第一节　
开发利用金属矿物和海水资源
1．了解金属冶炼原理。
2．合理开发和利用金属矿物资源。
3．了解海水的成分及其综合利用。
利用化学原理分析金属冶炼的方法；利用物质的性质，如何合理开发利用海水资源，要理论与实际相结合，注意生产工艺流程。
一、金属矿物的开发利用
1．金属在自然界中的存在
在自然界中，除了________等极少数金属有单质外，绝大多数金属都以化合态存在。
2．金属冶炼的实质
金属离子________电子，被________为金属单质，反应通式为________________________________________。
3．金属冶炼的方法
(1)热分解法
用加热分解氧化物的方法可制取Hg、Ag，化学方程式分别为：________________________________________________________________________，
________________________________________________________________________。
(2)热还原法
①H2还原CuO的方程式为：________________________________________________________________________。
②碳粉还原ZnO的方程式为：________________________________________________________________________。
③CO还原Fe2O3的方程式为：________________________________________________________________________。
④Al还原Cr2O3、V2O5的方程式分别为：______________________________________________________，____________________________________________________。
(3)电解法
Na、Mg、Al等电解冶炼的方程式分别为：__________________________________________________，____________________________________________。
二、海水资源的开发利用
1．水资源的利用
海水的淡化方法主要有________、________和________。
2．化学资源的开发利用
(1)以食盐为原料的________工业、________工业、________工业、________工业等。
(2)核能原料________和________的开发利用。
(3)潮汐能、波浪能的开发利用。
答案：
1．工业上冶铁金属一般用热分解法、热还原法和电解法，不同的金属应选用不同的冶炼方法。选择的原则主要是依据 (　　)
A．金属的熔点高低
B．金属在自然界中的存在形式
C．金属离子得电子的能力
D．金属的使用价值
答案：C
2．下列说法不正确的是 (　　)
A．有些活泼金属如铝可作热还原法的还原剂
B．用电解熔融NaCl的方法来治炼金属钠
C．可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝
D．回收废旧金属可以重新制成金属或它们的化合物
答案：C
3．从海水中可获得的在常温下为液体的单质是 (　　)
A．Mg　　　　B．K　　　　
C．Br2　　　　D．I2
答案：C
4．从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。如图表示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．金属的导电性强弱
B．金属在地壳中的含量多少
C．金属的化合价高低
D．金属的活动性大小
答案：D
5．海水淡化可采用膜分离技术，如图所示，对淡化膜右侧的海水加压，水分子可以透过淡化膜进入左侧淡水池，而海水中的各种离子不能通过淡化膜，从而得到淡水，对加压后右侧海水成分变化进行分析，正确的是 (　　)

A．溶质的质量增加 B．溶液的质量不变
C．溶剂的质量减少 D．溶质的质量分数不变
答案：C
6．海洋中有大量宝贵资源。被称为“海洋元素”的溴，其工业制法为把海水浓缩得盐卤，然后加热到363 K，控制pH为3.5，通入氯气把溴置换出来，然后用一种气体X把溴吹出，再用纯碱溶液吸收，这时，溴转化为溴离子和溴酸根，最后用硫酸酸化，单质溴可从溶液中析出。
(1)把溴吹出的气体X，最可能用下面的________(填序号)。
A．乙烯 B．空气
C．氩气 D．CO2
(2)某同学对上述工艺提出改进意见，认为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。________(填“是”或“否”)，并说出理由__________________________________。
(3)提取溴的工厂往往会因为溴的挥发而造成空气污染，某实验小组准备测定工厂的空气中溴的含量，提供乙醇溶液、蒸馏水、饱和Na2SO3溶液、饱和NaBr溶液，请你为他们设计收集一瓶工厂的空气的方法__________________________________。
