人教版 (2019)必修 第二册第一节 自然资源的开发利用教案配套ppt课件

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一、金属矿物的开发利用1.金属在自然界中的存在形态
2.金属冶炼原理将金属从其化合物中_____出来,用于生产各种金属材料的过程。
3.金属的冶炼方法书写有关反应的化学方程式:
4.金属矿物资源开发和利用的主要措施(1)提高金属矿物的_______;(2)开发_________的金属冶炼方法;(3)防止金属的_____;(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_____和_______。
【自主探索】(1)(情境思考)当铁轨有缝隙时,维修工人常将铝粉与氧化铁的混合物点燃,让熔融的铁水流入铁轨的缝隙,冷却后就将铁 轨牢牢地黏在一起。你知道其工作原理吗?提示:高温条件下,铝粉与Fe2O3发生反应,化学方程式为Fe2O3+2Al Al2O3+2Fe。
(2)所有金属单质必须通过化学反应才能获得吗? 提示:不一定。有些金属在自然界中以游离态存在,不必通过化学反应获得,比如金、铂等通过物理方法获得。(3)(知识关联)从氧化还原反应的角度分析,金属冶炼的实质是什么? 提示:用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变为金属原子。可表示为Mn+(化合态) M(游离态)。
二、海水资源的开发利用1.海水中的水资源(1)储量:海水中水的储量约占地球上总水量的____。(2)海水中水资源的利用
2.海水中的化学资源(1)海水中化学资源的特点
(2)海水化学资源的开发利用①海水制盐把海水引到盐滩上,利用日光和风力使水分蒸发,得到食盐。食盐除供食用外,还作为化工原料用于生产_____、_____、钠、氯气、_____等;②制取其他化工产品从海水中制取___________及其他化工产品。
③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。如图为海水综合利用的示意图。
3.从海水中获取能量(1)从海水中提取铀和重水,用于_____开发。(2)开发_______、_______等新型能源。
【自主探索】(1)用海水蒸馏法制取淡水有哪些优缺点?提示:优点是设备简单,技术和工艺比较成熟。缺点是耗能大,成本较高。(2)海水制盐属于物理变化,还是化学变化? 提示:海水制盐是利用日光和风力使海水中水分蒸发从而使食盐结晶析出,因此属于物理变化。(3)(教材二次开发)教材P101【思考与讨论】中海水提溴的过程中,哪几个过程发生了氧化还原反应?提示:氧化(Br-→Br2)、吸收(Br2→HBr)、蒸馏(HBr→Br2)。
知识点一　金属冶炼 1.金属的冶炼方法与金属活动性的关系
2.金属冶炼的三个步骤及目的
4.Fe、Cu、Mg常见的冶炼原理(1)Fe:高炉炼铁:Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2铝热法炼铁:Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3(2)Cu:热还原法炼铜:2CuO+C 2Cu+CO2↑火法炼铜:Cu2S+O2 2Cu+SO2湿法炼铜:Fe+CuSO4====FeSO4+Cu(3)Mg:热还原法炼镁:MgO+C Mg+CO↑电解法炼镁:MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑
【合作探究】(1)(思维升华)为什么冶炼镁时不能选用MgO,而选用MgCl2?提示:MgO和MgCl2虽然都是离子化合物,但MgO熔点太高,熔化时能耗多,而MgCl2熔点低,易熔化。
(2)(情境应用)如图是我国古代和现代冶金的两张图片,那么人类使用金属的年代先后顺序与金属的活动性有什么关系?
