第四章化學與可持續發展第一節開發利用金屬礦物和海水資源海洋約占地球表面積的71%海洋是人類賴以生存的資源寶庫

8:54PM金屬元素種類多，分布廣，活動性差別大，在自然界的存在形式各異，少數不活潑金屬以游離態存在（如金和鉑等），多數金屬以化合態存在。人們在生活和生產中使用的金屬材料多是合金或純金屬，這就需要把金屬從礦石中提煉出來，提煉的過程就是金屬的冶煉過程。課前自主學案自主學習一、金屬在自然界中的存在形式1．金、鉑等極少數金屬以_________形式存在。2．絕大多數金屬以_________形式存在。在金屬化合物中，金屬元素都顯_________。游離態化合態正價二、金屬的冶煉1．冶煉原理金屬冶煉的實質是根據____________反應，使金屬礦物中的金屬陽離子______電子生成金屬單質的過程：Mn＋＋ne－===M。氧化還原得到金屬的冶煉自然界中的金屬大都以化合態存在用化學的方法把化合態的金屬變成游離態要考慮的問題礦石的富集合適的冶煉方法如何精煉KCaNaMg

Al︱ZnFeSn

Pb(H)Cu︱HgAg︱PtAu

電解法熱還原法熱分解法物理提取法（C、CO、H2、Al等）不同金屬冶煉方法的選擇歸納：1.熱分解法

有些不活潑金屬僅用熱分解法就能制得。

在金屬活動性順序表中，位于氫后面的某些金屬的氧化物受熱就能分解。2Ag2O==4Ag+O2↑▲2HgO==2Hg+O2↑▲要根據金屬的活動性順序不同，采取不同的冶煉方法2．電解法在金屬活動性順序中，鉀、鈉、鈣、鋁等幾種金屬的還原性很強，這些金屬都很容易失去電子，因此不能用一般的方法和還原劑使其從化合物中還原出來，而只能用通電分解其熔融鹽或氧化物的方法來冶煉。2Al2O3(熔融)=====4Al+3O2↑

電解冰晶石2NaCl(熔融)====2Na+Cl2↑電解MgCl2(熔融)====Mg+Cl2↑

電解高溫Fe2O3+3CO===2Fe+3CO23.熱還原法多數金屬的冶煉過程屬于熱還原法常用的還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣

和活潑金屬等WO3+3H2===W+3H2O高溫Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3高溫KCaNaMgAlZnFeSn

Pb（H）CuHgAg金屬活動性：強弱電解法熱還原法熱分解法一、不同金屬冶煉方法的選擇KCaNaMgAl

ZnFeSn

Pb（H）Cu

HgAg離子氧化性弱強歸納與總結9、12思考感悟1．工業上利用電解熔融MgCl2來制取Mg，而MgO比MgCl2更易獲得，為什么不電解熔融MgO制取鎂呢？(MgO的熔點：2852℃，MgCl2的熔點：710℃)【提示】由于MgO的熔點遠遠高于MgCl2的熔點，將MgO熔融需要能量較多，所以采用電解熔融MgCl2的方法制取Mg，冶煉金屬也要考慮節能減排。練習1.下列各組金屬最適合用H2或CO把它從化合物中還原出來的是

A.Ca、MgB.Al、FeC.Fe、CuD.Hg、Ag2.列金屬氧化物不能用焦炭還原的是解題思路:碳的還原性一般介于A1～Zn之間，故一般比碳還原性強的金屬，不能用碳還原。A.CaOB.Ag2OC.CuOD.Fe2O3CA3、下列各種冶煉方法中，可以制得相應金屬的是（）

