資源簡介

基礎課時21　金屬礦物、海水資源的開發利用
學習目標　1.了解金屬在自然界中的存在形式,理解金屬冶煉的一般原理,掌握活潑性不同的金屬冶煉的一般方法。2.了解海水的主要組成元素、海水資源及開發利用的主要方式,掌握從海水中提取溴的化學反應原理及實驗方法。
3.通過對金屬冶煉原理及海水資源綜合利用的認識,體會化學對促進人與自然和諧相處的意義。
一、金屬礦物的開發利用
(一)知識梳理
1.金屬元素的存在形式
2.金屬的冶煉
(1)金屬的冶煉
將金屬礦物中的金屬從其化合物中還原出來,用于生產各種金屬材料,這一過程在工業上稱為金屬的冶煉 。
(2)原理:利用氧化還原反應原理,在一定條件下,使金屬離子得到電子被還原成金屬原子,從而獲得金屬單質。即Mn++ne-===M。
(3)冶煉的方法(寫出對應化學方程式)
3.金屬礦物資源的開發和利用
(1)提高金屬礦物的利用率;
(2)開發環保高效的金屬冶煉方法;
(3)防止金屬的腐蝕;
(4)加強廢舊金屬的回收和再利用;
(5)使用其他材料代替金屬材料。
(二)互動探究
材料1　下圖是人類冶煉金屬的歷史時間
材料2　下圖是從鋁土礦和廢舊鋁質飲料罐獲取鋁的工藝流程:
a.
b.廢舊鋁質飲料罐液態鋁鋁錠
(
資料卡片
:
(
1
)
以鋁土礦為原料生產
1 kg
鋁的資源及能耗
鋁土礦
:
4 kg
　煤
:
0.5 kg
　燃料油
:
0.25 kg
純堿
:
0.5 kg
　石灰
:
0.5 kg
　氟化鈣
:
0.04 kg
焙燒碳素
:
0.6 kg
　冰晶石
:
0.03 kg
電能能耗
≥6.7×10
7
J
(
2
)
以廢舊飲料罐生產
1 kg
鋁消耗資源及能耗廢舊飲料罐
1.01 kg
,
電能能耗
≤3.35×10
6
J
)
材料3　利用鋁熱反應可以在野外焊接大截面的鋼軌,其原理為2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,某小組用如圖所示儀器及試劑探究鋁熱反應。
其實驗現象記錄如下:①劇烈反應,火星四射。②放出大量的熱,紙漏斗下端被燒穿,有紅熱熔融物落入細沙上,冷卻后變為黑色固體。
【問題討論】
問題1　分析推測人類發現和使用金屬材料受哪些因素的影響 為什么
提示　 影響因素主要是金屬在自然界中的存在狀態和金屬的活潑性。因為金屬越活潑其還原性就越強,離子的氧化性越弱,得電子能力越弱,就越難被還原,故使用的時間越晚。
問題2　計算表明,生產1 mol鋁消耗的電能至少為1.8×106 J,回收鋁制飲料罐得到鋁與從鋁土礦得到鋁相比,前者的能耗僅為后者的3%~5%。通過對上述數據的分析和比較, 從能源消耗和環境污染兩個角度分析,為什么要加強廢舊金屬回收利用
提示　從鋁土礦制鋁消耗的能量要遠遠高于回收鋁制飲料罐得到鋁消耗的能量,用鋁土礦生產鋁,能耗高,資源消耗量大,在生產過程中會產生大量的廢氣、廢液及廢渣,對大氣、水體及土壤會產生很大污染;而用廢舊飲料罐生產鋁,能耗低,資源消耗量小,對環境污染很小,變廢為寶,既可以減少廢舊金屬對環境的污染,還可以提高礦物有效利用率,是可持續發展的必然要求。
問題3　根據鋁熱反應的有關描述,回答以下問題:
(1)鋁熱反應需要高溫條件,是否還需要持續加熱
提示　鋁熱反應為放熱反應,放出的熱可以維持反應繼續進行,因此不需要持續加熱。
(2)實驗中,鎂條、氯酸鉀的作用是什么 引發反應的操作是什么
提示　鎂條是引燃劑,氯酸鉀為助燃劑,點燃鎂條,促使氯酸鉀分解,釋放出氧氣,使鎂條更劇烈燃燒,單位時間內放出更多熱量,從而引發Al和Fe2O3發生反應。
(3)蒸發皿中鋪少量細沙的作用是什么
提示　一是防止蒸發皿炸裂,二是防止生成的熔融物濺出。
【探究歸納】
1.金屬活動性順序與金屬冶煉方法的關系
在金屬活動性順序中,金屬的位置越靠后,其陽離子越容易被還原,金屬的位置越靠前,其陽離子越難被還原。
2. 冶煉鎂時,選擇MgCl2而不是MgO ,因為MgO熔點高,耗能多;冶煉鋁時,選擇Al2O3而不是AlCl3,因為AlCl3的沸點比熔點低,易升華,是共價化合物,熔融狀態下不導電。
3.鋁熱反應是利用鋁的強還原性,在高溫下將相對不活潑且熔點高的金屬從其金屬氧化物中還原出來,因此只有Al和比Al活潑性弱的金屬形成的氧化物組成的混合物才能稱之為鋁熱劑。鋁熱劑為混合物,不僅僅是鋁和鐵的氧化物,鋁粉和其他金屬氧化物(如Cr2O3、V2O5、MnO2等)粉末也可組成鋁熱劑。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列說法不正確的是 (　　)
A.自然界中不存在游離態的金屬單質
B.金屬活動性不同,冶煉方法也有所不同
C.地球上金屬礦物資源是有限的,因此,應提高金屬礦物的利用率
D.廢舊金屬的回收利用,有利于環境保護
答案　A
解析　自然界中的金屬絕大多數以化合態形式存在,極少數金屬如Au、Pt等以游離態存在,A錯誤;金屬活動性不同,金屬陽離子被還原的難易程度不同,冶煉方法不同,B正確;金屬資源是有限的,既要提高金屬礦物的利用率,又要回收利用廢舊金屬,C、D正確。
2.鋁熱反應有廣泛的用途,實驗裝置如圖1所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.鋁熱反應的能量變化可用圖2表示
B.Fe2O3和鋁粉的混合物被稱為鋁熱劑
C.鋁熱反應只能用于冶煉鐵、錳、鉻、鎂等熔點較高的金屬
D.鋁熱反應可用于焊接鐵軌,反應的化學方程式為2Al+Fe2O32Fe+Al2O3
答案　C
解析　A項,鋁熱反應是放熱反應,能量變化可用圖2表示;B項,Fe2O3和鋁粉的混合物被稱為鋁熱劑;C項,鎂的活潑性大于Al,不能用鋁熱反應冶煉金屬鎂;D項,鋁熱反應可用于焊接鐵軌,反應的化學方程式為2Al+Fe2O32Fe+Al2O3。
3.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
A 2HgO2Hg+O2↑ 熱分解法
B 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ 電解法
C 4CO+Fe3O43Fe+4CO2 熱還原法
D Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3 熱分解法
答案　D
解析　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 、C正確, D錯誤。
二、海水資源的開發利用
(一)知識梳理
1.海水資源的特點
海水中溶解和懸浮著大量的無機物和有機物。海水中含量最多的O、H兩種元素,加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11種元素,其總含量超過99%,其他元素為微量。雖然海水中元素的種類很多,總儲量很大,但許多元素的富集程度卻很低。
2.海水資源的利用方法