提示:金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。金属越活泼,冶炼时所需条件要求越高,在人类历史上出现相对晚一些。金属越不活泼,冶炼的方法越简单,人们使用的时间越早,所以有青铜、铁器等时代的发展历程。
(教材二次开发)教材P99“【思考与讨论】”。①冶炼铝时,为什么选用熔点高的Al2O3,而不选用熔点低的AlCl3?提示:Al2O3虽然熔点较高,但它是离子化合物,熔化时能电离出Al3+;AlCl3虽然熔点低,但它是共价化合物,熔化时不能发生电离。②冶炼Al时,冰晶石起什么作用?提示:降低Al2O3的熔点。
③冶炼Al时,要定期更换碳素电极,为什么?提示:2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑,碳素电极与O2在Al2O3熔融条件下发生反应。④回收1 ml Al的能耗为冶炼1 ml Al能耗的3%～5%。结合教材图8-1和8-2,你想到了什么?提示:a.实际生产过程中必须考虑成本。b.加强废旧金属的回收和再利用是合理开发和利用金属资源的重要途径。c.实际工业生产中必须考虑废弃物的处理和生产对环境的影响,形成绿色化学观念和可持续发展意识。
【典例示范】【典例】(双选)(2020·阳泉高一检测)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.肯定发生的不是复分解反应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【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)金属冶炼过程中一定有元素化合价的变化。(2)冶炼金属使用的还原剂也可以是还原性气体。
【解析】选B、C。金属冶炼的实质是将化合态的金属元素转化为游离态的金属,肯定发生了氧化还原反应,一定不是复分解反应,但不一定是分解反应或置换反应,用作还原剂的不一定为金属。
【母题追问】(1)在金属冶炼过程中,金属元素的化合价一定只能降低吗? 提示:不一定。被冶炼的金属化合价一定降低,但用作还原剂的金属化合价一定升高。(2)在金属冶炼过程中,一定使用还原剂吗?提示:不一定。有的冶炼过程不需要还原剂,比如Ag、Hg的冶炼过程。
【素养训练】下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是(　　)
【解析】选C。活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼,中等活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法冶炼,不活泼金属Hg、Ag利用热分解法冶炼,故A、B、D正确;C项为火法炼铜,错误。
【加固训练】1.金属材料在日常生活及生产中有着广泛的运用。下列关于金属的一些说法不正确的是(　　)A.合金的性质与其组成金属的性质不完全相同B.工业上金属Mg、Al都是用电解熔融氯化物制得的C.金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子D.越活泼的金属越难冶炼
【解析】选B。合金的性质与其组成金属的性质不完全相同,如硬度、强度更大,熔点更低等,A项正确;因为AlCl3为共价化合物,熔融时不导电,冶炼铝应用电解Al2O3(熔融)的方法,B项错误;金属冶炼的本质就是把金属阳离子还原为金属原子,越活泼的金属,其阳离子的氧化性越弱,越难被还原,C、D项正确。
2.铁轨于火车,好比水于鱼,是必不可少的。如果铁轨断了,要怎么修复呢?铁轨的焊接方式其实叫“铝热焊”,它将铝粉及氧化粉按一定比例制成铝热焊剂,然后将配制好的铝热焊剂,放入特制的坩埚,再用高温火柴引燃焊剂,产生强烈的化学反应;待反应平静后,便得到高温的钢水和熔渣,再将高温的钢水注入砂型中,之后把砂型中对接好的钢轨端部熔化,待冷却后去除砂型,并及时给焊接好的接头“整形”一下。这样,两节钢轨就焊成一体了。
如图是“铝热焊”的演示装置,用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状套在一起,使四周都有四层。把内层纸漏斗取出,在底部剪一个孔,用水润湿,再跟另一纸漏斗套在一起,架在铁圈上,下面放置盛沙的蒸发皿。把5 g炒干的氧化铁粉末和2 g铝粉混合均匀,放在纸漏斗中,上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条,用小木条点燃镁条。
观察发生的现象。通过以上实验信息,回答下列问题。(1)写出该反应的化学方程式:_______, 在该反应中________是氧化剂,_______是还原剂,该反应称为_______反应。 (2)选出该实验的实验现象:________。 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。(3)写出下列操作或物质的作用:内层纸漏斗底部剪一个孔:________;蒸发皿盛沙:________;镁条:________________;氯酸钾:________________。 (4)如何用简单的方法证明生成物中有金属铁?