(4)纯碱溶液吸收溴的化学方程式为____________________________，硫酸酸化得到单质溴的离子方程式为__________________________。
(5)工业上曾用惰性电极电解盐卤的方法来获取溴，当用惰性电极电解MgBr2溶液时，除得到溴之外，同时还能得到的产品是____________。
解析：(1)吹出的溴单质用Na2CO3吸收，不能用CO2吹出Br2，是因为CO2与Na2CO3能发生反应，乙烯与溴单质发生加成反应，氩气的使用在工业上成本较高，因此最可能用的是空气。
(2)直接萃取单质溴不仅需要大量的萃取剂，而且还造成一部分溴流失，从萃取剂中分离出液溴成本增加。
(3)收集工厂内的空气，只需把装满饱和NaBr溶液的试剂瓶带到工厂后，把其中的液体倒出，然后密封集气瓶，即得一瓶工厂内空气。
(4)根据题中提供的信息，Br2与Na2CO3反应化学方程式为：3Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑，然后硫酸酸化的离子方程式为5Br－＋6H＋＋BrO ===3Br2＋3H2O。
(5)用惰性电极电解MgBr2溶液类似于电解NaCl溶液，其电解方程式为MgBr2＋2H2O Mg(OH)2↓＋Br2＋H2↑。
答案：(1)B
(2)否　需大量萃取剂，污染大，利用率低
(3)把装满饱和NaBr溶液的试剂瓶带到工厂，在工厂内把其中的液体全部倒出，然后加盖密封
(4)3Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑
5Br－＋6H＋＋BrO ===3Br2＋3H2O
(5)Mg(OH)2和H2
7．海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如图所示：
(1)若在空气中加热MgCl2·6H2O，生成的是Mg(OH)Cl或MgO，写出相应反应的化学方程式：__________________。用电解法制取金属镁时，需要无水氯化镁。在干燥的HCl气流中加热MgCl2·6H2O时，能得到无水MgCl2，其原因是__________________________________________________________。
(2)Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去？写出实验步骤__________________________________________。
解析：本题是一道物质制备实验题。以海水制金属镁为载体，考查了镁的化合物的一些基本性质(尤其是MgCl2的水解反应的相关知识)及一些基本操作，内容比较简单，但基础知识的前后关联性强，因而综合性较强。
(1)由元素守恒可知，加热MgCl2·6H2O时必有HCl和H2O生成，由此可以写出相应的化学方程式；MgCl2·6H2O受热时容易水解生成HCl，所以为了抑制其水解，可以在干燥的HCl气流中加热MgCl2·6H2O，这样产生的水蒸气蒸发而得到无水MgCl2。
(2)由于Mg(OH)2难溶于水，而Ca(OH)2微溶于水，所以除去Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2时，需要加入能够使Ca(OH)2转化为易溶于水的物质[如MgCl、Mg(NO3)2等，但不宜加入MgSO4]，经搅拌、过滤、洗涤便可以达到目的。
答案：(1)MgCl2·6H2O Mg(OH)Cl＋HCl↑＋5H2O↑，
MgCl2·6H2O MgO＋2HCl↑＋5H2O↑
(或Mg(OH)Cl MgO＋HCl↑)
在干燥的HCl气流中，抑制了MgCl2水解，且带走MgCl2·6H2O受热产生的水蒸气，故能得到无水MgCl2
(2)加入MgCl2溶液，充分搅拌、过滤、沉淀用水洗涤(答案不惟一，合理即可)
1.金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系
(1)原理
由于不同金属的活动性不同，金属离子得到电子被还原成金属原子的能力也不同。金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，越容易被还原，一般的还原方法就能使金属还原；金属的位置越靠前，越难被还原，最活泼金属只能用最强的还原手段来还原。
特点提醒：
①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。
②工业上冶炼金属常用的还原剂有C、CO、H2、活泼金属单质等。
(2)金属活动顺序与金属冶炼方法的关系
2．铝热反应
(1)原理
Al是还原剂，另一种氧化物作氧化剂，是铝将氧化物中的金属置换出来的反应；其实质是铝将氧化物中化合态的金属还原为金属单质。
(2)反应特点
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。
(3)引燃剂和铝热剂
①引燃剂：镁条、氯酸钾。
②铝热剂：铝粉和金属氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物。