A、加熱氧化鋁B、加熱碳酸鈣

C、電解熔融氯化鈉

D、氯化鈉與鋁粉高溫共熱4、根據金屬在金屬活動順序表中的位置及性質，推測制取下列金屬最適宜的方法：①Na

②Zn

③Hg

④Au

C電解法加熱還原法加熱分解法物理提取法實驗4－1鋁熱反應

p891、鎂條的作用是什么？2、氯酸鉀的作用是什么？問題引燃劑反應現象：鎂條劇烈燃燒，放出大量的熱，發出耀眼的白光，紙漏斗內劇烈反應，紙漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中。Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3高溫鋁熱劑反應現象：劇烈反應，發出強光，紙漏斗被燒穿，沙子上落有黑色鐵珠。結論：鋁是常用的還原劑，在一定的條件下與某些金屬氧化物反應，把其中的金屬還原成單質。Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O3高溫其它鋁熱反應

高溫3Co3O4+8Al===9Co+4Al2O33MnO2+4Al===3Mn+2Al2O3高溫Cr2O3+2Al===2Cr+Al2O3高溫鋁熱反應的應用

鋁熱反應的原理可以應用在生產上，如用于焊接鋼軌等。在冶金工業上也常用這一反應原理，使鋁與金屬氧化物反應，冶煉釩、鉻、錳等等高熔點金屬金屬的回收和資源保護1、回收金屬的意義：（1）節約礦物資源；（2）節約能源；（3）減少環境污染

以鋁為例，生產一噸原鋁至少要消耗四噸鋁土礦資源。當前全球原鋁的年產量約2500萬噸，年消耗鋁土礦超過一億噸，如果照此發展下去，地球上的鋁土礦資源就會越來越少，直至有一天枯竭。如果人類消費的鋁能夠回收利用，只要回收利用量達到產量的二分之一，每年就將減少鋁土礦消耗量約5000萬噸，這對保護全球鋁土礦資源具有極為重要的意義。其次，利用廢雜原料生產一噸合金鋁錠與用鋁土礦原料生產一噸原鋁錠相比，可以節省95％以上的能源消耗。你知道嗎？據有關資料統計，每生產一噸原鋁錠需要消耗能源213．2TJ(電能約占82％)，而生產一噸再生鋁合金錠所需能源消耗為5．5TJ(燃料約占80％)，僅為原鋁錠生產能源消耗的2．6％，優勢比較明顯。由于鋁可以反復循環使用，從再生鋁廢料中再生產鋁，其節能效果更加顯著。另外，再生鋁生產中二氧化碳的產生量和排放量與原鋁生產相比，大為減少。有資料統計，再生鋁生產可比用水電生產原鋁減少二氧化碳排放量91%，比用燃油發電減少二氧化碳排放量97％以上，比用煤發電減少的二氧化碳排放量更多，環保效益十分顯著。

小資料2、回收金屬的實例（1）廢舊鋼鐵用于煉鋼；（2）廢鐵屑用于制鐵鹽；（3）定影液用于回收銀二、海水資源的開發利用

從太空觀察地球，看到地球上有七片陸地“漂浮”在一大片藍色的海洋之中是“歷史留給人類的資源儲備”海洋是美麗的，也是富饒的

浩瀚的海洋是個巨大的資源寶庫，它不僅孕育著無數的生命，還孕育著豐富的礦產，而海水本身含有大量的化學物質，又是寶貴的化學資源海水中儲有大量的化學物質，儲量可觀的就有80多種化學元素，其中70多種可以被人類提取利用，海洋是地球上最大的礦產資源庫。全世界每年都要從海洋中提取大量的食鹽、鎂、溴、碘、鉀等有用物質，海水素有“液體工業原料”之美譽。豐富的海洋資源海洋水資源占全球水量的97％。低鹽度海水灌溉農作物的試驗正在進行。化學資源含元素80多種，除H、O處還含有大量Na、Cl、Mg、Br、I等。礦產資源錳結核、可燃冰、砂和礫石。生物資源海洋生物品種繁多，我國就有20278種。能

