高中化学人教版（2019）必修第二册 8.1.1金属矿物和海水资源的开发利用（解析版）

第一节　自然资源的开发利用
化学是人类利用自然资源和应对环境问题的重要科学依据。本节我们将以________、________和________的综合利用为例，认识化学的应用价值，了解与此有关的____________问题。
第1课时　金属矿物和海水资源的开发利用
核心微网络
素养新目标
1.了解金属矿物的开发利用原理和基本方法。
2．了解海水资源利用的意义。
3．认识常见海水提取物与社会、生产、生活的关系。
学 业 基 础
[预习新知]
一、金属矿物的开发利用
1．金属在自然界中存在的形态
除了________、________等极少数金属以外，绝大多数金属以________的形式存在于自然界。在这些金属化合物中，金属元素都显________化合价
2．合理开发利用金属资源
金属的冶炼需要消耗大量的________，还会造成________，地球上的金属资源是有限的，是不可再生的，因此金属资源应________________。
3．有效利用金属资源的途径
(1)提高金属的________，减少金属的使用量。
(2)加强金属资源的______________。
(3)使用其他材料代替金属材料。
4．金属冶炼的原理
金属冶炼的实质是根据________，使金属矿物中的金属阳离子________生成金属单质的过程：Mn＋＋ne－===M。
　从金属矿石中提炼金属的步骤
1．矿石的富集；2.冶炼；3.精炼。
5．冶炼方法
三、海水资源的开发利用
1．直接利用：海水进行________。
2．海水淡化：主要方法有____________、____________、________________。
3．海水中的化学资源
海水中H、O两种元素，加上________________等11种元素的总量超过________，其他为微量元素，共计含有80多种。
4．海水制盐
海水粗盐精盐。
5．海带提碘
(1)流程：海带―→灼烧―→____________―→过滤____________―→提纯―→碘单质。
(2)原理：________。
6．海水提溴
(1)过程：浓缩―→________―→________―→提取。
(2)原理：________________。
7．海水提镁
(1)过程：浓缩沉淀―→过滤溶解―→结晶(MgCl2·6H2O)MgCl2晶体金属镁。
(2)原理：①________________。
②Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O。
③MgCl2·6H2OMgCl2＋6H2O。
④_________________。
8．新能源的开发
(1)从海水中提取铀和重水，铀和重水是核能开发的重要原料。
(2)潮汐能、波浪能是待开发的新型能源。
[即学即练]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)黄金的冶炼可用热分解法。(　　)
(2)金属阳离子被还原，一定会得到金属单质。(　　)
(3)工业上电解MgCl2溶液制取Mg。(　　)
(4)海水中含有Br2。(　　)
(5)海带中含有碘，能使淀粉变蓝。(　　)
(6)用SO2溶液吸收溴蒸气，是利用了SO2具有漂白性。(　　)
2．下列金属元素在自然界中可以以游离态形式存在的是(　　)
A．K　　　　　　　　　　B．Na
C．Ca D．Au
3．不同的金属，其冶炼方法也可能不同，主要原因是(　　)
A．金属的活动性不同
B．金属在自然界中的分布不同
C．金属在自然界中的存在形式不同
D．金属在自然界中的含量不同
4．有关金属的冶炼原理下列说法正确的是(　　)
A．肯定发生的是置换反应
B．肯定发生的是分解反应
C．肯定发生的是氧化还原反应
D．只能用金属作还原剂冶炼金属
5．下列方法中，不能实现海水淡化的是(　　)
A．蒸馏法 B．电渗析法
C．过滤法 D．离子交换法
6．下列属于海水化学资源利用的是(　　)
A．海水淡化 B．海水冷却循环
C．海水提溴 D．海水发电
7．下列说法中不正确的是(　　)
A．海洋是一个远未完全开发的巨大化学资源宝库
B．海水中金元素的储存量很大，但它的富集程度却很低
C．从海水中可以提取铀和重水等核原料
D．海水中的溴、氟等元素均为微量元素，但仍有提取的价值
核 心 素 养
目标一　金属的冶炼方法
[例1]　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
[提升1]　下列有关金属的工业制法中，正确的是(　　)
A．制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液
B．制铁：以铁矿石为原料，CO还原得铁
C．制镁：用海水为原料，经一系列过程制得氧化镁固体，H2还原得镁
