第二节　资源综合利用　环境保护公开课教学设计模版

第四章

化学与自然资源的开发利用

第一节

开发利用金属矿物和海水资源

第1课时

金属矿物的开发利用

【今日目标】

1.了解金属冶炼的实质、方法。

2.通过比较不同金属的冶炼,理解不同金属冶炼方法不同的原因。

3.了解金属的回收利用与资源的保护。

【学习过程】

1.金属在自然界中的存在形态

金、铂等少数金属以

的形式存在,绝大多数金属以

的形式存在于自然界中。 2.金属的冶炼原理

金属的冶炼就是将金属矿物中的金属从其

中

出来用于生产和制造各种金属材料的过程。 3.金属的冶炼方法

(1)热分解法:对于一些不活泼的金属,可以用直接加热分解的方法从其化合物中还原出来。

例如: 加热分解HgO冶炼Hg:

(写化学方程式,下同);

加热分解Ag2O冶炼Ag:

。 (2)电解法:适用于非常

的金属的冶炼。 例如: 电解熔融NaCl冶炼Na:

(写化学方程式,下同);

电解熔融MgCl2冶炼Mg:

;

电解熔融Al2O3冶炼Al:

。 (3)热还原法:大部分金属的冶炼都是通过在高温下发生的氧化还原反应来完成的。

①常用的还原剂有

、

、

等。 例如: Fe2O3+CO——

(补充完整化学方程式,下同);

CuO+C——

。 ②一些

也可作还原剂,将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。 例如: 铝热法炼铁:

(写化学方程式)。 4.有效利用金属资源的途径

提高金属矿物的

,减少金属的

,加强金属资源的

,使用

代替金属材料等。 [课内探究]

1.金属冶炼的定义及实质

阅读课本第88页相关内容,回答以下问题: 金属元素在自然界中的存在形式是什么?什么是金属的冶炼?从金属活动性顺序来看,金

1

属冶炼的实质是什么?

2.金属冶炼的方法

【思考交流】不同的金属冶炼方法是否相同?金属冶炼的方法有哪些?完成下表。

金属活动性顺序

K

Ca

Na

Mg

Al Zn

Fe

Sn

Pb

(H)

Cu Hg

Ag 金属原子失电子能力

金属离子得电子能力

主要冶炼方法

【实验探究】

探究实验41

铝热反应

(1)把两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状套在一起,取出内层滤纸,在其底部剪一小孔后用水润湿,再套回原处,并架在铁圈上(如课本图41所示),下面放置一盛沙子的蒸发皿。

(2)将5 g干燥的氧化铁粉末和2 g铝粉均匀混合后放入纸漏斗中,在混合物上面加少量氯酸钾固体,中间插一根用砂纸打磨过的镁带。

(3)用燃着的小木条点燃镁带,观察现象(反应时会产生高温、发出强光,观察时请注意安全,不要直视)。

现象

铝与氧化铁反应的化学方程式

【思考】金属活动性顺序与金属冶炼有何关系?为什么人类使用铁器比铜器晚?

【迁移应用】1.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。下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.金属导电性强弱

B.金属在地壳中含量多少

C.金属的化合价高低

D.金属的活动性强弱

2.下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是(

)

