1 第一节 第1课时 金属矿物、海水资源的开发利用-【金版新学案】2024-2025学年高中化学必修第二册同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019 双选）

第一节　自然资源的开发利用 第1课时　金属矿物、海水资源的开发利用 [学习目标]　1.了解金属在自然界中的存在形式，理解金属冶炼的一般原理，掌握活泼性不同的金属冶炼的一般方法。　2.了解海水的主要组成元素，了解海水资源及开发利用的主要方式。 任务一　金属矿物的开发利用 1．金属元素在自然界中的存在形态 2．金属的冶炼 (1)概念：将金属矿物中的金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼。 (2)原理：利用氧化还原反应原理，在一定条件下，使金属离子得到电子被还原成金属原子，从而获得金属单质。即Mn＋＋ne－===M。 3．金属冶炼方法 热分解法 分解HgO 2HgO2Hg＋O2↑ 电解 法 冶炼钠 2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑ 冶炼镁 MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑ 冶炼铝 2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑ 热还 原法 高炉炼铁 Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2 铝热法 炼铁 2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3 其他 方法 湿法炼铜 Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu 火法炼铜 Cu2S＋O22Cu＋SO2 [交流研讨1]　结合下列表格物质的熔、沸点数据分析，为什么冶炼镁时，选择MgCl2而不是MgO？为什么冶炼铝时，选择Al2O3而不是AlCl3? 物质 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3 熔点/℃ 2 852 2 054 714 190（以分子形式存在） 沸点/℃ 3 600 2 980 1 412 180 提示：从表中可以发现，MgO熔点高，耗能多；AlCl3的沸点比熔点低，易升华，是共价化合物，熔融状态下不导电。 金属活泼性与冶炼方法的关系 　　 学生用书第114页 4.铝热反应 (1)概念：铝与某些难熔金属氧化物（如Fe2O3、Cr2O3、MnO2等）在高温条件下发生的置换反应称为铝热反应。 (2)实验探究 [反应原理] 以铝和氧化铁反应为例：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3。 [实验操作] [实验现象] ①镁条剧烈燃烧； 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。 铝热反应 1．铝热剂：铝粉和某些难熔金属氧化物（如Fe2O3、Cr2O3、V2O5、MnO2等）的混合物。 2．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（固态）分离。 3．应用：在冶金工业上常用这一原理制取熔点较高的金属，如V、Cr、Mn等；也可用于焊接钢轨等。　　 5．金属矿物资源的开发和利用措施 (1)提高金属矿物的利用率。 (2)开发环保高效的金属冶炼方法。 (3)防止金属的腐蚀。 (4)使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量。 (5)加强废旧金属的回收和再利用。 1．下列关于金属冶炼的说法中错误的是(　　) A．电解法获得镁时，不可在CO2或N2中降温冷却 B．热还原法常用的还原剂有CO、H2、C、Al等 C．金属Na、Mg、Al均能通过电解熔融氯化物的方法获得 D．人类历史上金属被发现的顺序与金属的活泼性有关 答案：C 解析：A．镁与CO2或N2都能反应，因此电解法获得镁时，不可在CO2或N2中降温冷却，故A正确；B.热还原法常用的有CO、H2、C、Al等四种还原剂，故B正确；C．金属Na、Mg均能通过电解熔融氯化物的方法获得，金属Al通过电解熔融氧化铝的方法获得，故C错误；D.