高中化学人教版 (新课标)必修2第一节 开发利用金属矿物和海水资源教案

第一节  开发利用金属矿物和海水资源

[重点难点]

1．   教学重点

了解化学方法在金属矿物开发（主要是金属冶炼）及海水资源开发中的作用。

2．   教学难点

在掌握金属冶炼的一般原理基础上，了解适用于不同金属的冶炼方法。

[知识点讲解]

1．   金属的冶炼

金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中还原出来的生产过程。金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法。总的说来，金属的性质越稳定，越容易将其从化合物中还原出来。金属冶炼的方法主要有：

（1）热分解法

对于不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来，例如：

2HgO2Hg+O2↑

2Ag2O4Ag+O2↑

（2）热还原法

在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属，通常是用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，例如：

Fe2O3+3CO 2Fe+CO2↑

WO3+3H2 W+3H2O

ZnO+CZn+CO↑

MgO+C Mg(g)+CO(g)

Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3（铝热反应）

Fe+CuSO4=FeSO4+Cu

（3）电解法

活泼金属较难用还原剂还原，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，例如：

2NaCl（熔融） 2Na+Cl2↑

4NaOH（熔融） 4Na+O2+2H2O

MgCl2（熔融） Mg+Cl2↑

2Al2O3 4Al+3O2↑

一些对纯度要求较高的不活泼金属也可以采用电解其盐溶液的方法来进行冶炼，例如：

2CuSO4+2H2O 2Cu+2H2SO4+O2↑

（4）有些金属可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来，例如：

Cu2S+O2 2Cu+SO2

2．   海水资源的开发利用

（1）从海水中提取淡水——海水淡化

海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。

（2）海水制盐

（3）从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品

（4）从海水中获取铀和重水作为核能开发的重要原料

（5）从海水中获取其他物质和能量

3．从海水中提取物质的方法

    海水中含有的各种元素的特点：种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。例如：

（1）从海水中提取溴的主要工艺流程

①用蒸馏法将海水浓缩。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：2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl

③向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，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=2HBr+H2SO4

④向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：2HBr+Cl2=2HCl+Br2

⑤用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。

（2）进行从海带中提取碘实验的反应原理及应注意的问题

①反应原理：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。

  如用H2O2做氧化剂，反应的离子方程式是：2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O

②实验注意事项

海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；用干海带从而易于燃烧；灼烧海带的地方要注意通风。

[典型例题剖析]

例一  （2004年全国高考）粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。进行如下实验：

①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；

②另取20g A全部溶于0.15 L 6.0mol·L-1盐酸中，得溶液C；

③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12L(标况)气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；

④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色；

请填空：

（1）①中引发铝热反应的实验操作是                      。产物中的单质B是   。

（2）②中所发生反应的反应的化学方程式是                                   。

（3）③中所发生的各反应的离子方程式是                                      。

（4）若溶液D的体积仍视为0.15 L，则该溶液中c（Mg2+）为          ，c（Fe2+）为              。

答案：（1）加少量KClO3，插上镁条并将其点燃；Fe

     （2）Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，MgO+2HCl=MgCl2+H2O

（3）Fe+2H+=Fe2++H2↑；Fe+2Fe3+=3Fe2+

（4）0.67 mol·L-1；2.3 mol·L-1

解析：MgO不能与铝发生置换反应，所以①发生的反应是Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3

      ②中发生的反应是Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，MgO+2HCl=MgCl2+H2O

      ③中发生的反应是Fe+2FeCl3=3FeCl2，Fe+2HCl=FeCl2+H2↑

④中加入KSCN溶液不变色，说明Fe3+完全被还原为Fe2+，溶液D为MgCl2、FeCl2的混合液。根据题

意假设20g A中MgO和Fe2O3的物质的量均为x，则：40g·mol-1 x+160 g·mol-1 x=20g，解得x=0.1mol。

溶液中Mg2+的物质的量等于MgO的物质的量，c（Mg2+）==0.67 mol·L-1

反应后原加入的盐酸中的Cl-全部转移到FeCl2和MgCl2中，Cl-守恒，所以溶液D中

n（Cl-）=n（Mg2+）×2+n（Fe2+）×2= 6.0mol·L-1×0.15 L=0.9mol

n（Fe2+）==0.35mol

所以c（Fe2+）==2.3 mol·L-1