高考化学二轮精品教学案101开发利用金属矿物和海水资源.docx
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高考化学二轮精品教学案101开发利用金属矿物和海水资源
2019高考化学二轮精品教学案:
10.1开发利用金属矿物和海水资源
【2018考纲解读】
1.了解金属矿物和海水的综合利用。
2.了解化学科学发展对自然资源利用的作用。
【重点知识梳理】
知识点一金属矿物的开发和利用
1、金属在自然界中存在的形态
除了____、____等极少数金属外,绝大多数金属以______的形式存在于自然界中。
在这些金属化合物中,金属元素都显____化合价。
例如:
2HGO
2HG+O2↑,2AG2O
4AG+O2↑。
用热分解冶炼法冶炼金属的特点是金属元素的金属性____,金属元素的原子________失去电子,其金属离子________得到电子,该金属元素所形成的化合物稳定性________。
(2)热还原法冶炼金属
①焦炭还原法。
例如:
C还原ZNO、CUO,其化学方程式依次为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②一氧化碳还原法。
例如:
CO还原FE2O3、CUO,其化学方程式依次为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③氢气还原法。
例如:
H2还原WO3、FE3O4,其化学方程式依次为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
④活泼金属还原法。
例如:
AL还原CR2O3、V2O5,其化学方程式依次为
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
做铝热反应实验时,铝热剂是指__________________________________。
镁条和KCLO3的作用是____________________。
反应时的现象是____________________。
常用铝热反应冶炼________________的金属。
可用热还原法冶炼的金属,其金属性________,金属在常见金属活动性顺序表中居于________区域。
(3)电解法冶炼金属
例如:
AL2O3、MGCL2、NACL的电解反应,其化学方程式依次为
________________________________________________________________________;
________________________________________________________________________;
________________________________________________________________________。
问题思考
1、能否用电解ALCL3和MGO的方法冶炼AL、MG?
2、铝是地壳中含量最高的金属元素,为什么人类对铝的使用比铁、铜晚的多?
知识点二海水资源的开发利用
海水资源的利用主要包括海水水资源的利用和海水化学资源的利用。
1、海水水资源的利用
海水淡化的方法主要有________、__________、________________等。
淡化方法
原理
蒸馏法
将海水加热至105℃蒸发汽化,然后蒸汽冷凝而得到蒸馏水
电渗析法
利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性,在外加直流电场作用下,使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到除盐目的
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、阳离子得到去离子水的方法
问题思考
3、为什么开发利用海水资源前景广阔?
【重点难点突破】
【一】金属冶炼方法与金属活动性的关系
1、金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系(见下表)
金属的活
动性顺序
KCANA
MGAL
ZNFESN
PB(H)CU
HGAG
PTAU
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