(4)应用
铝热反应常用于冶炼难熔金属如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等。
●案例精析
【例1】　2005年诺贝尔化学奖获得者施罗克等人发现金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。工业上冶炼钼的化学原理为：
①2MoS2＋7O2 2MoO3＋4SO2；
②MoO3＋2NH3·H2O===(NH4)2MoO4＋H2O；
③(NH4)2MoO4＋2HCl===H3MoO4↓＋2NH4Cl；
④H2MoO4 MoO3＋H2O；
⑤用还原剂将MoO3还原成金属钼。
则下列说法正确的是 (　　)
A．MoS2煅烧产生的尾气可直接排入空气中
B．MoO3是金属氧化物，也是碱性氧化物
C．H2MoO4是一种强酸
D．利用H2、CO和铝分别还原等量的MoO3，所消耗还原剂的物质的量之比为3∶3∶2
[解析]　A项，MoS2煅烧产生的SO2是大气污染物，不能直接排入空气，A不正确；B项，MoO3和氨水反应表现出酸性氧化物的性质，B不正确；C项，H2MoO4不溶于水，受热易分解，不是强酸，C不正确；D项还原1 mol MoO3得6 mol电子，消耗H2、CO、Al的物质的量分别为∶∶＝3∶3∶2，D正确。
[答案]　D
下列金属冶炼的反应原理，错误的是(　　)
解析：首先总结金属的三种冶炼方法，再根据金属的活泼性选择合理的方法。
Na、Mg都是活泼金属应选用电解法，故A项正确，B项错误。Fe是较活泼的金属用还原剂还原的方法，C项正确。Hg是不活泼金属用热分解法，D项正确。
答案：B
1.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↑
2．溴的提取
(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：2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－。
(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===2HBr＋H2SO4。
(4)向吸收塔内溶液中通入适量的氯气：
2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2
(5)用四氯化碳(或苯)萃取吸收塔内溶液中的溴单质。
3．海带中碘的提取
(1)原理：用适当的氧化剂将海带中的碘元素(I－)氧化成I2，再萃取出来。
(2)化学方程式：2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O
应用指南：在实验室从海带中提取碘，先将干海带灼烧除去有机物，再用H2O2、H2SO4处理，使得I－氧化为I2，再用苯或CCl4萃取。
4．海水的淡化——蒸馏法
(1)原理：利用水的沸点低，蒸馏时水汽化，而其他物质沸点高，不能汽化，水蒸气冷却得到淡水。
(2)注意事项
①烧瓶内加少量碎瓷片以防暴沸。
②冷凝水流向是下进上出。
●案例精析
【例2】　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：
请填写下列空白：
(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____(从下列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：____________________________________________________________________________________________________________。
[解析]　本题以提取碘为背景，综合考查了灼烧固体、过滤等实验基本操作，(5)问是一个实验方案的设计题，所以该题很好地综合考查了学生的“动手”动脑能力。
(1)该实验是对固体海带加热灼烧，与三脚架一起使用的常常是泥三角、坩埚和酒精灯。
(2)步骤③是由海带灰悬浊液得含碘离子的溶液，因此一定要进行过滤，步骤⑥是从混有碘的苯溶液中分离碘和回收苯。因二者在水中溶解度都不大，因此只能用蒸馏分离的方法。
(3)结合“碘离子 含碘水溶液”、再联想实验室中Cl2的制备不难写出④的离子方程式为
2I－＋MnO2＋4H＋===Mn2＋＋I2＋2H2O。
(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，这里选取萃取剂的原则。
(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。
[答案]　(1)BDE　(2)过滤　蒸馏
(3)2I－＋MnO2＋4H＋===Mn2＋＋I2＋2H2O
(4)苯与水互不相溶；碘在苯中的溶解度比在水中大
(5)取少量提取碘后的水溶液于试管中，加入几滴淀粉试液，观察是否出现蓝色(如果变蓝，说明还有单质碘)
海水是镁的主要来源之一。从海水中提取镁可按如下步骤进行：①把贝壳制成石灰乳；②向引入的海水中加入石灰乳，沉降、洗涤、过滤沉淀物；③将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤、干燥产物；④电解得到产物。