源波浪、潮汐、海流等動能和溫差能、鹽度差能等，用之不竭。空間資源交通、海上作業、旅游。海洋生物資源含80多種元素，以氫、氧、氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀等較多。被稱為“元素的故鄉”。海水中鈾多達45億噸是已知陸地鈾礦儲量的4500倍。氘有50億噸足夠人類用上千萬年海水中的化學資源海洋中的礦產資源海水提Mg海水淡化海水提取NaClBr2的提取海水綜合利用聯合工業體系一例8:54PM海水資源的利用：主要有：1.海水中水資源的利用海水的淡化（咸水→淡水）2.直接利用海水進行循環冷卻（作冷卻用水）海水的淡化：（1）海水淡化的途徑:◆從海水中提取淡水◆從海水中分離出鹽（2）海水淡化的方法:p90◆蒸餾法（最先使用，技術成熟，但成本高）◆電滲析法（成本低，但未能大量生產）◆離子交換法（目前正迅速發展，但需要不斷更新離子交換樹脂）蒸餾法所用的裝置及原理◆原理：加熱到水的沸點,使水汽化變成水蒸氣，再冷凝得淡水。進冷卻水出煮海為鹽2009·天津理綜·9改編海水是一個巨大的資源寶庫，在海水淡化及綜合利用方面，各大沿海城市均取得了一定的成效。下圖是從海水中提取食鹽和溴的過程：海水粗鹽飽和NaCl溶液Cl2母液淡水低濃度Br2溶液通入空氣吹出Br2用SO2水溶液吸收含HBr等

物質的溶液通入適量Cl2蒸餾工業溴淡化ⅠⅡⅢⅤⅣ(1)請列舉海水淡化的兩種

方法：______________。蒸餾法淡化膜滲析法太陽能蒸發法(2)將海水進行___________可得到粗鹽；為除去粗鹽中含有的SO42-、Ca2+、Mg2+等雜質，有如下操作：①溶解；②加過量的Na2CO3溶液；③加過量的BaCl2溶液；④加適量的鹽酸；⑤加過量NaOH溶液；⑥蒸發結晶；⑦過濾。正確的操作順序：

_________________________________________。①⑤③②

⑦④⑥或①③⑤

②

⑦④⑥或①③②

⑤⑦④⑥蒸發結晶粗鹽提純的基本原則先溶解，再加沉淀劑；先加BaCl2，再加Na2CO3；先過濾，再加鹽酸。①②③④⑤⑥⑦海水蒸發粗鹽水、重結晶

精鹽母液Mg(OH)2①MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2◆從海水中制金屬鎂②

Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+H2O③

MgCl2(熔融)===Mg+Cl2

通電鹽酸、濃縮

MgCl2?H2O

脫水

MgCl2

電解

Mg石灰乳CaO

貝殼水煅燒①②③海水中提取溴的實驗實驗方法：（1）用蒸餾法將海水濃縮。用硫酸將濃縮的海水酸化。（2）向酸化的海水中通入適量的氯氣，使溴離子轉化為溴單質。（3）向含溴單質的水溶液中通入空氣和水蒸氣，將溴單質吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內。轉化為氫溴酸（4）向吸收塔中溶液內通入適量的氯氣。最后經蒸餾可得液溴

(用CCl4萃取)從海水中提取溴(3)步驟Ⅲ中已經獲得Br2，步驟Ⅳ中又將Br2還原為Br－，其目的為_____________。富集溴元素以增大濃度為目的海水中提取溴實驗的方程式2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl上面置換反應得到的Br2的濃度很低，難以收集，用空氣吹出Br2

后用SO2吸收，使溴得到富集，Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO42HBr+Cl2=Br2+2HCl如何證明海帶中存在碘元素?[實驗4-2]（一）實驗方法：（1）稱取3g干海帶，用刷子把干海帶表面的附著物刷凈（不要用水洗，有I-）。