2.工业上常用的还原剂有焦炭、CO、H2和活泼金属(一般为AL),其中纯度要求不高的金属一般用较廉价的焦炭或CO还原,纯度要求高的一般用H2还原,而对于一些难熔的稀有金属一般需要用铝还原,该反应叫做铝热反应。
铝热反应的特点:
①高温条件;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。
【二】海洋资源的开发利用
1、海水淡化
(1)海水淡化途径:
通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去。
(2)海水淡化的方法及其特点
海水淡化的方法主要有蒸馏法(如下图)、电渗析法、离子交换法等。
其中蒸馏法的历史最久,技术和工艺也比较完善,但成本较高。
A、加明矾使海水中的盐沉淀出来而淡化
B、利用太阳能使海水升温,通过蒸馏而使其淡化
C、将海水缓慢降温凝固以获取淡水
D、将海水通过离子交换树脂以除去各种离子
听课记录:
2、海水中镁的提取
(1)流程
(2)有关反应的化学方程式
MGCL2+CA(OH)2===MG(OH)2↓+CACL2
MG(OH)2+2HCL===MGCL2+2H2O
MGCL2·6H2O
MGCL2+6H2O↑
MGCL2(熔融)
MG+CL2↑
3、海水中溴的提取
(1)工艺流程:
海水
BR2(L)
(2)原理
①用________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的氯气,使溴离子转化为溴单质,离子方程式是________________________________________________________________________。
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溶液的吸收塔内以达到富集的目的:
BR2+SO2+2H2O===______________________________。
④向吸收塔内溶液中通入适量的氯气:
2HBR+CL2===____________________________________________。
⑤用四氯化碳(或苯)萃取吸收塔内溶液中的溴单质。
⑥假设要得到纯净的液溴,采用的分离方法是________。
4、海带中碘的提取
(1)流程
(2)主要化学原理:
CL2+2KI===2KCL+I2。
典例导悟4(2018·山东荣成模拟)海带中含有丰富的碘。
为了从海带中提取碘,某研究性学习小组设计并进行了以下实验:
请填写以下空白:
(1)步骤①灼烧海带时,除需要三脚架外,还需要用到的实验仪器是______________(从以下仪器中选出所需的仪器,用标号字母填写在空白处)。
A、烧杯B、坩埚C、表面皿
D、泥三角E、酒精灯F、干燥器
(2)步骤③的实验操作名称是______;步骤⑥的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收苯,该步骤的实验操作名称是________。
(3)步骤④反应的离子方程式是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)步骤⑤中,某学生选择用苯来提取碘的理由是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)请设计一种检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘的简单方法:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
【参考答案】
③3H2+WO3
W+3H2O,4H2+FE3O4
3FE+4H2O
④2AL+CR2O3
AL2O3+2CR,10AL+3V2O5
6V+5AL2O3
2、
(1)CL2H2NAOH2NACL+2H2O
2NAOH+CL2↑+H2↑
(2)MGCL2MGCL2
(3)BR2HBRBR2
问题思考
1、不能。
因为ALCL3是共价化合物,熔融时无法电离出自由移动的离子,不导电;而MGO虽是离子化合物,但其熔点太高,熔融会消耗大量电能,成本较高。
2、铝的金属活动性比铁、铜强,难于冶炼,古代人们的技术条件达不到,不能冶炼铝,故铝的发现和大量使用比铁、铜晚的多。
【典例导悟】
1、C解析:
由2NACL(熔融)
2NA+CL2↑可知钠离子得电子被还原,CL-失电子被氧化,A项正确;无论是湿法炼铜还是火法(热还原法)炼铜,都是正二价的铜离子得到电子生成铜原子被还原,B项正确;1MOLFE3O4被还原为FE时,应转移8MOLE-,C项错误;铝热反应放出大量的热,使铁成为液态从而与AL2O3分离,D项正确。