【解析】铝粉和某些金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物叫铝热剂,在高温下发生铝热反应,可用来冶炼难熔的相对较不活泼的金属(如V、Cr、Mn等)、焊接钢轨等。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。答案:(1)2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3　Fe2O3　Al　铝热　(2)①②③④　(3)使熔融物易于落下　防止溅落物炸裂蒸发皿　引燃剂,引起氯酸钾分解　助燃剂,为镁条继续燃烧提供氧气,引发铝热反应　(4)用磁铁吸引生成物,磁铁上有黑色物质被吸附,则证明生成物中有金属铁。
知识点二　海水提溴工艺 1.工艺流程
【合作探究】1.(思维升华)上述转化过程中,步骤①、③中均发生反应:Cl2+2Br-====Br2+2Cl-,设计这两步操作的目的是什么? 提示:目的是将海水中的溴元素富集。2.(教材二次开发)有人说步骤①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。
3.利用空气吹出法提取溴是利用了溴的什么性质? 提示:主要是利用Br2沸点低、易挥发,能被热空气和H2O(g)以溴蒸气形式吹入吸收塔。
【典例示范】【典例】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__________________。 
【解析】(1)海水中的溴离子容易被氯气氧化为溴的单质,氧化性氯气比溴强,反应的离子方程式为2Br-+Cl2====Br2+2Cl-;(2)溴单质有氧化性,二氧化硫具有还原性,溴和二氧化硫在水溶液中易发生氧化还原反应,反应的化学方程式为SO2+Br2+2H2O====H2SO4+2HBr;(3)NaOH溶液和溴单质反应生成溴化钠、次溴酸钠和水,可以吸收,故A正确; FeCl2溶液具有还原性,可以被溴单质氧化为氯化铁,可以吸收溴单质,故B正确;Na2SO3 溶液具有还原性,可以被溴单质氧化,能吸收溴单质,故C正确;H2O和溴单质反应微弱,不能充分吸收溴单质,故D错误;(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。
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
【母题追问】(1)在步骤①③④中溴元素均被氧化?提示:不是。步骤①和④2Br-+Cl2====Br2+2Cl-,溴被氧化。步骤③SO2+Br2+2H2O====H2SO4+2HBr,溴元素被还原。(2)CCl4不溶于水且密度大于水,Br2极易溶于CCl4,如何用CCl4将溴水混合物Ⅱ中的溴分离出来?提示:
【素养训练】海洋约占地球表面积的71%,具有十分丰富的资源。海洋资源包括:①海洋生物资源(图1);②海底矿产资源(包括石油、天然气等,图2);③海洋能源,包括潮汐能、波浪能、海水温差能、海流能及盐度差能等。它们是 “再生性能源”,永远不会枯竭,也不会造成环境污染(图3)。
问题1. 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。试分析其原因。提示:由于金、铀等微量元素在海水中的含量很低,从海水中富集含微量元素的化合物需要很高的成本。
问题2.从海带中提取碘的流程图如下:
①灼烧时,应在什么仪器中进行? 提示:灼烧时温度较高,应在坩埚中进行。②氯气、双氧水在酸性条件下是否都能将碘离子(I-)氧化成单质碘(I2)?若能,写出反应的离子方程式。 提示:能。Cl2+2I-====I2+2Cl-,2I-+H2O2+2H+====I2+2H2O。③如何检验通入氯气后所得溶液含有I2?提示:取少量溶液加几滴淀粉溶液,溶液变蓝色。
【加固训练】1.(2020·焦作高一检测)在空气吹出法的工艺中,有选用纯碱溶液作溴蒸气吸收剂的,也有选用SO2作溴蒸气吸收剂的,下列有关说法正确的是(　　)A.两种吸收过程中,Br2只作氧化剂B.两种吸收过程都发生了氧化还原反应C.用纯碱溶液作吸收剂时,纯碱作还原剂D.用纯碱溶液作吸收剂只发生了复分解反应
【解析】选B。①纯碱溶液作吸收剂的反应为3Na2CO3+3Br2====5NaBr+NaBrO3+3CO2↑;②SO2作吸收剂的反应为SO2+Br2+2H2O====H2SO4+2HBr。分析以上两个反应可知:①中Br2既作氧化剂,又作还原剂,②中Br2只作氧化剂。
2.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-+Br2C.工业上每获得1 ml Br2,需要消耗Cl2 44.8 LD.步骤Ⅳ包含萃取、分液和蒸馏【解析】选C。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 ml Br2消耗2 ml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。
