水资源利用的说法中不正确的是( )
A．电解法分解海水，制取洁净的热能资源氢气
B．采用太阳光照射法晒制工业用食盐
C．针对能源现状，大力开发潮汐能和波浪能
D．铀是海水中的微量元素，但核工业的铀主要从海水中提取
答案 A
解析 电解法分解海水制取氢气，消耗大量的电能，经济效益差，发展前景不乐观。
11．(2019·太原高一检测)海水总量极大，金、铀等微量元素在海水中的总量自然也大，但从海水中获取这些微量元素的成本很高。其中成本最高的步骤在于( )
A．从海水中富集含微量元素的化合物
B．使含微量元素的离子沉淀
C．对含微量元素的混合物进行提纯
D．从化合物中冶炼这些单质
答案 A
解析 由于金、铀等微量元素在海水中的含量很低，所以成本最高的步骤在于从海水中富集含微量元素的化合物。
12．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
答案 B
解析 实验室中的“蒸发”操作是利用水受热易挥发，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相似的。
13．海带是海洋中的一种褐藻，海带中含有丰富的碘，是人类经常食用的一种补碘食物。某资料中有“海带中碘的检验”的选做实验，操作步骤如下：
①取3 g左右干海带，除去表面杂质，剪碎，用酒精润湿，放在坩埚中灼烧成灰，冷却；
②将海带灰转移到小烧杯中加蒸馏水，搅拌，煮沸2～3 min，使可溶物质溶解，过滤；
③向滤液中滴入几滴硫酸，再加入约1 mL 过氧化氢溶液，观察现象；
④取少量上述所得溶液，滴加几滴淀粉溶液，观察现象；
⑤向③剩余的滤液中加入1 mL 四氯化碳，振荡静置，观察现象；
⑥向加有四氯化碳的溶液中加入氢氧化钠溶液，充分振荡后，将混合液的下层液体放入指定的容器中。
请回答下列问题：
(1)海带中碘元素是________(填“碘离子”“碘单质”或“碘酸盐”)，步骤①中除去海带表面的杂质一般用刷子刷净，不用水清洗，原因是____________________________________。
(2)可说明海带中含有碘的现象有________________________________________。
(3)操作⑤叫做________，操作⑥的目的是_______________________________。
答案 (1)碘离子 防止碘元素的损失
(2)步骤④中加入淀粉溶液后变蓝，步骤⑤中下层液体呈紫红色 (3)萃取 回收四氯化碳
解析 海带中碘元素以碘离子的形式存在，且易溶于水，为防止碘元素的损失，除去海带表面的杂质一般用刷子刷净，不用水清洗；实验中步骤④中加入淀粉溶液后变蓝；步骤⑤中下层液体呈紫红色可以说明海带中含有碘。操作⑤是萃取碘水中的碘，操作⑥是为了回收四氯化碳。
14．(2019·重庆高一下学期期末)海水是巨大的资源宝库，可以进行综合利用。从海水中提取淡水、食盐和溴的过程如下：
(1)步骤Ⅰ获得Br2的化学反应的离子方程式为_________________________________。
(2)步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，使溴蒸气转化为氢溴酸以达到富集的目的，其反应的化学方程式为_____________________________________________________________。
在该反应中，氧化剂是______(填化学式)；若反应中生成2 mol HBr，则消耗_____ mol SO2。
(3)根据上述反应可判断出SO2、Cl2、Br2三种物质氧化性由强到弱的顺序是___________。
答案 (1)Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2
(2)Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr Br2 1
(3)Cl2>Br2>SO2
解析 海水淡化可得到NaCl，电解熔融的NaCl可得到Na和Cl2，利用生成的Cl2氧化浓缩海水中的Br－得到Br2，发生的离子反应为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，然后通入空气吹出Br2，再用SO2水溶液吸收Br2，发生反应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，蒸馏即可得到Br2。通过上述过程中的反应可判断出三种物质的氧化性由强到弱的顺序为Cl2>Br2>SO2。
15．已知海水提取镁的主要步骤如下：
(1)关于加入试剂①作沉淀剂，有以下几种不同方法，请完成下列问题。
方法
是否正确
简述理由
方法1：直接往海水中加入沉淀剂
不正确
a
方法2：高温加热蒸发海水后，再加入沉淀剂
b
c
你认为最合理的其他方法是 d
a.________________________________________________________________________；
b．________________________________________________________________________；
c．________________________________________________________________________；
d．________________________________________________________________________。
(2)框图中加入的试剂①应该是________(填化学式)；加入的试剂②是________(填化学式)；工业上由无水MgCl2制取镁的化学方程式为________________________________________。
答案 (1)a.海水中镁离子浓度较小，沉淀剂用量大，不经济 b．不正确 c．能源消耗大，不经济 d．海滩晒盐后得到的苦卤中，加入沉淀剂
(2)Ca(OH)2 HCl
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
解析 本题考查的是从海水中提取镁的流程。试剂①应是石灰乳，发生的反应是MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2；试剂②应是盐酸，反应是Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O，然后浓缩、结晶、脱水得无水MgCl2，再电解熔融的MgCl2便可制得Mg：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。