3.海水中化學元素的開發利用
從海水中制得的氯化鈉,可以食用,同時也是生產燒堿、純堿、鈉、氯氣、鹽酸的工業原料。從海水中可以制取鎂、鉀、溴及其他化工產品。
4.海水綜合利用
海水淡化與化工生產、能源開發等相結合已成為海水綜合利用的重要方向。如圖為海水的綜合利用示意圖,請補全表格內容。
(二)互動探究
溴及其化合物在工農業生產中有著廣泛的應用,工業上用一種叫“吹出法”的技術從海水中提取溴,其生產流程如下:
【問題討論】
問題1　請嘗試寫出①、③、④過程中反應的離子方程式
提示　①Cl2+2Br-===Br2+2Cl-。
③SO2+Br2+2H2O===S+2Br-+4H+。
④Cl2+2Br-===Br2+2Cl-。
問題2　過程②和④通入空氣、水蒸氣利用溴單質的什么性質 過程①獲取了游離態的溴,過程③又將其轉變為化合態的溴,其目的是什么
提示　Br2易揮發,利用空氣或水蒸氣可以將Br2從海水中吹出;將溴單質再轉化為溴離子的目的是使Br-濃縮,提高Br2的提取效率。
問題3　過程⑤蒸餾過程中溫度控制在80~90 ℃,溫度過高或過低都不利于生產,原因是什么
提示　溫度過高,水蒸氣揮發性增強,使溴的純度降低;溫度太低,溴的揮發性減小,導致溴單質不能充分揮發。
問題4　為什么不直接用第一步通入氯氣后的濃縮海水直接蒸餾得到液溴
提示　第一步氧化后的海水雖然含有溴單質,但濃度低,如果直接蒸餾,消耗大量能源,產品成本高。
【探究歸納】
1.海水中鹽的利用
氯堿工業 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
制鈉和氯氣 2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
制鹽酸 H2+Cl22HCl
制漂白液 Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O
制漂白粉 2Cl2+2Ca(OH)2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
2.海水提鎂
分解貝殼制 取氫氧化鈣 CaCO3CaO+CO2↑,CaO+H2O===Ca(OH)2
沉淀鎂離子 Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
制備氯化鎂 Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O
制取金屬鎂 MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
3.海帶提碘
海帶海帶灰濾液含I2溶液I2的CCl4溶液單質I2
主要反應:Cl2+2I-===I2+2Cl-或2I-+H2O2+2H+===I2+2H2O。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.在海水資源的綜合利用中,不需要化學變化就能夠從海水中獲得的物質是 (　　)
A.溴、碘單質 B.鈉、鎂單質
C.食鹽、淡水 D.燒堿、純堿
答案　C
解析　海水中氯、溴、碘、鎂、鈉都以化合態形式存在,若制取其單質,必須經過化學變化;從海水中提取食鹽和海水的淡化主要是將海水進行蒸發或蒸餾,是物理變化;而由飽和食鹽水制取燒堿需電解,為化學變化。
2.海水開發利用的部分過程如圖所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.上述過程涉及氧化還原反應
B.可以采用蒸餾法從海水中獲得淡水
C.工業生產常選用NaOH作為沉淀劑
D.富集溴一般先用空氣和水蒸氣吹出單質溴,再用SO2將其還原吸收
答案　C
解析　由于Ca(OH)2比NaOH便宜,工業生產中常選用Ca(OH)2作為沉淀劑,故C錯誤。
3.從海帶中提取碘單質,工藝流程如下。下列關于海帶制碘的說法錯誤的是 (　　)
干海帶海帶灰懸濁液濾液碘水I2的CCl4溶液
A.實驗室灼燒干海帶在坩堝中進行
B.沸水浸泡的目的是使I-充分浸出
C.由濾液獲得碘水,發生的離子反應為2I-+H2O2===I2+2OH-
D.可以用淀粉溶液檢驗碘水中的I2
答案　C
解析　干海帶灼燒得到海帶灰,沸水浸泡海帶灰,過濾得到含有碘離子的濾液,加入酸化的過氧化氫溶液氧化碘離子生成碘單質,加入四氯化碳萃取分液得到碘的四氯化碳溶液。固體灼燒應在坩堝中進行,A正確;沸水浸泡海帶灰的目的是加快I-的溶解,并使之溶解更充分,B正確;由濾液獲得碘水,正確的離子方程式為2I-+2H++H2O2===I2+2H2O,C錯誤;淀粉遇I2變藍,D正確。
4.溴及其化合物在生產中有廣泛應用。工業上常用“吹出法”從海水中提溴,工藝流程示意圖如下:
下列說法不正確的是 (　　)
A.向酸化的海水中通入氯氣的反應為Cl2+2Br-===Br2+2Cl-
B.海水中Br-經氧化、吹出、吸收后,可實現溴的富集
C.SO2吸收溴的反應離子方程式:SO2+2H2O+Br2===2H++S+2HBr
D.“吹出法”主要包括氧化、吹出、吸收、蒸餾和冷凝等環節
答案　C
解析　本實驗為向酸化的海水中通入氯氣,得到Br2,吹出后再和二氧化硫和水反應生成H2SO4和HBr,HBr和氯氣反應生成Br2,最后冷凝、精餾得到液溴。A項,向酸化的海水中通入氯氣,氯氣和溴離子反應生成氯離子和溴單質,離子方程式為Cl2+2Br-===Br2+2Cl-;B項,由以上分析可知,海水中Br-經氧化、吹出、吸收后,可實現溴的富集;C項,SO2吸收溴反應生成硫酸和氫溴酸,氫溴酸為強酸,故其反應離子方程式: SO2+2H2O+Br2===S+2Br-+4H+;D項,實現溴的富集的過程需要“吹出法”,“吹出法”主要包括氧化、吹出、吸收、蒸餾和冷凝等環節。
　　　　　　　　　　　　　　　　
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)金屬礦物的開發利用
1.從本質上講,工業上冶煉金屬的反應一定都屬于 (　　)
A.氧化還原反應 B.置換反應
C.分解反應 D.復分解反應
答案　A
解析　金屬冶煉的本質是金屬陽離子得電子被還原生成金屬單質,因此一定屬于氧化還原反應。
2.從石器、青銅器到鐵器時代,金屬的冶煉體現了人類文明的發展水平。如圖表示了3種金屬被人類開發利用的大致年限。這3種金屬的應用之所以有先后,主要取決于 (　　)
A.金屬的導電性強弱
B.金屬在地殼中的含量多少
C.金屬的化合價高低
D.金屬的活動性大小
答案　D
解析　金屬活動性順序中,越靠后的金屬出現的年代越早,越靠前的金屬出現的年代越晚,說明金屬越活潑,越難冶煉。
3.金屬鋰是密度最小的金屬,等質量的不同金屬,鋰可以釋放出更多的電子,故常用來制造高性能電池。已知鋰的金屬性介于鈉和鎂之間,則冶煉金屬鋰應采用的方法是 (　　)
A.電解法 B.熱還原法