D．制铝：从铝土矿中获得氧化铝再得到氯化铝固体，电解熔融的氯化铝得到铝
[核心能力]
1．金属的冶炼原理
金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属阳离子得到电子被还原为金属单质的过程，即Mn＋＋ne－===M。
2．金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系
金属的活 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
3.常用的热还原法
　常见热还原法的优缺点
优点 缺点
H2还原法 金属纯度高 工业成本高
CO和C还原法 工业成本低 金属纯度低，尾气中的CO会污染环境
铝热法 可以冶炼高熔点、难以冶炼的金属 工业成本较高
目标二　海水资源的利用
[例2]　如图是人类从海水资源中提取某些重要化工原料的流程示意图：
请回答下列问题：
(1)操作A是____________和过滤(填实验基本操作名称)。
(2)操作B需加入下列试剂中的一种，最合适的是________(选填字母)。
A．氢氧化钠溶液 B．澄清石灰水
C．石灰乳 D．碳酸钠溶液
(3)向苦卤中通入Cl2，发生反应的离子方程式是______________________，用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式为__________________________。
(4)工业上由无水MgCl2制取镁的化学方程式为________________________。
　海水提镁主要反应原理：
CaCO3CaO＋CO2↑
CaO＋H2O===Ca(OH)2
Ca(OH)2＋MgCl2===Mg(OH)2↓＋CaCl2
Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
[提升2]　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)
(1)在实验过程中用到的玻璃仪器有____________________________________。
(2)能证明海带中含有碘的实验操作是________(填序号)，现象是______________________________________。
[核心能力]
1．海水提镁的工艺流程
2．海水提溴的主要流程
3．海带中提取碘的流程
　碘元素的检验方法
a．淀粉遇单质碘变蓝，若是碘离子，通常先加入氯水氧化，再加入淀粉。
b．碘水呈黄色，通常加入有机溶剂四氯化碳或苯后有机层呈紫色。
c．加入硝酸酸化的硝酸银溶液后产生黄色沉淀，则原溶液中含碘离子。
学考评价
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
2．下列反应原理不符合工业实际的是(　　)
A．2Ag2O4Ag＋O2↑
B．4Al＋3MnO23Mn＋2Al2O3
C．2MgO2Mg＋O2↑
D．2CuO＋C2Cu＋CO2↑
3．工业上获得金属镁采用的冶炼方法是(　　)
A．加热分解镁氧化物
B．电解熔融氯化镁
C．高温下发生铝热反应
D．高温下用氢气还原
4．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错误的是(　　)
A．海水中含有溴元素，需经过化学变化才可以得到溴单质
B．无论是海水波浪发电还是潮汐发电，都是将化学能转化为电能
C．从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备金属钠
D．从海水中提取镁可以采用下列方法：海水―→苦卤Mg(OH)2MgCl2溶液―→无水MgCl2―→MgCl2(熔融)Mg
5．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____________。
练后感悟
海水资源开发利用的几点说明
1．注意在海水中钠、镁、溴和碘都以化合态形式存在且含量较低，需要先富集再提取，提取过程中要通过发生氧化还原反应获得它们的单质。
2．提取海水中NaCl、镁、溴、碘的过程中要用到结晶、过滤、萃取和分液等实验操作，要注意这些操作的使用条件和操作方法的规范性。
3．海水中铀和重水的提取，潮汐能、波浪能的开发对于新能源的开发具有重要意义。
4．海水资源的利用将走综合开发的道路，一次提取海水，同时提取多种物质。
第八章　化学与可持续发展
第一节　自然资源的开发利用
金属矿物　海水资源　化石燃料　环境与发展
第1课时　金属矿物和海水资源的开发利用
学 业 基 础
[预习新知]
金　铂　化合物　正　资源和能源　环境污染