人类历史上金属被发现的顺序与金属的活泼性有关，一般越不活泼的金属越早发现，故D正确。综上所述，答案为C。 2．（2024·哈密市期末）下列金属冶炼：①MgCl2→Mg、②MnO2→Mn、③ZnO→Zn、④HgO→Hg、⑤磁铁矿→Fe、⑥NaCl→Na，其中最适宜用热还原法冶炼的有(　　) A．②③⑤ B．③④ C．①②④⑥ D．②③④⑤ 答案：A 解析：金属的冶炼一般有电解法、热还原法、热分解法、物理分离法，金属活动顺序表中的金属冶炼：活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al一般用电解法制得；较不活泼的金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法制得，常用还原剂有（C、CO、H2等）；Hg、Ag用加热分解氧化物的方法制得，Pt、Au用物理分离的方法制得，以此来解答。由分析可知：①MgCl2→Mg、⑥NaCl→Na利用电解法冶炼；②MnO2→Mn、③ZnO→Zn、⑤磁铁矿→Fe均可利用热还原法治炼；④HgO→Hg利用加热分解法；其中最适宜用热还原法冶炼的为②③⑤；故选A。 3.铝热反应常用于焊接钢轨，其焊接速度快，设备简易，适用于野外作业。实验室采用如图装置进行铝热反应，下列说法错误的是(　　) A．该反应的实质是金属的置换反应 B．该反应是放热反应，Fe2O3和铝粉的混合物被称为铝热剂 C．铝单质很活泼，通常表面附着一层致密的氧化铝薄膜 D．铝热反应只能用于冶炼铁、锰、铬等熔点较高的金属 答案：D 解析：A．该反应方程式为2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe，属于置换反应，故A正确；B.该反应是放热反应，Fe2O3和铝粉的混合物被称为铝热剂，故B正确；C．铝单质很活泼，铝的表面和氧气反应生成致密氧化铝薄膜，故C正确；D.铝是活泼金属，利用铝热反应可以冶炼活泼性比铝弱的金属，故D错误；选D。 学生用书第115页 任务二　海水资源的开发利用 1．海水资源的特点 海水中溶解和悬浮着大量的无机物和有机物。海水中含量最多的O、H两种元素，加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11种元素，其总含量超过99%，其他元素为微量。虽然海水中元素的种类很多，总储量很大，但许多元素的富集程度却很低。 2．海水水资源的开发利用 (1)利用途径：海水淡化和直接利用海水进行循环冷却等。 (2)海水淡化：通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有蒸馏法、反渗透法和电渗析法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高。 (3)海水的蒸馏 ①主要仪器：A．直形冷凝管，B.蒸馏烧瓶，C．锥形瓶。 ②冷却水的流向：a口进，b口出。 ③B中加入碎瓷片的目的是防止液体暴沸。 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，除食用外，是生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸等的化工原料。 应用 化学反应方程式 氯碱工业 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 制钠和氯气 2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑ 制盐酸 H2＋Cl22HCl 制漂白液 Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O 制漂白粉 2Cl2＋2Ca(OH)2===Ca(ClO)2＋CaCl2＋2H2O　 (2)海水提溴 海水提溴的方法（吹出法） 工艺 流程 基本 操作 浓缩 海水晒盐和海水淡化的过程中副产物Br－得到浓缩 氧化 向浓缩的海水中通入Cl2，将Br－氧化成Br2 吹出 利用溴的挥发性，通入热空气，吹出溴蒸气 吸收 吹出的溴蒸气用SO2吸收 蒸馏 再用Cl2将HBr氧化得到溴后蒸馏分离 氧化、吸收环节主要的离子方程式： Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－（氧化）； SO2＋Br2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－（吸收）。 