將海帶剪碎，用酒精潤濕（便于灼燒）后，放在坩堝中。

（2）用酒精燈灼燒盛有海帶的坩堝，至海帶完全成灰，停止加熱，冷卻。

（3）將海帶灰轉移到小燒杯中，向燒杯中加入10ml蒸餾水，攪拌，煮沸2min－3min，使可溶物溶解，過濾。

（4）向濾液中滴入幾滴硫酸，再加入約1mlH2O2溶液，觀察現象。取少量上述濾液，滴加幾滴淀粉溶液，觀察現象。

(二)實驗現象：加入H2O2溶液后，溶液顏色變為深黃色；加入淀粉溶液后，溶液又變為深藍色。(三)化學方程式：

2KI+H2O2+H2SO4=I2+K2SO4+2H2O

海水綜合利用聯合工業體系一例p92由于鎂很活潑，是還原性很強的金屬，所以加熱時能與許多氣體物質反應。如空氣、二氧化碳、氮氣等，但不與氫氣和稀有氣體反應。練習鎂粉是焰火、閃光粉中不可缺少的原料,工業制造鎂粉是鎂蒸氣在氣體中冷卻,下列可做冷卻劑的是(1)空氣(2)CO2(3)Ar(4)H2(5)N2A.(1)(2)

B.(2)(3)C.(3)(4)

D.(4)(5)

C2.下列敘述中所描述的物質一定是金屬元素的是

A．易失去電子的物

B．原子最外層只有一個電子的元素

C．單質具有金屬光澤的元素

D．第三周期中，原子的最外層上只有

2個電子的元素D3.鋁加入下列物質中會產生氣體的是A．熔融NaOH

B．KOH溶液C．Na2O2

固體

D．Na2O2和水4.鋁熱劑中鋁的作用是

A．催化劑

B．氧化劑

C．還原劑

D．填充劑BDC5.下列冶煉金屬的反應，一定是置換反應的是

A．熱分解法B．電解法

C．鋁熱法煉鐵D．高爐煉鐵C6.下列說法中不正確的是

A．金屬的冶煉原理，就是利用氧化還原反應原理，用還原劑在一定條件下將金屬從礦石中還原出來

B．冶煉金屬時，必須加入一種物質作為還原劑

C．金屬由化合態變為游離態，都是被還原

D．金屬單質被發現和應用得越早，其活動性一般較弱AB7.下列冶煉金屬的反應，一定是分解反應的是（）

A．熱分解法B．電解法

C．鋁熱法煉鐵D．高爐煉鐵AB8.列金屬冶煉方法與其他三種不同的是

A．FeB．KC．MgD．AlA9.下列海洋資源中屬于可再生資源的是

A．海底石油、天然氣B.潮汐能

C.濱海砂礦D.錳結核10.下列哪種方法不能實現海水的淡化

A．蒸餾法B．電滲析法

C．離子交換法D．電解法BD11.下列屬于海水化學資源利用的是

A．海水淡化B．海水提鹽

C．海水提溴D．海水發電12.用H2做還原劑和用金屬做還原劑相比較，所得金屬的純度

A．用H2高B．用金屬的高

C.二者相同D．無法比較用H2還原的產物是金屬和水，水受熱揮發，只得到金屬；用金屬還原所得的是混合物（金屬與金屬的化合物）。BCA證明海帶中含有碘，有以下步驟①灼燒海帶至完全生成灰，停止加熱，冷卻；②在濾液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入幾滴淀粉溶液；③用剪刀剪碎海帶，用酒精潤濕，放入坩堝中；④海帶灰轉移到小燒杯，加蒸餾水，攪拌、煮沸、過濾.(1)合理的步驟是____________(2)證明含碘的步驟是_______,現象是_____________________,反應的離子方程式是__________________________③①④②②滴入淀粉溶液，溶液變藍2I-+2H++H2O2I2+2H2O