合理地开发利用　利用率　回收和再利用　氧化还原反应　得到电子　2HgO2Hg＋O2↑　2Ag2O4Ag＋O2↑　2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑　MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑　2Al2O34Al＋3O2↑　3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2　2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe　循环冷却　蒸馏法　电渗析法　离子交换法　Cl、Na、K、Ca、Mg、S、C、F、B、Br、Sr
99%　浸泡　氧化　2I－＋Cl2===I2＋2Cl－　氧化　富集　2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－　CaO　盐酸　脱水
电解　Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓　MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
[即学即练]
1．答案：(1)×　(2)×　(3)×　(4)×　(5)×　(6)×
2．答案：D
3．答案：A
4．答案：C
5．答案：C
6．答案：C
7．解析：海洋是一个远未完全开发的巨大化学资源宝库；海水中金元素的总储量约为5×107 t，但1 t海水中的含量仅为4×10－6 g，故它的富集程度很低；可从海水中提取铀和重水等核原料，故A、B、C项正确；海水中的溴、氟元素为常量元素，D项错误。
答案：D
核 心 素 养
[例1]　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。
答案：B
[提升1]　解析：电解法制取金属钠时，需要电解熔融的NaCl，而不是其溶液，A项错误；镁的还原性很强，不能用热还原法来制取，而应用电解熔融氯化镁的方法，C项错误；熔融的氯化铝不导电，故不能电解其熔融物制取金属铝，而应电解熔融的氧化铝，D项错误。
答案：B
[例2]　解析：(1)食盐的溶解度受温度变化影响较小，可以通过蒸发结晶的方法得到氯化钠。(2)工业制镁：把海边的贝壳制成生石灰，在海水中加入生石灰制得石灰乳，在引入的海水中加入石灰乳制得Mg(OH)2，这样原料的成本低，且能将镁离子全部沉淀下来，所以最合适的是石灰乳。(3)氯气氧化溴离子得到单质溴，离子方程式为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－；用SO2水溶液吸收Br2的离子方程式为Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－。(4)工业上由无水MgCl2制取镁的化学方程式为MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。
答案：(1)蒸发结晶　(2)C
(3)Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－　Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－
(4)MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
[提升2]　答案：(1)烧杯、玻璃棒、漏斗、酒精灯　(2)④　滴入淀粉溶液后变蓝
学考评价
1．解析：Na、Mg、Al的冶炼方法为电解法；Zn、Fe、Cu的冶炼方法为化学还原剂还原法。
答案：C
2．解析：根据金属的活动性和特点，这四种金属选用的冶炼方法看似都正确，但是工业上冶炼镁时，并不是电解熔融的氧化镁，而是电解熔融的氯化镁。因为氧化镁的熔点很高，与电解熔融的氯化镁相比会消耗更多的能量。
答案：C
3．解析：由于金属镁的活泼性较强，因此工业上一般采用电解熔融氯化镁制备金属镁。
答案：B
4．解析：海水中的溴元素以离子形式存在，需要通过化学反应来转化成溴单质，A项正确；在波浪发电和潮汐发电过程中机械能转化为电能，而不是化学能转化为电能，B项错误；从海水中可以得到NaCl固体，电解熔融NaCl可制备金属钠，C项正确；依据海水提取镁的原理分析，卤水中加入氢氧化钙以沉淀镁离子，生成氢氧化镁，过滤后加盐酸溶解、蒸发浓缩、冷却结晶析出晶体，然后得到氯化镁固体，电解熔融氯化镁得到金属镁，该方法合理，D项正确。
答案：B
5．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。
答案：(1)Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2
(2)Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr　Br2　1
(3)Cl2＞Br2＞SO2