学生用书第116页 [交流研讨1]　有人说通入氯气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？ 提示：不合理，直接萃取单质溴不仅需要大量的萃取剂，还会造成一部分溴流失，使成本增加。 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。 [交流研讨2]　下图为海水提镁的工艺流程，写出下列步骤中的化学（或离子）方程式。 ①分解贝壳（主要成分是CaCO3）、制备Ca(OH)2： ________________________________________________________________________、 ________________________________________________________________________。 ②沉淀Mg2+：_______________________________________________（离子方程式）。 ③制备MgCl2：__________________________________________________________。 ④制取Mg：___________________________________________________________。 提示：①CaCO3CaO＋CO2↑ CaO＋H2O===Ca(OH)2 ②Mg2+＋2OH－===Mg(OH)2↓ ③Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O　 ④MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑ [交流研讨3]　从海带中提取碘单质，相关实验步骤如下： ①灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却； ②在滤液中滴加稀H2SO4及适当的氧化剂，然后加入几滴某溶液； ③用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中； ④海带灰转移到小烧杯中，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤。 (1)合理的步骤顺序是　　　　　　（填序号）。 (2)适当的氧化剂是　　　　，反应的离子方程式是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)证明含碘的操作及现象是________________________________________________ ________________________________________________________________________。 提示：(1)③①④②　(2)H2O2　2I－＋2H＋＋H2O2===I2＋2H2O　(3)取步骤②后的溶液于试管中，滴入淀粉溶液，溶液变蓝 1．下列叙述不正确的是(　　) A．蒸馏完毕后，应先停止加热，待装置冷却后，停止通水，再拆卸蒸馏装置 B．蒸馏时的接收装置如图 C．冷却水应该从冷凝管的下口进水上口出水 D．做蒸馏实验时，在蒸馏烧瓶中应加入沸石，以防暴沸，如果在沸腾前发现忘记加沸石，应立即停止加热，冷却后补加 答案：B 2．海水综合利用符合可持续发展的原则，其联合工业体系（部分）如图所示，其中溴的提取经历了氧化、吹出、吸收、氧化等过程，下列说法中不正确的是(　　) A．①工业上采用电解熔融氯化镁的方法冶炼镁 B．②海水淡化主要有蒸馏法、电渗析法和反渗透法 C．③海水提溴工艺中，生产1 mol Br2共消耗标准状况下22.4 L Cl2 D．④的主要产品之一与石灰乳反应充分，并使Ca(ClO)2成为主要成分可得到漂粉精 答案：C　 解析：A．由题图可知，过程①为工业上采用电解熔融氯化镁的方法冶炼镁的过程，故A正确；B.由题图可知，过程②为海水淡化的过程，海水淡化主要有蒸馏法、电渗析法和反渗透法等，故B正确；C．溴的提取经历了氧化、吹出、吸收、氧化等过程，即经历两次氧化过程，因此生产1 mol Br2共消耗标准状况下的Cl2体积为44.8 L，故C错误；D.由题图可知，过程④电解饱和食盐水得到氢氧化钠、氯气和氢气，反应制得的氯气与石灰乳充分反应得到主要成分为次氯酸钙的漂粉精，故D正确；故选C。 3．