C.熱分解法 D.鋁熱法
答案　A
解析　金屬的冶煉方法與金屬活動性順序的關系:金屬鋰的活動性介于鈉與鎂之間,應采用電解法冶煉金屬鋰。
4.西漢劉安所著的《淮南萬畢術》中有“曾青得鐵,則化為銅,外化而內不化”,該反應被認為是現代濕法冶金術之祖。下列說法正確的是 (　　)
A.硫酸銅晶體的化學式為CuSO4·5H2O,是混合物
B.“內不化”是因為內部的鐵活潑性比表面的鐵活潑性差
C.上述反應的離子方程式為2Fe+3Cu2+===2Fe3++3Cu
D.“化為銅”表明發生的是氧化還原反應
答案　D
解析　硫酸銅晶體的化學式為CuSO4·5H2O,是純凈物,A錯誤;“內不化”是因為鐵表面被生成的銅所覆蓋,內部的鐵無法再發生反應,B錯誤;“化為銅”發生反應的離子方程式為Fe+Cu2+===Fe2++Cu,反應中有元素化合價發生變化,是氧化還原反應,C錯誤,D正確。
5.下列有關金屬的工業制法中,正確的是 (　　)
A.制鈉:用海水為原料制得精鹽,再電解純凈的NaCl溶液
B.制鐵:以鐵礦石為原料,CO還原得鐵
C.制鎂:用海水為原料,經一系列過程制得氧化鎂固體,H2還原得鎂
D.制鋁:從鋁土礦中獲得氧化鋁再得到氯化鋁固體,電解熔融的氯化鋁得到鋁
答案　B
解析　工業制鈉是電解熔融NaCl:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑,而電解純凈的NaCl溶液:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑,得不到鈉,故A錯誤;工業制鐵是CO還原鐵礦石:3CO+Fe2O32Fe+3CO2,故B正確;工業制鎂是電解熔融氯化鎂:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑,故C錯誤;工業制鋁是電解熔融的氧化鋁:2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑,氯化鋁是共價化合物,在熔融狀態下不導電,D錯誤。
(二)海水資源的開發利用
6.海水是人類的寶藏,平均每立方千米的海水中約含3 500萬噸的礦物質。下列有關海水綜合利用的說法中,不正確的是 (　　)
A.海水蒸餾可得淡水 B.從海水中可提取重水
C.從海水中可提取溴 D.直接電解海水可得鎂
答案　D
解析　海水蒸餾得到淡水,A正確;從海水中可提取重水,B正確;海水中含有溴元素,從海水中可提取溴,C正確;海水中含有鎂元素,直接電解海水得到Mg(OH)2,D錯誤。
7.下列有關工業生產的說法錯誤的是 (　　)
A.海水提鎂時,通過電解熔融MgCl2得到鎂單質
B.海水提溴的過程中涉及了氧化還原反應
C.通常用海水提取食鹽后的母液為原料制取溴單質
D.目前工業上可直接從海水中提取碘單質
答案　D
解析　海水提鎂時,是通過電解熔融MgCl2得到鎂單質,A正確;海水提溴的過程中涉及了氧化還原反應,即氯氣和溴離子反應生成溴單質和氯離子,溴單質和二氧化硫反應生成硫酸和氫溴酸,B正確;通常用海水提取食鹽后的母液為原料,用氯氣氧化溴離子制取溴單質,C正確;海水中沒有單質碘,目前工業上氧化海水中的碘離子提取碘單質,D錯誤。
8.海水提鎂的主要流程如下:
下列說法正確的是 (　　)
①試劑M是鹽酸　②流程中的反應全部都是非氧化還原反應　③操作b只是過濾　④用海水曬鹽后的飽和溶液加石灰乳制Mg(OH)2　⑤電解熔融MgCl2比電解熔融的MgO制金屬鎂更節約能量
A.①②③④⑤ B.②③
C.④⑤ D.①④⑤
答案　D
解析　電解無水氯化鎂的反應屬于氧化還原反應,因此②是錯誤的。③操作b應是蒸發、濃縮、冷卻、結晶、過濾,因此③是錯誤的。
9.海水中溴元素以Br-形式存在,工業上用空氣吹出法從海水中提取溴的工藝流程如圖:
(1)步驟①反應的離子方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　,
步驟③反應的化學方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
(2)從理論上考慮,下列物質也能吸收Br2的是　　　　。
A.NaOH B.FeCl2
C.Na2SO3 D.H2O
(3)步驟③中氧化劑是　　　　　　,若反應中生成2 mol HBr,則消耗　　　　　　 mol SO2。
(4)根據上述反應判斷SO2、Cl2、Br2三種物質氧化性由強到弱的順序是　　　　　　。
答案　 (1)2Br-+Cl2===Br2+2Cl-
SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBr　(2)ABC
(3)Br2　1　(4)Cl2>Br2>SO2
解析　(1)由流程圖和反應原理可寫出步驟①反應的離子方程式和步驟②反應的化學方程式分別為2Br-+Cl2===Br2+2Cl-,SO2+Br2+2H2O===2HBr+H2SO4;(2)從理論上考慮,NaOH具有強堿性,能吸收Br2,Fe2+、S具有強還原性也能吸收Br2。(3)步驟③中發生的反應為Br2+SO2+2H2O===H2SO4+2HBr,該反應中氧化劑為Br2,還原劑為SO2,反應中每生成2 mol HBr,則消耗1 mol SO2,最后再向含HBr的溶液中通入適量Cl2蒸餾得到Br2。(4)經過上述過程中的反應知氧化性由強到弱的順序為Cl2>Br2>SO2。
B級　素養培優練
10.從淡化海水中提取溴的流程如下:
下列有關說法不正確的是 (　　)
A.X試劑可用Na2SO3飽和溶液
B.步驟Ⅲ的離子反應:2Br-+Cl2===2Cl-+Br2
C.工業上每獲得1 mol Br2,需要消耗Cl2 44.8 L
D.步驟Ⅳ包含萃取、分液和蒸餾
答案　C
解析　Na2SO3+Br2+H2O===Na2SO4+2HBr,A正確;步驟Ⅲ利用氯元素的非金屬性比溴元素強,可以利用置換反應制取Br2, B正確;反應Ⅰ和反應Ⅲ均使用到Cl2,故制取1 mol Br2消耗2 mol 氯氣,但未標明氯氣所處的溫度和壓強,無法計算消耗氯氣的體積,C錯誤;從濃溴水中提取溴,可利用有機溶劑(如苯)萃取溴,然后分液得到溴的有機溶液,再經蒸餾可得到純凈的溴,D正確。
11. 海洋中有豐富的食品、礦產、能源、藥物和水產資源,如圖為海水利用的部分過程。
已知:MgCl2·6H2O受熱生成Mg(OH)Cl和HCl氣體等。下列有關說法不正確的是 (　　)
A.制取NaHCO3的反應是利用其溶解度小于NaCl
B.在過程②中將MgCl2·6H2O在HCl氣流灼燒即可制得無水MgCl2
C.第③④⑤步中,溴元素均被氧化
D.工業上將石灰乳加到海水中得到Mg(OH)2沉淀
答案　C
解析　碳酸氫鈉在反應涉及物質中溶解度最小,向飽和食鹽水中通入氨氣以及二氧化碳,溶解度較小的碳酸氫鈉會先析出,故A正確;在過程②中將MgCl2·6H2O在HCl氣流中灼燒即可制得無水MgCl2,故B正確。