应选C。
2、A解析:
海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法。
选项A,加明矾,明矾的主要成分是KAL(SO4)2·12H2O,不能使海水中的盐沉淀出来,所以不能使海水淡化。
3、
(1)②④③①⑤
(2)C(3)C
解析:
(2)从海水中提取镁的全过程中,涉及的反应有:
①把贝壳制成石灰乳:
CACO3
CAO+CO2↑,分解反应;CAO+H2O===CA(OH)2,化合反应;②沉淀MG2+:
MG2++2OH-===MG(OH)2↓,复分解反应;③沉淀物与盐酸反应:
MG(OH)2+2HCL===MGCL2+2H2O,复分解反应;
④电解:
MGCL2(熔融)
MG+CL2↑,分解反应。
未涉及置换反应。
(3)由于MGO的熔点高,工业生产中不使用电解熔融MGO的方法冶炼MG。
(4)因碘不易溶于水而易溶于有机溶剂苯,且苯不溶于水易与水溶液分层,这是选择萃取剂的原那么。
(5)根据碘单质遇淀粉变蓝这一现象,可以取少量提取碘之后的溶液,加入淀粉看是否变蓝来检验。
【高考真题解析】
1.〔2018·新课标·7〕以下说法正确的选项是
A.液溴易挥发,在存放液溴的试剂瓶中应加水封
B.能使湿润的淀粉KI试纸变成蓝色的物质一定是CL2
C.某溶液加入CCL4,CCL4层显紫色,证明原溶液中存在I-
D.某溶液加入BACL2溶液,产生不溶于稀硝酸的白色沉淀,该溶液一定含有AG+
2.〔2018·江苏〕20.(14分)铝是地壳中含量最高的金属元素,其单质及合金在生产生活中的应用日趋广泛。
(1)真空碳热还原-氯化法可实现由铝土矿制备金属铝,其相关反应的热化学方程式如下:
AL2O3(S)+ALC13(G)+3C(S)=3ALCL(G)+3CO(G)△H=AKJ·MOL-1
3ALCL(G)=2AL(L)+ALC13(G)△H=BKJ·MOL-1
反应AL2O3(S)+3C(S)=2AL(L)+3CO(G)的△H=KJ·MOL-1(用含A、B的代数式表示)。
AL4C3是反应过程中的中间产物。
AL4C3与盐酸反应(产物之一是含氢量最高的烃)的化学方程式为。
(2)镁铝合金(MG17AL12)是一种潜在的贮氢材料,可在氩气保护下,将一定化学计量比的MG、AL单质在一定温度下熔炼获得。
该合金在一定条件下完全吸氢的反应方程式为MG17AL122+17H2=17MGH2+12AL。
得到的混合物Y(17MGH2+12AL)在一定条件下可释放出氢气。
熔炼制备镁铝合金(MG17AL12)时通入氩气的目的是。
在6.0MOL·L-1HCL溶液中,混合物Y能完全释放出H2。
1MOLMG17AL12完全吸氢后得到的混合物Y与上述盐酸完全反应,释放出H2的物质的量为。
在0.5MOL·L-1NAOH和1.0MOL·L-1MGCL2溶液中,
混合物Y均只能部分放出氢气,反应后残留固体物质的X-射线衍射谱图如图8所示(X-射线衍射可用于判断某晶态物
质是否存在,不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同)。
在上述NAOH溶液中,混合物Y中产生氢气的主要物质是
(填化学式)。
(3)铝电池性能优越,AL-AGO电池可用作水下动力电源,
其原理如图9所示。
该电池反应的化学方程式为。
【答案】
(1)
A+B
AL4C3+12HCL=4ALCL3+3CH4↑
(2)
防止MG、AL被空气氧化
52MOL
AL
(3)2AL+3AGO+2NAOH=2NAALO2+3AG+H2O
3.〔2017·福建卷〕下表各选项中,不能利用置换反应通过Y得到W的一组化合物是
选项
化合物ABCD
YCO2FE2O3C2H5OHFECL3
WMGOAL2O3C2H5ONACUCL2
4.〔2017·广东卷〕由熔盐电解法获得的粗铝含有一定量的金属钠和氢气,这些杂质可采用吹气精炼法除去,产生的尾气经处理后可用钢材镀铝。
工艺流程如下:
〔注:
NACL熔点为801℃;ALCL3在181℃升华〕
〔1〕精炼前,需清除坩埚表面的氧化铁和石英砂,防止精炼时它们分别与铝发生置换反应产生新的杂质,相关的化学方程式为①和②。
〔2〕将CL2连续通入坩埚中的粗铝熔体,杂质随气泡上浮除去。
气泡的主要成分除CL2外还含有;固态杂质粘附于气泡上,在熔体表面形成浮渣,浮渣中肯定存在。
〔3〕在用废碱液处理A的过程中,所发生反应的离子方程式为。