三言两语话重点 1.金属冶炼的实质是金属化合物中的金属阳离子得到电子被还原为金属单质。2.常见金属的冶炼方法:(1)K、Ca、Na、Mg、Al→电解法。(2)Zn～Cu→热还原法。(3)Hg、Ag→热分解法。3.海水淡化的主要方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。4.海水提溴的工艺流程:
③MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2↓+ CaCl2
②CaO + H2O = Ca (OH)2
④ Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + H2O
① 2NaBr ＋ Cl2 === Br2 ＋2NaCl
③ Br2 ＋ SO2 ＋ 2H2O === 2HBr ＋ H2SO4
④ 2HBr ＋ Cl2 === Br2 ＋ 2HCl
海水化学资源的开发利用
1.(原创)金属使用的发展历程如下: 由此得出的下列结论中正确的是(　　)A.金属越活泼被发现越早B.金属发现的早晚与其在地壳中的含量有关C.金属的化合价越高,被发现的越晚D.金属越活泼,其金属单质越难冶炼【解析】选D。金属越活泼,其金属单质越难冶炼,被发现越晚。
2.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【解析】选C。海水淡化常用的方法有蒸馏法、电渗析法和离子交换法。
3.(双选)(2020·三明高一检测)冶炼是一种提炼技术,是指用焙烧、熔炼、电解以及使用化学药剂等方法把矿石中的金属提取出来;减少金属中所含的杂质或增加金属中某种成分,炼成所需要的金属。下列说法错误的是(　　)A.加热HgO制取HgB.电解熔融氯化铝制取铝C.电解饱和食盐水来制取金属钠D.不能利用铝热反应制取镁【解析】选B、C。Hg化学性质不稳定,加热HgO制取Hg,A正确;氯化铝是共价化合物,要用电解熔融氧化铝的方法制取铝,B错误;电解熔融氯化钠来制取金属钠,C错误;Mg活泼性大于Al,所以不能利用铝热反应制取镁,D正确。
【加固训练】1.下列说法错误的是(　　)A.对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用B.提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步C.活泼金属的冶炼都是通过电解其盐溶液D.热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等【解析】选C。活泼金属的冶炼是电解其熔融盐(如MgCl2、NaCl等)或熔融氧化物(如Al2O3等)制得的,电解其盐溶液得不到金属单质。
2.如图是铝与氧化铁发生的铝热反应的实验装置,下列有关该反应的说法中一定正确的是(　　)A.a为镁条B.b为氯化钾与铝粉的混合物C.2 ml氧化剂参与反应时,转移电子数为6NA(设NA为阿伏加德罗常数)D.还原剂与氧化产物的物质的量之比为1∶2【解析】选A。b为KClO3粉末,B不正确;2 ml Fe2O3参加反应转移12NA个电子,C不正确;D项物质的量之比应为2∶1。
4.“空气吹出法”海水提溴的工艺流程如下:
下列说法中,不正确的是(　　)A.实验室保存溴通常加少量水B.海水提溴与海水提镁发生的所有反应均为氧化还原反应C.经过吸收塔后,溴元素得到了富集D.蒸馏塔中还发生了化学变化
【解析】选B。溴易挥发,加水液封可以减少挥发损失,故A 正确;海水提镁的过程中,发生了镁盐与碱反应生成氢氧化镁的复分解反应,为非氧化还原反应,故B 错误;经过吸收塔后,溶液中的Br-浓度远大于进入吹出塔之前的海水中的Br-浓度,因此得到了富集,故C正确;蒸馏塔中发生的反应为2Br-+Cl2====2Cl-+Br2,故D正确。
【加固训练】　　(教材二次开发·教材习题改编)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。
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__ ___________。 
【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↑。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↑
素养新思维 5.海带,又名纶布、昆布、江白菜,是多年生大型食用藻类。海带成本低廉,营养丰富,是一种重要的海生资源。海带是一种营养丰富的食用褐藻,含有60多种营养成分。
某同学为了验证海带中含有碘元素,拟进行如下实验,请完成相关问题。(1)第1步:灼烧。操作是将足量海带灼烧成灰烬。该过程中不会用到的实验仪器有________(填代号)。 A.试管　　B.瓷坩埚　　C.坩埚钳　　D.铁三脚架E.泥三角　　F.酒精灯　　G.烧杯　　H.量筒(2)第2步:I-溶液的获取。操作是______________。 
(3)第3步:氧化。操作是向滤液中依次加入稀硫酸和合适的氧化剂。下列氧化剂最好选用________(填代号)。 A.浓硫酸　　　　　　　　B.新制氯水C.酸性KMnO4溶液 　　　D.H2O2理由是________。 (4)第4步:碘单质的检验。操作是取少量第3步的溶液,滴加淀粉溶液,如果溶液显蓝色,则证明海带中含有碘元素。