12.鈦鐵礦(FeTiO3,其中Ti為+4價)在高溫下經氯化得到四氯化鈦,氯化過程發生的化學方程式為2FeTiO3+6C+7Cl22FeCl3+6CO+2TiCl4。制取金屬鈦的流程如圖所示:
下列說法不正確的是 (　　)
A.制取金屬鈦時通Ar氣的目的是隔絕空氣
B.氯化過程中還原劑只有焦炭一種物質
C.根據制取金屬鈦的反應可推測還原性:Mg>Ti
D.標準狀況下,消耗22.4 L的氯氣可轉移2 mol電子
答案　B
解析　A項,制取金屬鈦時選用氬氣的目的是隔絕空氣,防止Ti、Mg與空氣中的O2發生反應;B項,FeTiO3中O為-2價,Ti為+4價,根據化合物中元素化合價代數和為0,可知Fe的化合價為+2,反應后被氧化為+3價的FeCl3,Fe元素化合價升高,失去電子被氧化,所以FeTiO3為還原劑;C元素化合價由反應前C單質的0價變為反應后CO中的+2價,化合價升高,失去電子被氧化,所以焦炭及FeTiO3都是還原劑;C項,TiCl4和鎂反應被還原為鈦單質,說明還原性:Mg>Ti;D項,氯化過程中發生反應的化學方程式為2FeTiO3+6C+7Cl22FeCl3+6CO+2TiCl4,標準狀況下,每消耗22.4 L Cl2,其物質的量為1 mol,則反應過程中轉移電子的物質的量為2 mol。
13.海洋中蘊含著豐富的資源,我們通過“濃縮、氧化、提取”等步驟獲取溴、碘單質等資源。回答下列問題:
Ⅰ.為研究海水提溴工藝,甲、乙兩同學分別設計了如下實驗流程:
甲:苦鹵含溴海水含溴空氣溴水混合物溴蒸氣液溴
乙:苦鹵含溴海水溴蒸氣液溴
(1)對比甲、乙兩流程,最大的區別在于對含溴海水的處理方法不同,其中較符合實際工業生產要求且能耗較低的是　　　　(填“甲”或“乙”)。
(2)甲同學設計的流程中,步驟③通入熱空氣或水蒸氣吹出Br2,利用了溴的　　　　性;步驟④中發生反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　。
Ⅱ.對比溴元素的提取,碘元素是從海洋植物如海帶、海藻中提取,某提取碘單質的工藝流程如圖。
(3)步驟③操作名稱為　　　　　　;步驟④的離子方程式為　　　　　　　　　　　　 　　　　　　。
(4)從含碘的苯溶液中提取碘,還要經過蒸餾,指出下列蒸餾裝置中的錯誤之處:　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　(任寫兩點)。
答案　(1)甲　(2)揮發　Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4　(3)過濾　Cl2+2I-===2Cl-+I2
(4)①燒杯加熱未墊陶土網;②溫度計水銀球未與蒸餾燒瓶支管口水平;③冷凝管進、出水方向顛倒(任寫兩點即可)
解析　(1)根據題目信息,符合工業生產要求的是甲,原因是乙方案中含溴海水中溴的濃度低,直接蒸餾成本高,甲方案③④⑤對海水中的溴單質進行富集,提高溴的濃度,較少能源消耗,降低成本。(3)通過流程圖分析,步驟③為過濾;步驟④向含碘離子溶液中通入氯氣,發生氧化還原反應,得到含碘水溶液。基礎課時21　金屬礦物、海水資源的開發利用
學習目標　1.了解金屬在自然界中的存在形式,理解金屬冶煉的一般原理,掌握活潑性不同的金屬冶煉的一般方法。2.了解海水的主要組成元素、海水資源及開發利用的主要方式,掌握從海水中提取溴的化學反應原理及實驗方法。
3.通過對金屬冶煉原理及海水資源綜合利用的認識,體會化學對促進人與自然和諧相處的意義。
一、金屬礦物的開發利用
(一)知識梳理
1.金屬元素的存在形式
2.金屬的冶煉
(1)金屬的冶煉
將金屬礦物中的金屬從其化合物中還原出來,用于生產各種金屬材料,這一過程在工業上稱為　　　　　　 。
(2)原理:利用氧化還原反應原理,在一定條件下,使金屬離子　　　　電子被　　　　成金屬原子,從而獲得金屬單質。即Mn++ne-===M。
(3)冶煉的方法(寫出對應化學方程式)
3.金屬礦物資源的開發和利用
(1)提高金屬礦物的利用率;
(2)開發環保高效的金屬冶煉方法;
(3)防止　　　　　　;
(4)加強廢舊金屬的回收和再利用;
(5)使用其他材料代替金屬材料。
(二)互動探究
材料1　下圖是人類冶煉金屬的歷史時間
材料2　下圖是從鋁土礦和廢舊鋁質飲料罐獲取鋁的工藝流程:
a.
b.廢舊鋁質飲料罐液態鋁—→鋁錠
(
資料卡片
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(
1
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以鋁土礦為原料生產
1 kg
鋁的資源及能耗
鋁土礦
:
4 kg
　煤
:
0.5 kg
　燃料油
:
0.25 kg
純堿
:
0.5 kg
　石灰
:
0.5 kg
　氟化鈣
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0.04 kg
焙燒碳素
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0.6 kg
　冰晶石
:
0.03 kg
電能能耗
≥6.7×10
7
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以廢舊飲料罐生產
1 kg
鋁消耗資源及能耗廢舊飲料罐
1.01 kg
,
電能能耗
≤3.35×10
6
J
)
材料3　利用鋁熱反應可以在野外焊接大截面的鋼軌,其原理為2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,某小組用如圖所示儀器及試劑探究鋁熱反應。
其實驗現象記錄如下:①劇烈反應,火星四射。②放出大量的熱,紙漏斗下端被燒穿,有紅熱熔融物落入細沙上,冷卻后變為黑色固體。
【問題討論】
問題1　分析推測人類發現和使用金屬材料受哪些因素的影響 為什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題2　計算表明,生產1 mol鋁消耗的電能至少為1.8×106 J,回收鋁制飲料罐得到鋁與從鋁土礦得到鋁相比,前者的能耗僅為后者的3%~5%。通過對上述數據的分析和比較, 從能源消耗和環境污染兩個角度分析,為什么要加強廢舊金屬回收利用
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題3　根據鋁熱反應的有關描述,回答以下問題:
(1)鋁熱反應需要高溫條件,是否還需要持續加熱
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(2)實驗中,鎂條、氯酸鉀的作用是什么 引發反應的操作是什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