选项

冶炼原理

A B C D 2HgO2Hg+O2↑

4Al+3O2↑

2Cu+SO2

2Fe+Al2O3

方法

热分解法

电解法

热分解法

热还原法

2Al2O3(熔融)Cu2S+O2Fe2O3+2Al

2

【随堂检测】

1.有关金属(除铂、金外)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.肯定发生的是分解反应

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

2.金属锂是密度最小的金属,等质量的金属,锂可以释放出更多的电子,故常用来制造高性能电池。已知锂的金属活动性介于钠和镁之间,则冶炼金属锂应采用的方法是(

) A.电解法

B.热还原法

C.热分解法

D.铝热法

3.冶炼金属一般有三种方法,则冶炼银、铁、钠应分别采用(

) A.热分解法、热还原法、电解法 B.热还原法、热分解法、电解法

C.电解法、热分解法、热还原法 D.电解法、热还原法、热分解法

4.均能使氧化铁还原成铁的一组物质是(

) A.CO、O2、H2

B.CO、H2、C C.CO2、H2O、O2

D.CO2、C、O2

5.能用铝为原料来冶炼难熔的金属是因为(

) A.铝的密度小,熔点较低

B.铝在空气中燃烧,放出大量的热

C.在金属活动性顺序中铝排在前面

D.铝具有还原性,发生氧化还原反应时放出大量的热

6.下列说法中不正确的是(

) 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的方法来冶炼金属钠

C.可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝

D.回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物

7.在含有Cu(NO3)2、Mg(NO3)2和AgNO3的溶液中加入适量锌粉,首先置换出的是(

) A.Mg B.Cu C.Ag D.H2

8.工业上冶炼金属一般用热分解法、热还原法和电解法。由于金属的化学活动性不同,因此选用的冶炼方法也就不同。你认为这些方法的选择主要是依据(

) A.金属在自然界中的存在形式

B.金属元素在地壳中的含量

C.金属阳离子得电子的能力

D.金属熔点的高低

9.下列各种冶炼方法中,可制得相应的金属的是(

) A.加热氧化铝

B.加热碳酸钙

C.电解熔融氯化钠

D.氯化钠与铝粉高温共热

10.能用热分解法制得的金属是(

) A.Fe B.Ag C.Mg D.Na 【参考答案】

自主学习

1.单质

化合物

2.化合物

还原

3.(1)2HgO

2Hg+O2↑

2Ag2O4Ag+O2↑

(2)活泼

2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑

3

MgCl2(熔融)气

Fe2O3+3COMg+Cl2↑

2Al2O3(熔融)2Fe+3CO2

2CuO+C4Al+3O2↑

(3)①焦炭

一氧化碳

氢2Cu+CO2↑

②活泼金属

Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3

4.利用率

使用量

回收和再利用

其他材料

课内探究

1.少数化学性质不活泼的金属元素,在自然界中能以单质形式存在,如金和铂;绝大多数较活泼的金属元素以化合物的形式存在,如铝主要存在于铝土矿中。

将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程,在工业上称为金属的冶炼。

由于化合物中的金属元素都是以正化合价存在,所以在金属冶炼的过程中,金属元素要经过一个被还原的过程。金属冶炼的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。

2.【思考交流】

金属活动性顺序

K

Ca

Na

Mg

Al Zn

Fe

Sn

Pb

(H)

Cu Hg

Ag 金属原子失电子能力

逐渐减弱

金属离子得电子能力

逐渐增强

主要冶炼方法

电解法

热还原法

热分解法

【实验探究】

①镁条剧烈燃烧,并发出耀眼的白光。②引起混合物剧烈燃烧,发光发热。③纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后,可以发现落下的是铁珠。

Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3

【思考】

在金属活动性顺序中,金属的位置越靠后,越容易被还原,用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。金属使用的先后与金属冶炼的难易有关,金属冶炼的难易与金属活动性有关,所以人类使用铁器比铜器晚。

【迁移应用】1.D

2.C 随堂检测

1.解析:金属大部分以化合态存在于自然界中,且金属元素无负化合价,所以金属冶炼的实质是将化合态金属元素还原为游离态,必定发生氧化还原反应,但不一定是置换反应,如CO还原Fe2O3。还原剂可以是金属,如Fe还原CuSO4,也可以是非金属,如H2还原CuO。

答案:C 2.解析:根据金属冶炼与金属活动性的关系,锂的金属活动性介于钠和镁之间,应该与钠、镁的冶炼方法相同,即电解法。

答案:A 3.解析:不活泼的金属一般采用热分解法(如Ag、Hg的冶炼),活泼金属采用电解法(如Na、Mg、Al的冶炼),介于活泼金属与不活泼金属之间的金属采用热还原法(如Cu、Fe的冶炼)等。

答案:A 4.解析:在金属的冶炼中,还原氧化铁需加入还原剂,在热还原法中常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气等,另外一些活泼金属也可作还原剂。氧气、二氧化碳不能作还原剂。

答案:B 5.解析:利用铝来冶炼难熔的金属,一是利用在铝热反应中,铝表现出还原性,从而置换出

4

其他金属;二是利用铝热反应能放出大量的热,反应所放出的热量可以使生成的金属熔化。

答案:D 6.解析:本题主要考查金属的冶炼方法。铝可以作还原剂冶炼一些高熔点的金属,如Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3,A项正确;金属钠用电解熔融NaCl的方法制取,B项正确;铝是活泼金属,很难用还原剂把它还原出来,应该用电解熔融Al2O3的方法制取,C项不正确;D项正确。

答案:C 7.解析:本题主要考查氧化还原反应的发生顺序。根据金属活动性顺序可以判断,还原性强弱顺序:Mg>H2>Cu>Ag,则离子氧化性强弱顺序:Ag+>Cu2+>H+>Mg2+,氧化性强的Ag+先参与反应,所以首先析出Ag。