〔4〕镀铝电解池中,金属铝为极,熔融盐电镀中铝元素和氯元素主要以ALCL4―和AL2CL7―形式存在,铝电镀的主要电极反应式为。
〔5〕钢材镀铝后,表面形成的致密氧化铝膜能防止钢材腐蚀,其原因是。
〔3〕尾气经冷凝后分为气体A和B,由框图可知A是氯气和氯化氢的混合气体,B是ALCL3,因此用废碱液处理A的过程中,所发生反应的离子方程式为CL2+2OH-=CL-+CLO-+H2O和H++OH-=H2O。
〔4〕既然是镀铝,所以铝必需作阳极,由于熔融盐中铝元素和氯元素主要以ALCL4―和AL2CL7―形式存在,所以阳极的电极反应式为AL+7ALCL4――3E-=4AL2CL7―。
〔5〕铝在空气中易形成一层极薄的致密而坚固的氧化膜,它能阻止内部的金属继续被氧化,起到防腐蚀保护作用。
1、(2017·浙江理综,13)海水中含有丰富的镁资源。
某同学设计了从模拟海水中制备MGO的实验方案:
模拟海水中的
离子浓度(MOL/L)
NA+
MG2+
CA2+
CL―
0.439
0.050
0.011
0.560
0.001
注:
溶液中某种离子的浓度小于1.0×10-5MOL/L,可认为该离子不存在;
实验过程中,假设溶液体积不变。
:
KSP(CACO3)=4.96×10-9;KSP(MGCO3)=6.82×10-6;
KSP【CA(OH)2】=4.68×10-6;KSP【MG(OH)2】=5.61×10-12。
以下说法正确的选项是
A、沉淀物X为CACO3
B、滤液M中存在MG2+,不存在CA2+
C、滤液N中存在MG2+、CA2+
D、步骤②中假设改为加入4.2GNAOH固体,沉淀物Y为CA(OH)2和MG(OH)2的混合物
(2017·浙江理综,26)食盐中含有一定量的镁、铁等杂质,加碘盐中碘的损失主要是由于杂质、水分、空气中的氧气以及光照、受热而引起的。
:
氧化性:
》FE3+》I2;还原性:
》I-
3I2+6OH-
+5I-+3H2O;KI+I2
KI3
〔1〕某学习小组对加碘盐进行如下实验:
取一定量某加碘盐(可能含有KIO3、KI、MG2+、FE3+),用适量蒸馏水溶解,并加稀盐酸酸化,将所得溶液分为3份。
第一份试液中滴加KSCN溶液后显红色;第二份试液中加足量KI固体,溶液显淡黄色,用CCL4萃取,下层溶液显紫红色;第三份试液中加入适量KIO3固体后,滴加淀粉试剂,溶液不变色。
①加KSCN溶液显红色,该红色物质是_________〔用化学式表示〕;CCL4中显紫红色的物质是___________________〔用电子式表示〕。
②第二份试液中加入足量KI固体后,反应的离子方程式为___________________________、______________________________________。
〔4〕对含FE2+较多的食盐(假设不含FE3+),可选用KI作为加碘剂。
请设计实验方案,检验该加碘盐中的FE2+。
___________________________________________________________________________
〔4〕实验方案简答要注意规范性,“如取…加入…现象…结论…”,
本实验I―对FE2+的检验有干扰,用过量氯水又可能氧化SCN-。
【答案】
〔1〕①FE(SCN)3;
;
②
+5I-+6H+
3I2+3H2O、2FE3++2I―
2FE2++I2。
〔2〕4KI+O2+2H2O
2I2+4KOH;
否;KI3受热或潮解后产生KI和I2,KI易被O2氧化,I2易升华。
〔3〕AC。
〔4〕方法Ⅰ:
取适量食盐,加水溶解,滴加足量氯水(或H2O2),再加KSCN溶液至过量,假设显血红色说明有FE2+。
方法Ⅱ:
取适量食盐,加水溶解,加入K3FE(CN)3溶液,有蓝色沉淀说明有FE2+。
〔2017·天津·9〕海水是巨大的资源宝库,在海水淡化及综合利用方面,天津市位居全国前列。
从海水中提取食盐和溴的过程如下:
〔1〕请列举海水淡化的两种方法:
、。
〔2〕将NACL溶液进行电解,在电解槽中可直接得到的产品有H2、、、或H2、。
〔3〕步骤Ⅰ中已获得BR2,步骤Ⅱ中又将BR2还原为BR,其目的为。
〔4〕步骤Ⅱ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,由此反应可知,除环境保护外,在工业生产中应解决的主要问题是。
〔5〕某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法,查阅了有关资料,BR2的沸点为59℃。