（2024·遂宁市期末）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(　　) 学生用书第117页 A．海水提镁时，向海水中加入氢氧化钙，然后过滤得到氢氧化镁，再灼烧得MgO，电解熔融的MgO就可以得单质Mg B．利用海水制盐，制得的NaCl溶于水，然后电解可以生产金属钠、氯气等化工产品 C．海水提溴时，向海水中通入氯气，然后加入CCl4萃取、分液蒸馏就可以得到 D．海带提碘时，需先将海带在坩埚中灼烧，然后用水溶解，过滤，然后再进行其他操作 答案：D 解析：A．电解熔融MgO时需要耗费大量的能量，生产成本较大，因此通常将氢氧化镁转化为氯化镁，再电解氯化镁制取单质镁，A错误；B.电解氯化钠的水溶液无法得到金属钠和氯气等化工产品，B错误；C．氯气和溴离子反应生成溴，溴易挥发，二氧化硫和溴发生氧化还原反应生成HBr，氯气与HBr反应生成溴，最后通过萃取、分液、蒸馏得到溴单质，C错误；D.海带提碘时，需先将海带在坩埚中灼烧，然后用水溶解，过滤得到含碘离子的溶液，再进行其他操作，D正确；故答案选D。 1．金属冶炼通常有热分解法、热还原法和电解法。金属汞和铜，冶炼的方法分别为(　　) A．热分解法、电解法 B．热分解法、热还原法 C．电解法、热分解法 D．电解法、热还原法 答案：B 解析：不活泼金属汞可用热分解法制备，铜用热还原法冶炼，B正确。 2．（2024·海南海口高一期末）下列金属冶炼的方程式（未配平）错误的是(　　) A．ZnO＋COZn＋CO2 B．MgO＋AlMg＋Al2O3 C．HgOHg＋O2↑ D．Al2O3（熔融）Al＋O2↑ 答案：B 解析：A．Zn是较活泼的金属，用热还原法冶炼，ZnO＋COZn＋CO2，故A正确；B.Mg比Al活泼，不能用铝热法制取，用电解熔融氯化镁得到，MgCl2Mg＋Cl2↑，故B错误；C．Hg是活泼性弱的金属，用热分解法得到，HgOHg＋O2↑，故C正确；D.Al是活泼金属，用电解熔融氧化铝得到，Al2O3（熔融）Al＋O2↑，故D正确。 3.取一支分液漏斗，向其中加入5 mL CCl4，再加入约15 mL溴水，塞上分液漏斗顶部的塞子，倒转过来充分振荡，然后置于铁架台上静置（如图所示）。下列说法错误的是(　　) A．密度：CCl4>H2O B．溴在液体中的溶解度：CCl4>H2O C．静置一段时间后，打开顶部塞子，下层液体从下口放出，用另一个烧杯，紧接着上层液体也从下口放出 D．该实验表明，溴水中的溴大部分由水层转移到CCl4层中，使溴得以富集 答案：C 解析：A．CCl4在下层，水在上层，则密度：CCl4>H2O，A项正确；B.发生萃取后溴水中的Br2进入CCl4溶液，溴在液体中的溶解度：CCl4>H2O，B项正确；C．静置一段时间后，打开顶部塞子，下层液体从下口放出，用另一个烧杯，上层液体从上口倒出，C项错误；D.萃取后可以看到下层液体变成橙红色，该实验表明，溴水中的溴大部分由水层转移到CCl4层中，使溴得以富集，D项正确。 4．（2023·山东济南高一统考）制造载人飞船和太空舱使用了钛合金，工业上可用如图所示流程制备钛。下列有关说法中，不正确的是(　　) A．步骤①中可以加入石灰乳 B．步骤①→②是为了富集提纯氯化镁 C．步骤③发生的反应属于复分解反应 D．步骤④中生成的氯化镁可以循环利用 答案：C 解析：A．步骤①能与海水中的氯化镁反应生成氢氧化镁沉淀，步骤①可使用石灰乳，石灰乳价格低，成本较低，A正确；B.海水中氯化镁含量较低，步骤①、②的主要目的是将海水或卤水中的氯化镁富集起来，提纯氯化镁，B正确；C．氯化镁在通电条件下生成镁和氯气，为分解反应，C错误；D.步骤④中生成的氯化镁可以在步骤③循环利用，D正确。 5．下列所示物质的制备方法合理的是(　　) A．实验室从海带中提取碘单质工艺流程：取样→灼烧→溶解→过滤→萃取→蒸馏 B．以金红石（主要成分TiO2）为原料生产金属Ti工艺流程：金红石、焦炭TiCl4Ti C．海水提溴工艺流程：Br－Br2 D．由食盐制取漂粉精工艺流程：NaCl(aq)Cl2漂粉精 答案：B 解析：A．海带灰中碘以I－形式存在，需要将其氧化为单质碘，再萃取，故A错误；B.TiO2、C、Cl2反应生成TiCl4，在稀有气体保护下，Mg将TiCl4还原生成Ti，可实现转化，故B正确；C．海水中的溴以Br－形式存在，加入硝酸溶液氧化Br－，会产生氮的氧化物，污染空气，工业上是用氯气与Br－反应得到Br2，故C错误；D.石灰水的浓度太低，应选氯气与石灰乳反应制备漂粉精，故D错误；故答案为B。 学科网（北京）股份有限公司 $$