答案:C 8.解析:金属冶炼的一般原理是利用还原剂将金属从其化合物中还原出来。根据金属阳离子得电子能力的不同而用不同的方法,如不活泼的金属一般采用热分解法(如Ag、Hg的冶炼),活泼金属采用电解法(如Na、Mg、Al的冶炼),介于活泼金属与不活泼金属之间的采用热还原法(如Cu、Fe的冶炼)等。

答案:C 9.解析:铝为活泼金属,氧化铝受热很难分解,加热氧化铝不能制得铝,A项不正确;钙的化学性质活泼,加热碳酸钙可得到分解产物氧化钙,无法制得金属钙,B项不正确;电解熔融的氯化钠可制得金属钠,C项正确;钠比铝活泼,氯化钠与铝不反应,D项不正确。

答案:C 10.解析:热分解法一般用于很不活泼的银、汞等金属的冶炼,它们的化合物大多数不稳定,受热时能够分解为相应的金属单质;而活泼金属的化合物一般相当稳定,受热难分解。因此,比较活泼的钠、镁和铁不能通过热分解法制得。

答案:B 第2课时

海水资源的开发利用

【今日目标】

1.简单了解海水淡化的知识。

2.能顺利完成从海带中提取碘的实验,设计出从海水中提溴的流程,并能正确写出有关反应的化学方程式。

【学习过程】

1.海水水资源的利用

(1)海水水资源的利用主要包括:

和

等。 (2)海水淡化的途径主要是从海水中提取淡水或从海水中把

分离出去。 (3)海水淡化的方法主要有

、

、

等。其中

法的历史最久,技术和工艺也比较成熟,但成本较高。因此,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。 2.海水化学资源的开发利用

海水资源的多样性:海水中含有丰富的水资源;另外,由于与岩石、大气和生物的相互作用,海水中溶解和悬浮着大量的

和

。按含量计,H、O、Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr等

种元素超过总量的99%,其他为微量元素,总计含有

多种元素。虽然海水中元素的种类很多,总储量很大,但许多元素的富集程度却很低。 课内探究

5

1.海水水资源的利用

【交流研讨】蒸馏法的历史最久,技术和工艺也比较成熟,是目前海水淡化的主要方法。为什么采用蒸馏法可将海水中的淡水提取出来?在组装蒸馏实验装置时,需要注意什么问题?

【迁移应用1】下列海洋资源中属于可再生资源的是(

) A.海底石油、天然气

B.潮汐能

C.滨海砂矿

D.锰结核

【迁移应用2】下列哪种方法不能实现海水的淡化(

) A.蒸馏法

B.电渗析法

C.离子交换法

D.电解法

2.海水化学资源的开发利用

(1)海水制盐

主要包括提取

和从海水中制取镁、钾、溴及其化工产品,另外还从海水中获得其他物质和能量。 (2)海带提碘

【实验42】我们知道海带中含有碘元素,怎样通过实验证明海带中确实存在碘元素呢?(提示:海带灼烧后的灰烬中碘元素以I-的形式存在,H2O2可以将I-氧化为碘单质。) 请同学们不要阅读课本,思考如何证明海带中确实含有碘元素?写出流程。

实验现象:

;

实验结论:

。 【思考】①海带为什么不能用水冲洗?海带剪碎后,为什么要用酒精润湿? ②反应2KI+H2O2+H2SO4I2+K2SO4+2H2O中氧化剂、还原剂分别是什么物质?许多氧化剂都可以氧化I-,用H2O2有什么好处?