微溶于水,有毒性和强腐蚀性。
他们参观生产过程后,了如下装置简图:
请你参与分析讨论:
①图中仪器B的名称:
。
②整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管,其原因是。
③实验装置气密性良好,要达到提纯溴的目的,操作中如何控制关键条件:
。
④C中液体产生颜色为。
为除去该产物中仍残留的少量CL2,可向其中加入NABR溶液,充分反应后,再进行的分离操作是。
【当堂巩固】
【一】选择题(此题包括10小题,每题5分,共50分)
2、以下金属冶炼的反应原理,错误的选项是()
A、2NACL(熔融)
2NA+CL2↑
B、MGO+H2
MG+H2O
C、FE3O4+4CO
3FE+4CO2
D、2HGO
2HG+O2↑
解析:
A为电解法,正确;B用H2还原MGO炼镁违背反应原理,不正确;C用还原法炼铁正确;D用热分解法炼汞,正确。
答案:
B
3、从石器、青铜器到铁器时代,金属的冶炼表达了人类文明的发展水平。
如下图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、金属的化合价高低
B、金属的活泼性大小
C、金属的导电性强弱
D、金属在地壳中的含量多少
解析:
从表中三种金属发现的年限看,金属越活泼,开发利用的时间越短,即与金属的活泼性有关。
答案:
B
4、以下说法不正确的选项是()
A、有些活泼金属如铝可作热还原法的还原剂
B、用电解氯化钠溶液的方法来冶炼金属钠,因为钠性质很活泼
C、热还原法冶炼金属的反应不一定是置换反应
D、通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去的措施,都可以达到海水淡化的目的
6、(2018·菏泽模拟)由海水制备无水氯化镁,主要有以下步骤:
①在一定条件下脱水干燥;②加熟石灰;③加盐酸;④过滤;⑤浓缩结晶。
其先后顺序正确的选项是()
A、②④⑤③①B、③②④①⑤
C、③④②⑤①D、②④③⑤①
7、(2018·苏州模拟)以下金属的工业制法正确的选项是()
A、制钛:
用金属钠置换出氯化钛(TICL4)溶液中的钛
B、炼铁:
用焦炭和空气反应产生的一氧化碳在高温下还原铁矿石中的铁
C、制钠:
用海水作原料制得精盐,再电解纯净氯化钠溶液得到金属钠
D、炼铜:
用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜
解析:
金属钠与TICL4溶液中的水反应,不能置换出金属钛,A不正确;电解NACL溶液不能得到金属钠,C不正确;黄铜矿经冶炼得到粗铜,粗铜再经电解精炼制得纯度为99.9%的铜,D不正确。
答案:
B
8、在实验室里用铁屑、氧化铜、稀硫酸为原料制备铜,有以下两种途径:
(1)FE
H2
CU
(2)CUO
CUSO4
CU
假设用这两种方法制得的铜质量相等,那么以下有关说法符合实际情况的是()
A、消耗氧化铜的质量不同
B、消耗铁的质量相同
C、消耗硫酸的质量相同
D、生成硫酸亚铁的质量不同
9、氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。
以下说法不正确的选项是()
A、电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中,钠离子被还原,氯离子被氧化
B、湿法炼铜与火法炼铜的反应中,铜元素都发生还原反应
C、用磁铁矿炼铁的反应中,1MOLFE3O4被CO还原成FE,转移9MOL电子
D、铝热法还原铁的反应中,放出的热量能使铁熔化
10、(2018·株州模拟)根据下图海水综合利用的工业流程图,判断以下说法正确的选项是
()
:
MGCL2·6H2O受热生成MG(OH)CL和HCL气体等。
A、过程①的提纯是物理过程,过程②通过氧化还原反应可产生2种单质
B、在过程③中将MGCL2·6H2O灼烧即可制得无水MGCL2
C、过程⑤反应后溶液呈强酸性,生产中需解决其对设备的腐蚀问题
D、在过程④、⑥反应中每氧化0.2MOLBR-需消耗2.24LCL2
【二】非选择题(此题包括4小题,共50分)
11、(9分)阅读以下内容,回答以下问题。
冶炼金属一般有以下四种方法:
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。
四种方法各有优缺点,在工业上均有应用。
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