(3)蒸發皿中鋪少量細沙的作用是什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】
1.金屬活動性順序與金屬冶煉方法的關系
在金屬活動性順序中,金屬的位置越靠后,其陽離子越容易被還原,金屬的位置越靠前,其陽離子越難被還原。
2. 冶煉鎂時,選擇MgCl2而不是MgO ,因為MgO熔點高,耗能多;冶煉鋁時,選擇Al2O3而不是AlCl3,因為AlCl3的沸點比熔點低,易升華,是共價化合物,熔融狀態下不導電。
3.鋁熱反應是利用鋁的強還原性,在高溫下將相對不活潑且熔點高的金屬從其金屬氧化物中還原出來,因此只有Al和比Al活潑性弱的金屬形成的氧化物組成的混合物才能稱之為鋁熱劑。鋁熱劑為混合物,不僅僅是鋁和鐵的氧化物,鋁粉和其他金屬氧化物(如Cr2O3、V2O5、MnO2等)粉末也可組成鋁熱劑。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列說法不正確的是 (　　)
A.自然界中不存在游離態的金屬單質
B.金屬活動性不同,冶煉方法也有所不同
C.地球上金屬礦物資源是有限的,因此,應提高金屬礦物的利用率
D.廢舊金屬的回收利用,有利于環境保護
2.鋁熱反應有廣泛的用途,實驗裝置如圖1所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.鋁熱反應的能量變化可用圖2表示
B.Fe2O3和鋁粉的混合物被稱為鋁熱劑
C.鋁熱反應只能用于冶煉鐵、錳、鉻、鎂等熔點較高的金屬
D.鋁熱反應可用于焊接鐵軌,反應的化學方程式為2Al+Fe2O32Fe+Al2O3
3.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
A 2HgO2Hg+O2↑ 熱分解法
B 2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑ 電解法
C 4CO+Fe3O43Fe+4CO2 熱還原法
D Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3 熱分解法
二、海水資源的開發利用
(一)知識梳理
1.海水資源的特點
海水中溶解和懸浮著大量的　　　　和　　　　。海水中含量最多的　　　　兩種元素,加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11種元素,其總含量超過99%,其他元素為　　　　。雖然海水中元素的種類很多,總儲量　　　　,但許多元素的富集程度卻　　　　。
2.海水資源的利用方法
3.海水中化學元素的開發利用
從海水中制得的氯化鈉,可以食用,同時也是生產燒堿、純堿、鈉、氯氣、鹽酸的工業原料。從海水中可以制取　　　　　　及其他化工產品。
4.海水綜合利用
海水淡化與化工生產、能源開發等相結合已成為海水綜合利用的重要方向。如圖為海水的綜合利用示意圖,請補全表格內容。
(二)互動探究
溴及其化合物在工農業生產中有著廣泛的應用,工業上用一種叫“吹出法”的技術從海水中提取溴,其生產流程如下:
【問題討論】
問題1　請嘗試寫出①、③、④過程中反應的離子方程式
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題2　過程②和④通入空氣、水蒸氣利用溴單質的什么性質 過程①獲取了游離態的溴,過程③又將其轉變為化合態的溴,其目的是什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題3　過程⑤蒸餾過程中溫度控制在80~90 ℃,溫度過高或過低都不利于生產,原因是什么
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
問題4　為什么不直接用第一步通入氯氣后的濃縮海水直接蒸餾得到液溴
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【探究歸納】
1.海水中鹽的利用
氯堿工業 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑
制鈉和氯氣 2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑
制鹽酸 H2+Cl22HCl
制漂白液 Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O
制漂白粉 2Cl2+2Ca(OH)2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
2.海水提鎂
分解貝殼制取氫氧化鈣 CaCO3CaO+CO2↑,CaO+H2O===Ca(OH)2
沉淀鎂離子 Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
制備氯化鎂 Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O
制取金屬鎂 MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
3.海帶提碘
海帶海帶灰濾液含I2溶液I2的CCl4溶液單質I2
主要反應:Cl2+2I-===I2+2Cl-或2I-+H2O2+2H+===I2+2H2O。
　　　　　　　　　　　　　　　　
1.在海水資源的綜合利用中,不需要化學變化就能夠從海水中獲得的物質是 (　　)
A.溴、碘單質 B.鈉、鎂單質
C.食鹽、淡水 D.燒堿、純堿
2.海水開發利用的部分過程如圖所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.上述過程涉及氧化還原反應
B.可以采用蒸餾法從海水中獲得淡水
C.工業生產常選用NaOH作為沉淀劑
D.富集溴一般先用空氣和水蒸氣吹出單質溴,再用SO2將其還原吸收
3.從海帶中提取碘單質,工藝流程如下。下列關于海帶制碘的說法錯誤的是 (　　)
干海帶海帶灰懸濁液濾液碘水I2的CCl4溶液
A.實驗室灼燒干海帶在坩堝中進行
B.沸水浸泡的目的是使I-充分浸出
C.由濾液獲得碘水,發生的離子反應為2I-+H2O2===I2+2OH-
D.可以用淀粉溶液檢驗碘水中的I2
4.溴及其化合物在生產中有廣泛應用。工業上常用“吹出法”從海水中提溴,工藝流程示意圖如下:
下列說法不正確的是 (　　)
A.向酸化的海水中通入氯氣的反應為Cl2+2Br-===Br2+2Cl-
B.海水中Br-經氧化、吹出、吸收后,可實現溴的富集
C.SO2吸收溴的反應離子方程式:SO2+2H2O+Br2===2H++S+2HBr
D.“吹出法”主要包括氧化、吹出、吸收、蒸餾和冷凝等環節
:課后完成　第八章　基礎課時21(共66張PPT)
