第一節(jié)　自然資源的開發(fā)利用第1課時　金屬礦物的開發(fā)利用　海水資源的開發(fā)利用 新課程標準學(xué)業(yè)質(zhì)量目標1.了解金屬在自然界中的存在形式,掌握金屬冶煉的方法和原理。2.以海水、金屬礦物的開發(fā)利用為例,了解依據(jù)物質(zhì)性質(zhì)及其變化綜合利用資源和能源的方法。3.能從化學(xué)的角度分析從資源到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化途徑,能對資源的開發(fā)利用和能源的使用方案進行評價;辯證地看待資源使用的利弊及其對環(huán)境和社會的影響。合格性考試1.能根據(jù)金屬冶煉和海水資源的綜合利用,說明化學(xué)對人類文明的偉大貢獻,主動關(guān)心與資源開發(fā)等有關(guān)的社會熱點問題。(科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任——水平1)2.能運用所學(xué)知識分析和探討金屬冶煉和海水資源的綜合利用過程對人類健康、社會可持續(xù)發(fā)展可能帶來的雙重影響,并對這些影響從多個方面進行評估。(科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任——水平2)等級性考試　能依據(jù)實際條件并運用所學(xué)的化學(xué)知識和方法解決金屬冶煉和海水資源的綜合利用中簡單的化學(xué)問題;在實踐中逐步形成節(jié)約成本、循環(huán)利用、保護環(huán)境等觀念。(科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任——水平4)　　　　　　　　　　　　必備知識·自主學(xué)習(xí)答案P171一、金屬礦物的開發(fā)利用1.金屬在自然界中的存在形態(tài)2.金屬冶煉原理將金屬從其化合物中　　　出來,用于生產(chǎn)各種金屬材料的過程。 3.金屬的冶煉方法書寫有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式:4.金屬礦物資源開發(fā)和利用的主要措施(1)提高金屬礦物的　　　　　; (2)開發(fā)　　　　　　的金屬冶煉方法; (3)防止金屬的　　　; (4)使用其他材料代替金屬材料,減少金屬的使用量;(5)加強廢舊金屬的　　　和　　　　　。 　(1)(情境思考)當鐵軌有縫隙時,維修工人常將鋁粉與氧化鐵的混合物點燃,讓熔融的鐵水流入鐵軌的縫隙,冷卻后就將鐵軌牢牢地黏在一起。你知道其工作原理嗎? (2)所有金屬單質(zhì)必須通過化學(xué)反應(yīng)才能獲得嗎?  (3)(知識關(guān)聯(lián))從氧化還原反應(yīng)的角度分析,金屬冶煉的實質(zhì)是什么? 二、海水資源的開發(fā)利用1.海水中的水資源(1)儲量:海水中水的儲量約占地球上總水量的　。 (2)海水中水資源的利用2.海水中的化學(xué)資源(1)海水中化學(xué)資源的特點多樣性常量元素:除H、O外,還有　　　　　　　　　　　　　　　、Ca、S、C、F、B、Br、Sr 11種元素;微量元素(<1%) 分散性雖然海水中元素種類很多,總儲量　　　,但許多元素的富集程度卻　　　  (2)海水化學(xué)資源的開發(fā)利用①海水制鹽把海水引到鹽灘上,利用日光和風(fēng)力使水分蒸發(fā),得到食鹽。食鹽除供食用外,還作為化工原料用于生產(chǎn)　、 　　　、鈉、氯氣、　　　等; ②制取其他化工產(chǎn)品從海水中制取　　　　　　　　及其他化工產(chǎn)品。 ③海水淡化與化工生產(chǎn)結(jié)合、與能源技術(shù)結(jié)合,成為海水綜合利用的重要方向。如圖為海水綜合利用的示意圖。3.從海水中獲取能量(1)從海水中提取鈾和重水,用于　　　開發(fā)。 (2)開發(fā)　　　　　、　　　　　等新型能源。 　(1)用海水蒸餾法制取淡水有哪些優(yōu)缺點? (2)海水制鹽屬于物理變化,還是化學(xué)變化?  (3)(教材二次開發(fā))教材P101【思考與討論】中海水提溴的過程中,哪幾個過程發(fā)生了氧化還原反應(yīng)?    　　　　　　　　　　　　關(guān)鍵能力·合作學(xué)習(xí)答案解析P172　知識點一　金屬冶煉 1.金屬的冶煉方法與金屬活動性的關(guān)系2.金屬冶煉的三個步驟及目的步驟目　的礦石富集除去雜質(zhì)、提高礦石中有效成分的含量冶煉用適當還原劑把礦石中的化合態(tài)金屬還原,得到粗金屬單質(zhì)精煉加入試劑除雜或電解精煉,得到純金屬 3.鋁熱反應(yīng)實驗原理Al作還原劑,金屬氧化物作氧化劑,用鋁將氧化物中的金屬置換出來實驗操作實驗現(xiàn)象a.鎂條劇烈燃燒;b.氧化鐵粉末和鋁粉發(fā)生劇烈的反應(yīng);c.反應(yīng)放出大量的熱,并發(fā)出耀眼的白光;d.紙漏斗的下部被燒穿,有熔融物落入沙中實驗結(jié)論在高溫下,鋁與Fe2O3發(fā)生反應(yīng),放出大量的熱 4.Fe、Cu、Mg常見的冶煉原理(1)Fe:高爐煉鐵:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2鋁熱法煉鐵:Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3(2)Cu:熱還原法煉銅:2CuO+C2Cu+CO2↑火法煉銅:Cu2S+O22Cu+SO2濕法煉銅:Fe+CuSO4FeSO4+Cu(3)Mg:熱還原法煉鎂:MgO+CMg+CO↑電解法煉鎂:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑　(1)(思維升華)為什么冶煉鎂時不能選用MgO,而選用MgCl2? (2)(情境應(yīng)用)如圖是我國古代和現(xiàn)代冶金的兩張圖片,那么人類使用金屬的年代先后順序與金屬的活動性有什么關(guān)系? 【典例】(雙選)(2020·陽泉高一檢測)有關(guān)金屬的冶煉原理,下列說法正確的是 (　　)A.肯定發(fā)生的是置換反應(yīng)B.肯定發(fā)生的不是復(fù)分解反應(yīng)C.肯定發(fā)生的是氧化還原反應(yīng)D.只能用金屬作還原劑冶煉金屬　下表中金屬的冶煉原理與方法不完全正確的是 (　　)選項冶煉原理方法A2HgO2Hg+O2↑熱分解法B2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑電解法CCu2S+O22Cu+SO2熱分解法DFe2O3+2Al2Fe+Al2O3熱還原法 知識點二　海水提溴工藝 1.工藝流程2.主要過程1.(思維升華)上述轉(zhuǎn)化過程中,步驟①、③中均發(fā)生反應(yīng):Cl2+2Br-Br2+2Cl-,設(shè)計這兩步操作的目的是什么?   2.(教材二次開發(fā))有人說步驟①通入氯氣氧化后直接用有機溶劑萃取出溴即可,你認為其建議是否合理?  3.利用空氣吹出法提取溴是利用了溴的什么性質(zhì)?   