(3)海水提溴

将Br-转变为Br2是海水提溴中关键的化学反应(见资料卡片“海水提溴”),你能否设计一个实验方案模拟这一生产过程?写出有关反应的化学方程式。

6

【迁移应用3】下列属于海水化学资源利用的是(

) A.海水淡化

B.海水提盐

C.海水提溴

D.海水发电

【随堂检测】

1.水资源非常重要。下列关于水的说法中错误的是(

) A.蒸馏法是海水淡化的方法之一

B.淡水的密度小于海水的密度

C.融化的雪水中矿物质含量比深井水中的少

D.0 ℃以上,温度越高,水的密度越小

2.下列说法中不正确的是(

) A.海洋是一个远未完全开发的巨大化学资源宝库

B.海水中金的储存量约为陆地的170倍,但它的富集程度却很低

C.从海水中可以提取铀和重水等核原料

D.海水中的溴、氟等元素均为微量元素,但仍有提取的价值

3.海水提溴过程中将Br-氧化成Br2,可向其中加入氧化剂,合适的是(

) A.酸性KMnO4溶液

B.氯水

C.FeCl3溶液

D.碘水

4.向含有KBr和KI的混合溶液里通入足量的Cl2,充分反应后将溶液蒸干,并将剩余的残渣灼烧,最终留下残渣,则最终残渣的成分是(

) A.KCl、KBr B.KCl、I2

C.Br2、I2

D.KCl 5.由海水制备无水氯化镁,主要有以下步骤:①在一定条件下脱水干燥,②加熟石灰,③加盐酸,④过滤,⑤浓缩结晶。其先后顺序正确的是(

) A.②④⑤③①

B.③②④①⑤

C.③④②⑤①

D.②④③⑤①

6.海水淡化的方法有多种,其中历史最久、技术和工艺较完善的主要方法是(

) A.蒸馏法

B.电渗析法

C.离子交换法

D.冷冻法

7.海带中含碘元素。从海带中提取碘有如下步骤:①通入足量Cl2,②将海带焙烧成灰后加水搅拌,③加CCl4振荡,④用分液漏斗分液,⑤过滤。合理的操作顺序是(

) A.①②③④⑤

B.②⑤①③④

C.①③⑤②④

D.②①③⑤④

8.下列说法不正确的是(

) A.从海带中提取碘单质的过程涉及氧化还原反应

B.往淡水中加入NaCl等配成人造海水,可用于海产品的长途运输

C.赤潮主要是由工农业生产和生活废水引起沿海水域的富营养化而造成的

D.海洋经济专属区的资源开发可获得Fe、Co、K、Au、Mg、B等金属

9.从海水中提取下列物质,可以不涉及化学变化的是(

) A.镁

B.氯化钠

C.溴

D.钾

【参考答案】

自主学习

1.(1)海水的淡化

直接利用海水进行循环冷却

(2)盐

(3)蒸馏法

电渗析法

离子交换法

蒸馏

2.无机物

有机物

13

80

7

课内探究

1.【交流研讨】

蒸馏法原理:加热到水的沸点,液态水变为气态水与海水中的盐分离,水蒸气再经过冷凝就得到了淡水。

注意问题:(1)圆底烧瓶不能直接加热,需要垫石棉网; (2)需要加入沸石,防止暴沸; (3)冷却水的方向应下进上出; (4)圆底烧瓶中溶液体积不超过容积的二分之一并且不少于三分之一。

【迁移应用1】B 【迁移应用2】D 2.(1)氯化钠

(2)证明海带中含有碘元素的流程:获得I-的溶液——转化为碘单质——用淀粉检验。

加入几滴淀粉溶液,溶液变蓝

证明海带中含有碘元素

【思考】

①海带中含有易溶于水的I-,如果用水冲洗,容易使I-流失,影响实验效果。酒精润湿海带,有助于海带的充分燃烧。

②氧化剂为H2O2,还原剂为KI。用H2O2的好处:一是绿色氧化剂,无污染;二是颜色变化明显,便于观察。

(3)生产流程:①把氯气通入预先酸化的浓缩海水中;②通入空气和水蒸气将溴单质从海水中吹出来;③吹出来的溴蒸气用吸收塔吸收,使溴蒸气与吸收剂SO2反应生成氢溴酸;④最后用氯气将氢溴酸氧化得到溴单质。

化学方程式: 2NaBr+Cl22NaCl+Br2

Br2+SO2+2H2O2HBr+H2SO4

2HBr+Cl2Br2+2HCl 【迁移应用3】BC 随堂检测

1.解析:因海水蒸馏时水变成水蒸气逸出,然后再冷凝得到淡水,海水中的离子并不会随水蒸气一同蒸出,因此海水可通过蒸馏得到淡水,A项正确;海水中由于含有许多盐类物质,密度要大于淡水,B项正确;雪是空气中的水蒸气遇冷形成的,因此融化的雪水中没有矿物质离子,而井水中溶有矿物质离子,C项正确;水的密度4 ℃时最大,D项错误。

答案:D 2.解析:海水中的溴和氟元素均为常量元素,所以D项错误。

答案:D 3.解析:Fe3+和I2的氧化性都不如Br2的强,C项、D项不正确;酸性KMnO4溶液能氧化Br-,但不适合工业生产用,KMnO4价格比较贵。

答案:B 4.解析:由于还原性I-强于Br-,因此通入的氯气首先与I-反应,然后再与Br-反应,因氯气足量,并且溴、碘单质易挥发或升华,所以最终得到KCl。

答案:D 5.解析:要从海水中得到无水MgCl2,首先要加熟石灰得到Mg(OH)2沉淀,然后过滤,再将沉淀加盐酸溶解,得到MgCl2溶液,然后对溶液浓缩结晶,再对晶体脱水干燥即可。

答案:D

8