(1)以上提取镁的全过程中，没有涉及的化学反应类型是________(填序号)。
A．分解反应 B．化合反应
C．置换反应 D．复分解反应
(2)下列关于提取镁的说法中，不正确的是________(填序号)
A．此法的优点之一是原料来自大海
B．进行①②③步骤的目的是富集MgCl2
C．可用电解熔融氧化镁的方法制取镁
D．电解冶炼镁要消耗大量电能
解析：根据题意叙述流程，先写出化学方程式，再做出具体判断，对于该法的评判要结合实际情况。
(1)从海水中提取镁的全过程中，涉及到的反应有：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。
(2)由于MgO的熔点高，不能使用电解熔融MgO的方法冶炼Mg。
答案：(1)C　(2)C
【例1】　(2009·南京部分学校期末练习)铜器长期暴露在潮湿空气中，它的表层往往含有“铜绿”(碱式碳酸铜)，它受热易分解。为了从铜绿中制得铜，并测定铜绿在混合物中的质量分数，把铜绿样品放在试管中，与通入的纯净氢气在加热条件下发生反应，实验装置如下图，请回答下列有关问题：
(1)A处应选用下列装置中的(填写编号)________(铁架台已省去)，选用的理由是____________________________________________________________________________________________________。
(2)反应开始前，对整个实验装置必须进行的操作是____________________________________________________________________________________；反应进行时，最好先________；反应完毕后，若不改变原装置的连接，应先________，待试管稍冷却后，再________这样做的理由是____________________________________。
实验过程中观察到试管底部的现象是________。
(3)要测定铜绿在混合物中的质量分数，除需知道样品质量外还需测定的实验数据是________________________________________________________________________。
[解析]　(1)A处选用的装置是给固体加热制取气体，同时又要用氢气还原氧化铜，将两装置合二为一，应选丙装置，理由为：①因反应有水生成，试管口应略低于试管底部，防止冷凝水倒流到试管底部而使试管炸裂；②通入氢气的导气管应伸入到氧化铜的上方，有利于将试管中的空气排净。
(2)反应前除要称量样品质量外，还要检查装置的气密性，称量装置D(含氢氧化钠溶液)的质量。反应进行时，要先通入氢气后加热。反应完毕，要先将B中的导气管升高至离开液面，再熄灭酒精灯，以防止硫酸倒流。实验过程中可以观察到样品由绿色变成黑色，最后变成光亮的红色。
(3)要测定铜绿的混合物中的质量分数，需测定样品的质量及实验前后装置D的质量。依据CO2的质量，可根据方程式计算出碱式碳酸铜的质量，再算出铜绿在混合物样品中的质量分数。注意：①原混合物中含有铜，不能依据反应后铜的质量来计算铜绿的质量，②加热铜绿和氢气还原氧化铜都有水生成，不能依据装置B、C增加的质量，即反应生成水的质量来计算铜绿的质量分数。
[答案]　(1)丙　①因反应有水生成，试管口应略低于试管底部，防止冷凝水倒流到试管底部而使试管炸裂；②通入氢气的导气管应伸入到氧化铜的上方，有利于将试管中的空气排净
(2)称量样品质量，检查装置的气密性，称量装置D(含氢氧化钠溶液)的质量　通入氢气后加热　撤去导气管　熄灭酒精灯　防止硫酸倒流　固体由绿色变成黑色，最后变成光亮的红色
(3)实验前后装置D的质量
实验室中用含少量CO2杂质的CO来还原铁的氧化物FexOy并证明CO能够还原FexOy，且本身被氧化为CO2，实验所提供的各种仪器和药品如下：
(1)实验时，上图仪器装置的正确连接顺序是(填写各接口的代号)。混合气体―→(　　)，(　　)接(F)，(E)接(　　)，(　　)接(　　)，(　　)接(　　)。
(2)在装置乙中发生反应的化学方程式是________。
(3)在装置甲中发生反应的化学方程式是________。
(4)丙装置中澄清石灰水的作用是________。
(5)经定量测量，0.4 g FexOy与CO反应生成的气体通入过量的澄清石灰水中，生成0.75 g白色沉淀，则FexOy中x值是________，y值是________。
(6)实验过程中，能说明CO能够还原FexOy的实验现象是____________________________________________。能够说明CO被氧化成CO2的实验现象是________。
解析：据实验目的，分析每个装置的作用，然后连接，x、y值的计算依C守恒关系CO～CO2～CaCO3
答案：(1)D　C　A　B　H　G　I
(2)2NaOH＋CO2===Na2CO3＋H2O
(3)FexOy＋yCO xFe＋yCO2
(4)检验CO2是否除净
(5)x＝2，y＝3
(6)红色变黑色　丁中澄清石灰水变浑浊