第一節　自然資源的開發利用
基礎課時 金屬礦物、海水資源的開發利用
21
第八章
化學與可持續發展
1.了解金屬在自然界中的存在形式,理解金屬冶煉的一般原理,掌握活潑性不同的金屬冶煉的一般方法。
2.了解海水的主要組成元素、海水資源及開發利用的主要方式,掌握從海水中提取溴的化學反應原理及實驗方法。
3.通過對金屬冶煉原理及海水資源綜合利用的認識,體會化學對促進人與自然和諧相處的意義。
學習目標
一、金屬礦物的開發利用
二、海水資源的開發利用
目
錄
CONTENTS
課后鞏固訓練
一、金屬礦物的開發利用
對點訓練
(一)知識梳理
1.金屬元素的存在形式
游離
化合
2.金屬的冶煉
(1)金屬的冶煉
將金屬礦物中的金屬從其化合物中還原出來,用于生產各種金屬材料,這一過程在工業上稱為______________。
(2)原理:利用氧化還原反應原理,在一定條件下,使金屬離子______電子被______成金屬原子,從而獲得金屬單質。即Mn++ne-===M。
金屬的冶煉
得到
還原
(3)冶煉的方法(寫出對應化學方程式)
3.金屬礦物資源的開發和利用
(1)提高金屬礦物的利用率;
(2)開發環保高效的金屬冶煉方法;
(3)防止____________;
(4)加強廢舊金屬的回收和再利用;
(5)使用其他材料代替金屬材料。
金屬的腐蝕
(二)互動探究
材料1　下圖是人類冶煉金屬的歷史時間
材料2　下圖是從鋁土礦和廢舊鋁質飲料罐獲取鋁的工藝流程:
資料卡片:
(1)以鋁土礦為原料生產1 kg鋁的資源及能耗
鋁土礦:4 kg　煤:0.5 kg　燃料油:0.25 kg
純堿:0.5 kg　石灰:0.5 kg　氟化鈣:0.04 kg
焙燒碳素:0.6 kg　冰晶石:0.03 kg
電能能耗≥6.7×107 J
(2)以廢舊飲料罐生產1 kg鋁消耗資源及能耗廢舊飲料罐1.01 kg,電能能耗≤3.35×106 J
【問題討論】
問題1　分析推測人類發現和使用金屬材料受哪些因素的影響 為什么
提示　 影響因素主要是金屬在自然界中的存在狀態和金屬的活潑性。因為金屬越活潑其還原性就越強,離子的氧化性越弱,得電子能力越弱,就越難被還原,故使用的時間越晚。
問題2　計算表明,生產1 mol鋁消耗的電能至少為1.8×106 J,回收鋁制飲料罐得到鋁與從鋁土礦得到鋁相比,前者的能耗僅為后者的3%~5%。通過對上述數據的分析和比較, 從能源消耗和環境污染兩個角度分析,為什么要加強廢舊金屬回收利用
提示　從鋁土礦制鋁消耗的能量要遠遠高于回收鋁制飲料罐得到鋁消耗的能量,用鋁土礦生產鋁,能耗高,資源消耗量大,在生產過程中會產生大量的廢氣、廢液及廢渣,對大氣、水體及土壤會產生很大污染;而用廢舊飲料罐生產鋁,能耗低,資源消耗量小,對環境污染很小,變廢為寶,既可以減少廢舊金屬對環境的污染,還可以提高礦物有效利用率,是可持續發展的必然要求。
問題3　根據鋁熱反應的有關描述,回答以下問題:
(1)鋁熱反應需要高溫條件,是否還需要持續加熱
提示　鋁熱反應為放熱反應,放出的熱可以維持反應繼續進行,因此不需要持續加熱。
(2)實驗中,鎂條、氯酸鉀的作用是什么 引發反應的操作是什么
提示　鎂條是引燃劑,氯酸鉀為助燃劑,點燃鎂條,促使氯酸鉀分解,釋放出氧氣,使鎂條更劇烈燃燒,單位時間內放出更多熱量,從而引發Al和Fe2O3發生反應。
(3)蒸發皿中鋪少量細沙的作用是什么
提示　一是防止蒸發皿炸裂,二是防止生成的熔融物濺出。
【探究歸納】
1.金屬活動性順序與金屬冶煉方法的關系
在金屬活動性順序中,金屬的位置越靠后,其陽離子越容易被還原,金屬的位置越靠前,其陽離子越難被還原。
2. 冶煉鎂時,選擇MgCl2而不是MgO ,因為MgO熔點高,耗能多;冶煉鋁時,選擇Al2O3而不是AlCl3,因為AlCl3的沸點比熔點低,易升華,是共價化合物,熔融狀態下不導電。
3.鋁熱反應是利用鋁的強還原性,在高溫下將相對不活潑且熔點高的金屬從其金屬氧化物中還原出來,因此只有Al和比Al活潑性弱的金屬形成的氧化物組成的混合物才能稱之為鋁熱劑。鋁熱劑為混合物,不僅僅是鋁和鐵的氧化物,鋁粉和其他金屬氧化物(如Cr2O3、V2O5、MnO2等)粉末也可組成鋁熱劑。
1.下列說法不正確的是 (　　)
A.自然界中不存在游離態的金屬單質
B.金屬活動性不同,冶煉方法也有所不同
C.地球上金屬礦物資源是有限的,因此,應提高金屬礦物的利用率
D.廢舊金屬的回收利用,有利于環境保護
解析　自然界中的金屬絕大多數以化合態形式存在,極少數金屬如Au、Pt等以游離態存在,A錯誤;金屬活動性不同,金屬陽離子被還原的難易程度不同,冶煉方法不同,B正確;金屬資源是有限的,既要提高金屬礦物的利用率,又要回收利用廢舊金屬,C、D正確。
A
2.鋁熱反應有廣泛的用途,實驗裝置如圖1所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.鋁熱反應的能量變化可用圖2表示
B.Fe2O3和鋁粉的混合物被稱為鋁熱劑
C.鋁熱反應只能用于冶煉鐵、錳、鉻、鎂等熔點較高的金屬
D.鋁熱反應可用于焊接鐵軌,反應的化學方程式為2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3
C
解析　A項,鋁熱反應是放熱反應,能量變化可用圖2表示;B項,Fe2O3和鋁粉的混合物被稱為鋁熱劑;C項,鎂的活潑性大于Al,不能用鋁熱反應冶煉金屬鎂;D項,鋁熱反應可用于焊接鐵軌,反應的化學方程式為2Al+Fe2O3 2Fe+Al2O3。
3.下表中金屬的冶煉原理與方法不完全正確的是 (　　)
D
解析　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 、C正確, D錯誤。
二、海水資源的開發利用
對點訓練
(一)知識梳理
1.海水資源的特點
海水中溶解和懸浮著大量的________和________。海水中含量最多的________兩種元素,加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11種元素,其總含量超過99%,其他元素為______。雖然海水中元素的種類很多,總儲量______,但許多元素的富集程度卻______。
無機物
有機物
O、H
微量
很低
很大
2.海水資源的利用方法
蒸餾法
電滲析法
反滲透法
3.海水中化學元素的開發利用
從海水中制得的氯化鈉,可以食用,同時也是生產燒堿、純堿、鈉、氯氣、鹽酸的工業原料。從海水中可以制取____________及其他化工產品。
鎂、鉀、溴
4.海水綜合利用
海水淡化與化工生產、能源開發等相結合已成為海水綜合利用的重要方向。如圖為海水的綜合利用示意圖,請補全表格內容。
淡水
鈉
氯氣
鉀
溴
(二)互動探究
溴及其化合物在工農業生產中有著廣泛的應用,工業上用一種叫“吹出法”的技術從海水中提取溴,其生產流程如下:
【問題討論】