=

【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、D正確，C錯誤。【答案】

C【規律方法】選擇金屬冶煉的方法要依據金屬在自然界中的存在形態和金屬的活潑性。金屬活動性順序表中，金屬的位置越靠前越難被還原，金屬的位置越靠后越容易被還原。變式訓練1金屬鋰是密度最小的金屬，等質量的金屬鋰能釋放出更多的電子，故常用來制造高能量電池。已知鋰的金屬性介于鈉和鎂之間，則下列能冶煉出金屬鋰的方法是(

)A．電解法B．熱還原法C．熱分解法

D．鋁熱法解析：選A。可以根據金屬活動性與金屬冶煉方法之間的聯系來推斷，鋰的金屬性介于鈉和鎂之間，應該與鈉、鎂的冶煉方法相同，即用電解法。用如圖所示的裝置做鋁熱反應實驗，回答下列問題：例2(1)寫出該反應的化學方程式：

_________________________________，在該反應中________是氧化劑，________是還原劑，該反應稱為________反應。(2)選出該實驗的實驗現象(把序號填寫在橫線上)：____________________________。①鎂帶劇烈燃燒；②放出大量的熱，并發出耀眼的光芒，火星四射；③紙漏斗的下部被燒穿；④有紅熱狀態的液珠落入蒸發皿內的細沙上，液珠冷卻后變為黑色固體。(3)寫出下列操作或物質的作用：內層紙漏斗底部剪一個孔：______________________；蒸發皿盛沙：______________________________；鎂帶：____________________；氯酸鉀：____________________。【思路點撥】解答該題應注意以下三點：(1)鋁熱反應為典型置換反應，條件為高溫。(2)鋁熱反應中鋁熱劑為Al粉(還原劑)和金屬氧化物(氧化劑)，引燃劑為KClO3。(3)鋁熱反應放出大量的熱量。【誤區警示】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活動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，如Al和MgO組成的混合物不能稱之為鋁熱劑。變式訓練2

(2011年珠海高一檢測)用鋁熱法還原下列氧化物，制得金屬各1mol，消耗鋁最少的是(

)A．二氧化錳

B．三氧化鎢C．三氧化二鉻

D．四氧化三鐵解析：選D。首先寫出反應的化學方程式，根據制得金屬各1mol列比例式求解；或者是根據1mol鋁失去3mol電子，由電子守恒得，金屬氧化物中金屬的化合價最低者消耗的鋁最少。例3(1)實驗操作③的名稱是____________，所用主要儀器名稱為____________。(2)提取碘的過程中，可供選擇的有機試劑是________(填序號)。A．酒精(沸點78℃)B．四氯化碳(沸點77℃)C．甘油(沸點290℃)D．苯(沸點80℃)(3)在操作②中，溶液中生成少量ICl(ICl的性質類似于氯氣)，為消除此雜質，使碘全部游離出來，應加入適量(填序號)________溶液，反應的離子方程式為_______________________________。A．KIO3B．HClOC．KID．Br2(4)利用碘的有機溶液得到單質I2的方法是________。【思路點撥】解答該題應注意以下兩點：(1)結合實驗目的和流程圖中的信息，理清每一步操作或變化的目的。(2)聯系鹵素單質的性質推理。【解析】從碘水中提取碘單質應加入有機萃取劑如苯、四氯化碳，酒精和甘油均溶于水，不能作萃取劑，然后在分液漏斗中分液即得到碘的有機溶液，再從碘的有機溶液中提取碘并回收溶劑，采用水浴加熱蒸餾，其中在操作②中，為使少量的ICl中的碘全部游離出來，應加入還原劑，故只有C項符合，發生的化學反應為ICl＋KI===I2＋KCl。【答案】

(1)萃取、分液分液漏斗(2)BD(3)C

ICl＋I－===I2＋Cl－(4)蒸餾變式訓練3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所示：(1)步驟①反應的離子方程式是_________________________________。(2)步驟③反應的化學方程式是_______________________________________，從理論上考慮，下列也能吸收Br2的是______________________________。A．NaOHB