【典例】海水中溴元素以Br-形式存在,工業(yè)上用空氣吹出法從海水中提取溴的工藝流程如圖所示:(1)步驟①反應(yīng)的離子方程式是　。 (2)步驟③反應(yīng)的化學(xué)方程式是　。 (3)從理論上考慮,下列物質(zhì)也能充分吸收Br2的是　　　　(填字母)。 A.NaOH　　B.FeCl2　　C.Na2SO3　　D.H2O(4)步驟⑤蒸餾過程中,溫度應(yīng)控制在80~90 ℃。溫度過高或過低都不利于生產(chǎn),若溫度過高,大量水蒸氣隨溴排出,溴蒸氣中水分增加;若溫度過低,則　　　　　　　　　。 　【母題追問】(1)在步驟①③④中溴元素均被氧化? (2)CCl4不溶于水且密度大于水,Br2極易溶于CCl4,如何用CCl4將溴水混合物Ⅱ中的溴分離出來?　海洋約占地球表面積的71%,具有十分豐富的資源。海洋資源包括:①海洋生物資源(圖1);②海底礦產(chǎn)資源(包括石油、天然氣等,圖2);③海洋能源,包括潮汐能、波浪能、海水溫差能、海流能及鹽度差能等。它們是 “再生性能源”,永遠不會枯竭,也不會造成環(huán)境污染(圖3)。 問題1. 海水總量極大,金、鈾等微量元素在海水中的總量自然也大,但從海水中獲取這些微量元素的成本很高。試分析其原因。 問題2.從海帶中提取碘的流程圖如下:海帶海帶灰濾液含I2溶液I2的CCl4溶液單質(zhì)I2①灼燒時,應(yīng)在什么儀器中進行?  ②氯氣、雙氧水在酸性條件下是否都能將碘離子(I-)氧化成單質(zhì)碘(I2)?若能,寫出反應(yīng)的離子方程式。  ③如何檢驗通入氯氣后所得溶液含有I2?  三言兩語話重點1.金屬冶煉的實質(zhì)是金屬化合物中的金屬陽離子得到電子被還原為金屬單質(zhì)。2.常見金屬的冶煉方法:(1)K、Ca、Na、Mg、Al電解法。(2)Zn~Cu熱還原法。(3)Hg、Ag熱分解法。3.海水淡化的主要方法有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。4.海水提溴的工藝流程:海水Br2溴蒸氣HBrBr2液溴。 　　　　　　　　　　　　課堂檢測·素養(yǎng)達標答案解析P1721.(原創(chuàng))金屬使用的發(fā)展歷程如下:由此得出的下列結(jié)論中正確的是 (　　)A.金屬越活潑被發(fā)現(xiàn)越早B.金屬發(fā)現(xiàn)的早晚與其在地殼中的含量有關(guān)C.金屬的化合價越高,被發(fā)現(xiàn)的越晚D.金屬越活潑,其金屬單質(zhì)越難冶煉2.下列方法中,不能實現(xiàn)海水淡化的是 (　　)A.蒸餾法　　　　　　　　B.電滲析法C.過濾法　 D.離子交換法3.(雙選)(2020·三明高一檢測)冶煉是一種提煉技術(shù),是指用焙燒、熔煉、電解以及使用化學(xué)藥劑等方法把礦石中的金屬提取出來;減少金屬中所含的雜質(zhì)或增加金屬中某種成分,煉成所需要的金屬。下列說法錯誤的是????????????? (　　)A.加熱HgO制取HgB.電解熔融氯化鋁制取鋁C.電解飽和食鹽水來制取金屬鈉D.不能利用鋁熱反應(yīng)制取鎂4.“空氣吹出法”海水提溴的工藝流程如下:下列說法中,不正確的是 (　　)A.實驗室保存溴通常加少量水B.海水提溴與海水提鎂發(fā)生的所有反應(yīng)均為氧化還原反應(yīng)C.經(jīng)過吸收塔后,溴元素得到了富集D.蒸餾塔中還發(fā)生了化學(xué)變化素養(yǎng)新思維5.海帶,又名綸布、昆布、江白菜,是多年生大型食用藻類。海帶成本低廉,營養(yǎng)豐富,是一種重要的海生資源。