問題1　請嘗試寫出①、③、④過程中反應的離子方程式
提示　①Cl2+2Br-===Br2+2Cl-。
③SO2+Br2+2H2O===S+2Br-+4H+。
④Cl2+2Br-===Br2+2Cl-。
問題2　過程②和④通入空氣、水蒸氣利用溴單質的什么性質 過程①獲取了游離態的溴,過程③又將其轉變為化合態的溴,其目的是什么
提示　Br2易揮發,利用空氣或水蒸氣可以將Br2從海水中吹出;將溴單質再轉化為溴離子的目的是使Br-濃縮,提高Br2的提取效率。
問題3　過程⑤蒸餾過程中溫度控制在80~90 ℃,溫度過高或過低都不利于生產,原因是什么
提示　溫度過高,水蒸氣揮發性增強,使溴的純度降低;溫度太低,溴的揮發性減小,導致溴單質不能充分揮發。
問題4　為什么不直接用第一步通入氯氣后的濃縮海水直接蒸餾得到液溴
提示　第一步氧化后的海水雖然含有溴單質,但濃度低,如果直接蒸餾,消耗大量能源,產品成本高。
【探究歸納】
1.海水中鹽的利用
2.海水提鎂
3.海帶提碘
主要反應:Cl2+2I-===I2+2Cl-或2I-+H2O2+2H+===I2+2H2O。
1.在海水資源的綜合利用中,不需要化學變化就能夠從海水中獲得的物質是 (　　)
A.溴、碘單質 B.鈉、鎂單質
C.食鹽、淡水 D.燒堿、純堿
解析　海水中氯、溴、碘、鎂、鈉都以化合態形式存在,若制取其單質,必須經過化學變化;從海水中提取食鹽和海水的淡化主要是將海水進行蒸發或蒸餾,是物理變化;而由飽和食鹽水制取燒堿需電解,為化學變化。
C
2.海水開發利用的部分過程如圖所示。下列說法錯誤的是 (　　)
A.上述過程涉及氧化還原反應
B.可以采用蒸餾法從海水中獲得淡水
C.工業生產常選用NaOH作為沉淀劑
D.富集溴一般先用空氣和水蒸氣吹出單質溴,再用SO2將其還原吸收
解析　由于Ca(OH)2比NaOH便宜,工業生產中常選用Ca(OH)2作為沉淀劑,故C錯誤。
C
3.從海帶中提取碘單質,工藝流程如下。下列關于海帶制碘的說法錯誤的是 (　　)
A.實驗室灼燒干海帶在坩堝中進行
B.沸水浸泡的目的是使I-充分浸出
C.由濾液獲得碘水,發生的離子反應為2I-+H2O2===I2+2OH-
D.可以用淀粉溶液檢驗碘水中的I2
C
解析　干海帶灼燒得到海帶灰,沸水浸泡海帶灰,過濾得到含有碘離子的濾液,加入酸化的過氧化氫溶液氧化碘離子生成碘單質,加入四氯化碳萃取分液得到碘的四氯化碳溶液。固體灼燒應在坩堝中進行,A正確;沸水浸泡海帶灰的目的是加快I-的溶解,并使之溶解更充分,B正確;由濾液獲得碘水,正確的離子方程式為2I-+2H++H2O2===I2+2H2O,C錯誤;淀粉遇I2變藍,D正確。
4.溴及其化合物在生產中有廣泛應用。工業上常用“吹出法”從海水中提溴,工藝流程示意圖如下:
下列說法不正確的是 (　　)
A.向酸化的海水中通入氯氣的反應為
Cl2+2Br-===Br2+2Cl-
B.海水中Br-經氧化、吹出、吸收后,可實現溴的富集
C.SO2吸收溴的反應離子方程式:SO2+2H2O+Br2===2H++S+2HBr
D.“吹出法”主要包括氧化、吹出、吸收、蒸餾和冷凝等環節
C
解析　本實驗為向酸化的海水中通入氯氣,得到Br2,吹出后再和二氧化硫和水反應生成H2SO4和HBr,HBr和氯氣反應生成Br2,最后冷凝、精餾得到液溴。A項,向酸化的海水中通入氯氣,氯氣和溴離子反應生成氯離子和溴單質,離子方程式為Cl2+2Br-===Br2+2Cl-;B項,由以上分析可知,海水中Br-經氧化、吹出、吸收后,可實現溴的富集;C項,SO2吸收溴反應生成硫酸和氫溴酸,氫溴酸為強酸,故其反應離子方程式: SO2+2H2O+Br2===S+2Br-+4H+;D項,實現溴的富集的過程需要“吹出法”,“吹出法”主要包括氧化、吹出、吸收、蒸餾和冷凝等環節。
課后鞏固訓練
A級　合格過關練
選擇題只有1個選項符合題意
(一)金屬礦物的開發利用
1.從本質上講,工業上冶煉金屬的反應一定都屬于(　　)
A.氧化還原反應 B.置換反應
C.分解反應 D.復分解反應
解析　金屬冶煉的本質是金屬陽離子得電子被還原生成金屬單質,因此一定屬于氧化還原反應。
A
2.從石器、青銅器到鐵器時代,金屬的冶煉體現了人類文明的發展水平。如圖表示了3種金屬被人類開發利用的大致年限。這3種金屬的應用之所以有先后,主要取決于 (　　)
A.金屬的導電性強弱
B.金屬在地殼中的含量多少
C.金屬的化合價高低
D.金屬的活動性大小
解析　金屬活動性順序中,越靠后的金屬出現的年代越早,越靠前的金屬出現的年代越晚,說明金屬越活潑,越難冶煉。
D
3.金屬鋰是密度最小的金屬,等質量的不同金屬,鋰可以釋放出更多的電子,故常用來制造高性能電池。已知鋰的金屬性介于鈉和鎂之間,則冶煉金屬鋰應采用的方法是 (　　)
A.電解法 B.熱還原法
C.熱分解法 D.鋁熱法
解析　金屬的冶煉方法與金屬活動性順序的關系:
金屬鋰的活動性介于鈉與鎂之間,應采用電解法冶煉金屬鋰。
A
4.西漢劉安所著的《淮南萬畢術》中有“曾青得鐵,則化為銅,外化而內不化”,該反應被認為是現代濕法冶金術之祖。下列說法正確的是 (　　)
A.硫酸銅晶體的化學式為CuSO4·5H2O,是混合物
B.“內不化”是因為內部的鐵活潑性比表面的鐵活潑性差
C.上述反應的離子方程式為2Fe+3Cu2+===2Fe3++3Cu
D.“化為銅”表明發生的是氧化還原反應
D
解析　硫酸銅晶體的化學式為CuSO4·5H2O,是純凈物,A錯誤;“內不化”是因為鐵表面被生成的銅所覆蓋,內部的鐵無法再發生反應,B錯誤;“化為銅”發生反應的離子方程式為Fe+Cu2+===Fe2++Cu,反應中有元素化合價發生變化,是氧化還原反應,C錯誤,D正確。
5.下列有關金屬的工業制法中,正確的是 (　　)
A.制鈉:用海水為原料制得精鹽,再電解純凈的NaCl溶液
B.制鐵:以鐵礦石為原料,CO還原得鐵
C.制鎂:用海水為原料,經一系列過程制得氧化鎂固體,H2還原得鎂
D.制鋁:從鋁土礦中獲得氧化鋁再得到氯化鋁固體,電解熔融的氯化鋁得到鋁
B
(二)海水資源的開發利用
6.海水是人類的寶藏,平均每立方千米的海水中約含3 500萬噸的礦物質。下列有關海水綜合利用的說法中,不正確的是(　　)
A.海水蒸餾可得淡水 B.從海水中可提取重水
C.從海水中可提取溴 D.直接電解海水可得鎂
解析　海水蒸餾得到淡水,A正確;從海水中可提取重水,B正確;海水中含有溴元素,從海水中可提取溴,C正確;海水中含有鎂元素,直接電解海水得到Mg(OH)2,D錯誤。
D
7.下列有關工業生產的說法錯誤的是 (　　)
A.海水提鎂時,通過電解熔融MgCl2得到鎂單質
B.海水提溴的過程中涉及了氧化還原反應
C.通常用海水提取食鹽后的母液為原料制取溴單質
D.目前工業上可直接從海水中提取碘單質
D
解析　海水提鎂時,是通過電解熔融MgCl2得到鎂單質,A正確;海水提溴的過程中涉及了氧化還原反應,即氯氣和溴離子反應生成溴單質和氯離子,溴單質和二氧化硫反應生成硫酸和氫溴酸,B正確;通常用海水提取食鹽后的母液為原料,用氯氣氧化溴離子制取溴單質,C正確;海水中沒有單質碘,目前工業上氧化海水中的碘離子提取碘單質,D錯誤。
8.海水提鎂的主要流程如下:
下列說法正確的是 (　　)
①試劑M是鹽酸　②流程中的反應全部都是非氧化還原反應　③操作b只是過濾　④用海水曬鹽后的飽和溶液加石灰乳制Mg(OH)2　⑤電解熔融MgCl2比電解熔融的MgO制金屬鎂更節約能量
A.①②③④⑤ B.②③ C.④⑤ D.①④⑤
D
解析　電解無水氯化鎂的反應屬于氧化還原反應,因此②是錯誤的。③操作b應是蒸發、濃縮、冷卻、結晶、過濾,因此③是錯誤的。
9.海水中溴元素以Br-形式存在,工業上用空氣吹出法從海水中提取溴的工藝流程如圖:
(1)步驟①反應的離子方程式是
　　　　　　　　　　, 步驟③反應的
化學方程式是　　　　　　　　　　　 　　　　。
(2)從理論上考慮,下列物質也能吸收Br2的是　　　　。
A.NaOH B.FeCl2
C.Na2SO3 D.H2O
2Br-+Cl2===Br2+2Cl-
SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBr
ABC
解析　(1)由流程圖和反應原理可寫出步驟①反應的離子方程式和步驟②反應的化學方程式分別為2Br-+Cl2===Br2+2Cl-,SO2+Br2+2H2O===2HBr+H2SO4;(2)從理論上考慮,NaOH具有強堿性,能吸收Br2,Fe2+、S具有強還原性也能吸收Br2。
(3)步驟③中氧化劑是　　　,若反應中生成2 mol HBr,則消耗　　　 mol SO2。
(4)根據上述反應判斷SO2、Cl2、Br2三種物質氧化性由強到弱的順序是
　　　　　　。
Br2
1
Cl2>Br2>SO2
解析　 (3)步驟③中發生的反應為Br2+SO2+2H2O===H2SO4+2HBr,該反應中氧化劑為Br2,還原劑為SO2,反應中每生成2 mol HBr,則消耗1 mol SO2,最后再向含HBr的溶液中通入適量Cl2蒸餾得到Br2。(4)經過上述過程中的反應知氧化性由強到弱的順序為Cl2>Br2>SO2。
B級　素養培優練
10.從淡化海水中提取溴的流程如圖:
C
下列有關說法不正確的是 ( 　)
A.X試劑可用Na2SO3飽和溶液
B.步驟Ⅲ的離子反應:2Br-+Cl2===2Cl-+Br2
C.工業上每獲得1 mol Br2,需要消耗Cl2 44.8 L
D.步驟Ⅳ包含萃取、分液和蒸餾
解析　Na2SO3+Br2+H2O===Na2SO4+2HBr,A正確;步驟Ⅲ利用氯元素的非金屬性比溴元素強,可以利用置換反應制取Br2,B正確;反應Ⅰ和反應Ⅲ均使用到Cl2,故制取1 mol Br2消耗2 mol 氯氣,但未標明氯氣所處的溫度和壓強,無法計算消耗氯氣的體積,C錯誤;從濃溴水中提取溴,可利用有機溶劑(如苯)萃取溴,然后分液得到溴的有機溶液,再經蒸餾可得到純凈的溴,D正確。
11. 海洋中有豐富的食品、礦產、能源、藥物和水產資源,如圖為海水利用的部分過程。
已知:MgCl2·6H2O受熱生成Mg(OH)Cl和HCl氣體等。
下列有關說法不正確的是 (　　)
A.制取NaHCO3的反應是利用其溶解度小于NaCl
B.在過程②中將MgCl2·6H2O在HCl氣流灼燒即可制得無水MgCl2
C.第③④⑤步中,溴元素均被氧化
D.工業上將石灰乳加到海水中得到Mg(OH)2沉淀
解析　碳酸氫鈉在反應涉及物質中溶解度最小,向飽和食鹽水中通入氨氣以及二氧化碳,溶解度較小的碳酸氫鈉會先析出,故A正確;在過程②中將MgCl2·6H2O在HCl氣流中灼燒即可制得無水MgCl2,故B正確。
C
12.鈦鐵礦(FeTiO3,其中Ti為+4價)在高溫下經氯化得到四氯化鈦,氯化過程發生的化學方程式為2FeTiO3+6C+7Cl2 2FeCl3+6CO+2TiCl4。制取金屬鈦的流程如圖所示:
下列說法不正確的是 (　　)
A.制取金屬鈦時通Ar氣的目的是隔絕空氣
B.氯化過程中還原劑只有焦炭一種物質
C.根據制取金屬鈦的反應可推測還原性:Mg>Ti
D.標準狀況下,消耗22.4 L的氯氣可轉移2 mol電子
B
解析　A項,制取金屬鈦時選用氬氣的目的是隔絕空氣,防止Ti、Mg與空氣中的O2發生反應;B項,FeTiO3中O為-2價,Ti為+4價,根據化合物中元素化合價代數和為0,可知Fe的化合價為+2,反應后被氧化為+3價的FeCl3,Fe元素化合價升高,失去電子被氧化,所以FeTiO3為還原劑;C元素化合價由反應前C單質的0價變為反應后CO中的+2價,化合價升高,失去電子被氧化,所以焦炭及FeTiO3都是還原劑;C項,TiCl4和鎂反應被還原為鈦單質,說明還原性:Mg>Ti;D項,氯化過程中發生反應的化學方程式為2FeTiO3+6C+7Cl2 2FeCl3+6CO+2TiCl4,標準狀況下,每消耗22.4 L Cl2,其物質的量為1 mol,則反應過程中轉移電子的物質的量為2 mol。
13.海洋中蘊含著豐富的資源,我們通過“濃縮、氧化、提取”等步驟獲取溴、碘單質等資源。回答下列問題:
Ⅰ.為研究海水提溴工藝,甲、乙兩同學分別設計了如下實驗流程:
(1)對比甲、乙兩流程,最大的區別在于對含溴海水的處理方法不同,其中較符合實際工業生產要求且能耗較低的是　　　　(填“甲”或“乙”)。
(2)甲同學設計的流程中,步驟③通入熱空氣或水蒸氣吹出Br2,利用了溴的______性;步驟④中發生反應的化學方程式為　　　　　　　　　　　　 　　。
甲
揮發
Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4
解析　(1)根據題目信息,符合工業生產要求的是甲,原因是乙方案中含溴海水中溴的濃度低,直接蒸餾成本高,甲方案③④⑤對海水中的溴單質進行富集,提高溴的濃度,較少能源消耗,降低成本。
Ⅱ.對比溴元素的提取,碘元素是從海洋植物如海帶、海藻中提取,某提取碘單質的工藝流程如圖。
(3)步驟③操作名稱為　　　　;
步驟④的離子方程式為　　　　　　　　　　。
(4)從含碘的苯溶液中提取碘,還要經過蒸餾,指出下列蒸餾裝置中的錯誤之處:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　
　　　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 　　 (任寫兩點)。
過濾
Cl2+2I-===2Cl-+I2
①燒杯加熱未墊陶土網;②溫度計水銀球未與蒸餾燒瓶支管口水平;
③冷凝管進、出水方向顛倒(任寫兩點即可)
解析　(3)通過流程圖分析,步驟③為過濾;步驟④向含碘離子溶液中通入氯氣,發生氧化還原反應,得到含碘水溶液。

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