海帶是一種營養(yǎng)豐富的食用褐藻,含有60多種營養(yǎng)成分。某同學(xué)為了驗證海帶中含有碘元素,擬進行如下實驗,請完成相關(guān)問題。(1)第1步:灼燒。操作是將足量海帶灼燒成灰燼。該過程中不會用到的實驗儀器有　　　　(填代號)。 A.試管　　B.瓷坩堝　　C.坩堝鉗　　D.鐵三腳架E.泥三角　　F.酒精燈　　G.燒杯　　H.量筒(2)第2步:I-溶液的獲取。操作是 　。 (3)第3步:氧化。操作是向濾液中依次加入稀硫酸和合適的氧化劑。下列氧化劑最好選用　　　　(填代號)。 A.濃硫酸　　　　　　　　B.新制氯水C.酸性KMnO4溶液 　　　 D.H2O2理由是　。 (4)第4步:碘單質(zhì)的檢驗。操作是取少量第3步的溶液,滴加淀粉溶液,如果溶液顯藍色,則證明海帶中含有碘元素。         一、1.金　鉑　化合態(tài)　2.還原3.2HgO2Hg+O2↑2Ag2O4Ag+O2↑2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑Fe2O3+3CO2Fe+3CO22Al+Fe2O32Fe+Al2O34.(1)利用率　(2)環(huán)保高效　(3)腐蝕　(5)回收　再利用【自主探索】　(1)提示:高溫條件下,鋁粉與Fe2O3發(fā)生反應(yīng),化學(xué)方程式為Fe2O3+2AlAl2O3+2Fe。(2)提示:不一定。有些金屬在自然界中以游離態(tài)存在,不必通過化學(xué)反應(yīng)獲得,比如金、鉑等通過物理方法獲得。(3)提示:用還原的方法使金屬化合物中的金屬離子得到電子變?yōu)榻饘僭?。可表示?/span>Mn+(化合態(tài))M(游離態(tài))。二、1.(1)97%　(2)淡化　循環(huán)冷卻　蒸餾　離子交換　電滲析2.(1)Cl、Na、K、Mg　很大　很低(2)①燒堿　純堿　鹽酸　②鎂、鉀、溴　3.(1)核能　(2)潮汐能　波浪能【自主探索】　(1)提示:優(yōu)點是設(shè)備簡單,技術(shù)和工藝比較成熟。缺點是耗能大,成本較高。(2)提示:海水制鹽是利用日光和風(fēng)力使海水中水分蒸發(fā)從而使食鹽結(jié)晶析出,因此屬于物理變化。(3)提示:氧化(Br-→Br2)、吸收(Br2→HBr)、蒸餾(HBr→Br2)。知識點一【合作探究】　(1)提示:MgO和MgCl2雖然都是離子化合物,但MgO熔點太高,熔化時能耗多,而MgCl2熔點低,易熔化。(2)提示:金屬冶煉方法的選擇取決于金屬在自然界中的存在狀態(tài)和金屬的活潑性。金屬越活潑,冶煉時所需條件要求越高,在人類歷史上出現(xiàn)相對晚一些。金屬越不活潑,冶煉的方法越簡單,人們使用的時間越早,所以有青銅、鐵器等時代的發(fā)展歷程。【典例示范】【典例】B、C　金屬冶煉的實質(zhì)是將化合態(tài)的金屬元素轉(zhuǎn)化為游離態(tài)的金屬,肯定發(fā)生了氧化還原反應(yīng),一定不是復(fù)分解反應(yīng),但不一定是分解反應(yīng)或置換反應(yīng),用作還原劑的不一定為金屬。【素養(yǎng)訓(xùn)練】　C　活潑金屬K、Ca、Na、Mg、Al等用電解法冶煉,中等活潑金屬Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用熱還原法冶煉,不活潑金屬Hg、Ag利用熱分解法冶煉,故A、B、D正確;C項為火法煉銅,錯誤。知識點二【合作探究】1.提示:目的是將海水中的溴元素富集。2.提示:不合理,直接萃取單質(zhì)溴不僅需要大量的萃取劑,還會造成一部分溴流失,使成本增加。3.提示:主要是利用Br2沸點低、易揮發(fā),能被熱空氣和H2O(g)以溴蒸氣形式吹入吸收塔。【典例示范】【典例】【解析】(1)海水中的溴離子容易被氯氣氧化為溴的單質(zhì),氧化性氯氣比溴強,反應(yīng)的離子方程式為2Br-+Cl2Br2+2Cl-;(2)溴單質(zhì)有氧化性,二氧化硫具有還原性,溴和二氧化硫在水溶液中易發(fā)生氧化還原反應(yīng),反應(yīng)的化學(xué)方程式為SO2+Br2+2H2OH2SO4+2HBr;(3)NaOH溶液和溴單質(zhì)反應(yīng)生成溴化鈉、次溴酸鈉和水,可以吸收,故A正確; FeCl2溶液具有還原性,可以被溴單質(zhì)氧化為氯化鐵,可以吸收溴單質(zhì),故B正確;Na2SO3 溶液具有還原性,可以被溴單質(zhì)氧化,能吸收溴單質(zhì),故C正確;H2O和溴單質(zhì)反應(yīng)微弱,不能充分吸收溴單質(zhì),故D錯誤;(4)在溴水中,溴的沸點是58.5 ℃,水的沸點是100 ℃,溫度過高,大量水蒸氣隨之排出,溴蒸氣中水分增加;溫度過低,溴不能完全蒸出,產(chǎn)率低。答案:(1)2Br-+Cl2Br2+2Cl-(2)SO2+Br2+2H2OH2SO4+2HBr(3)ABC　(4)溴不能完全蒸出,產(chǎn)率低【母題追問】(1)提示:不是。步驟①和④2Br-+Cl2Br2+2Cl-,溴被氧化。步驟③SO2+Br2+2H2OH2SO4+2HBr,溴元素被還原。(2)提示:溴水混合物ⅡBr2的CCl4溶液Br2【素養(yǎng)訓(xùn)練】　問題1.提示:由于金、鈾等微量元素在海水中的含量很低,從海水中富集含微量元素的化合物需要很高的成本。問題2.①提示:灼燒時溫度較高,應(yīng)在坩堝中進行。②提示:能。Cl2+2I-I2+2Cl-,2I-+H2O2+2H+I2+2H2O。③提示:取少量溶液加幾滴淀粉溶液,溶液變藍色。1.D　2.C　3.B、C　4.B　溴易揮發(fā),加水液封可以減少揮發(fā)損失,故A 正確;海水提鎂的過程中,發(fā)生了鎂鹽與堿反應(yīng)生成氫氧化鎂的復(fù)分解反應(yīng),為非氧化還原反應(yīng),故B 錯誤;經(jīng)過吸收塔后,溶液中的Br-濃度遠大于進入吹出塔之前的海水中的Br-濃度,因此得到了富集,故C正確;蒸餾塔中發(fā)生的反應(yīng)為2Br-+Cl22Cl-+Br2,故D正確。5.【解析】(1)先分析灼燒固體物質(zhì)所用的儀器有哪些,然后再選出不會用到哪些儀器。(2)海帶灼燒后的灰燼中含有可溶性碘鹽和難溶固體物質(zhì)。要得到含有I-的溶液,須將灰燼充分溶解,并過濾以除去殘渣。(3)濃硫酸、新制氯水、酸性KMnO4溶液、H2O2均能將I-氧化為I2。前三者會引入新雜質(zhì),而H2O2的還原產(chǎn)物為H2O,無其他物質(zhì)生成,所以氧化劑最好選用H2O2。答案:(1)AGH　(2)將灰燼轉(zhuǎn)移到燒杯中,加適量蒸餾水,用玻璃棒充分攪拌,煮沸,過濾得濾液　(3)D　雙氧水又稱“綠色氧化劑”,其參加氧化還原反應(yīng)時還原產(chǎn)物為H2O,無污染且不引入新的雜質(zhì)  

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第一節(jié) 自然資源的開發(fā)利用

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