归纳与整理教学设计及教案分析

化学与自然资源的开发利用

第一课时 开发利用金属矿物和海水资源

复习目标：

1、了解金属冶炼的基本方法，能够选择合理的方法冶炼金属。

2、掌握海水资源的综合开发与利用。能够从海水中得到Mg、I2、Br2等物质。了解氯碱工业。

教学重点：金属冶炼的基本方法，海水资源的综合开发与利用

教学难点：海水资源的综合开发与利用

基础知识：

一、金属的冶炼

1．金属在自然界中存在的形态

除了Au、Pt等极少数金属外，绝大多数金属以化合态的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。

2．金属冶炼的实质

使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程：M＋ne=M。

3．金属冶炼的一般步骤

n＋－

4．金属冶炼方法

金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系

金属的活动性顺序

金属原子失电子能力

金属离子得电子能力

主要冶炼方法

(1)热分解法

△△例如：2HgO=====2Hg＋O2↑，2Ag2O=====4Ag＋O2↑。

用热分解冶炼法冶炼金属的特点是：金属元素的金属性弱，金属元素的原子难失去电子，其金属离子容易得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性较差。

(2)热还原法冶炼金属

①焦炭还原法。例如：C还原ZnO、CuO，。

②一氧化碳还原法。例如：CO还原Fe2O3、CuO。

(3)电解法冶炼金属

例如：Al2O3、MgCl2、NaCl的电解反应。

【铝热反应】

(1)本质

利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来：

电解法

K、Ca、Na、Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu 强―→弱

弱―→强

热还原法

热分解法

物理方法

Hg、Ag Pt、Au

高温2mAl＋3MnOm=====

mAl2O3＋3nM (2)实验(以Al和Fe2O3的反应为例) ①实验过程

a．把两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起使四周都有四层。把内层滤纸取出，在其底部剪一个孔，用水润湿，再套回架在铁圈上的玻璃漏斗上(如图所示)，下面放置一盛沙子的蒸发皿。

b．把5 g干燥的氧化铁粉末和2 g铝粉混合均匀，放在纸漏斗上，上面加少量氯酸钾固体并在混合物中间插一根镁条。

c．用燃着的小木条点燃镁条，观察发生的现象。

②实验现象：当外露部分镁条刚刚燃毕时，纸漏斗内的混合物立即剧烈反应，发出耀眼的光芒，产生大量的烟。纸漏斗被烧破，有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体。

高温③实验结论：在高温下，铝与氧化铁反应，放出大量的热，化学方程式：Fe2O3＋2Al=====2Fe＋Al2O3。

(3)反应特点

在高温下进行，反应迅速，放出大量的热。新生成的金属单质呈液态且易与Al2O3分离。

(4)应用

①在生产上，可用于焊接钢轨等。

②在冶金工业上用于冶炼难熔金属。

(5)铝热剂

①在铝热反应中，反应混合物(铝、金属氧化物)称为铝热剂。

②能与Al组成铝热剂的金属氧化物常见的有Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、MnO2、V2O5等。

二、海洋资源的开发利用

1．海水淡化

(1)海水淡化途径：通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去。

(2)海水淡化的方法及其特点

海水淡化的方法主要有蒸馏法(如图所示)、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善，但成本较高。

2．海水中镁的提取

(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

HClMgCl2·6H2O=====MgCl2＋6H2O↑

△电解MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl2↑

3．海水提溴

除去悬浮浓缩氧化剂提取(1)工艺流程：海水———→

——→

———→

——→Br2(l) 杂质氧化(2)原理

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。

⑥若要得到纯净的液溴，采用的分离方法是蒸馏。

4．海带中碘的提取

(1)流程

－－

(2)主要化学原理：Cl2＋2KI=2KCl＋I2。

5．氯碱工业

以氯碱工业为基础的化工生产及产品的主要用途见下图。

（1）食盐水精制

2-2+2+3+由于粗盐水中含有泥沙、Cu、Mg、Fe、SO

杂质，4不符合电解要求，因此必须经过精制。

精制食盐水时经常加入Na2CO3、NaOH、BaCl2等，使杂质成为沉淀过滤除去，然后加入盐酸调节盐水的pH。例如：

2-2+2+

加入Na2CO3溶液以除去Ca： Ca+CO =CaCO3↓

3

加入NaOH溶液以除去Mg、Fe等：Mg＋2OH＝Mg(OH)2↓；Fe＋3OH＝Fe(OH)3↓

2-为了除去SO

，可以先加入BaCl2溶液，然后再加入4Na2CO3溶液以除去过量的Ba： 2-2+Ba+ SO =BaSO4↓

42+3+-2+3+2+-

2-2+Ba+CO =BaCO3↓

3

这样处理后的盐水仍含有一些Ca、Mg等金属离子，由于这些阳离子在碱性环境中会生成沉淀，损坏离子交换膜，因此该盐水还需送入阳离子交换塔，进一步通过阳离子交换树脂除去Ca、Mg等。这时的精制盐水就可以送往电解槽中进行电解了。

（2）离子交换膜法电解

阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许Na通过，而Cl、OH和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。

+--2+2+2+2+

精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室。通电时，H2O在阴极表面放电生成H2，Na穿过离子膜由阳极室进入阴极室，导出的阴极液中含有NaOH；Cl则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水从阳极导出，可重新用于配制食盐水。

离子交换膜法电解制碱的主要生产流程可以简单表示如下图所示：

（3）基本原理

电解饱和食盐水的总反应可以表示为：

电解2NaCl+2H2O===== 2NaOH+H2↑+Cl2↑

阳极反应：2Cl－2e=Cl2↑（氧化反应）

阴极反应：2H＋2e＝H2↑（还原反应）

例题精讲：

【例1】（2009天津）（18分）海水是巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列。从海水中提取食盐和溴的过程如下：

+---+-

（1）请列举海水淡化的两种方法： 、 。

（2）将NaCl溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有H2、 、 、或H2、 。

（3）步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br，其目的为 。

（4）步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95％，有关反应的离子方程式为 ，由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是 。

（5）某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法，查阅了有关资料，Br2的沸点为59℃。微溶于水，有毒性和强腐蚀性。他们参观生产过程后，了如下装置简图：

请你参与分析讨论：

①图中仪器B的名称： 。

②整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因是 。

③实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件： 。

④C中液体产生颜色为 。为除去该产物中仍残留的少量Cl2，可向其中加入NaBr溶液，充分反应后，再进行的分离操作是 。

〖答案〗（1）蒸馏法、电渗析法、离子交换法及其其他合理答案中的任意两种

（2）Cl2 NaOH NaClO （3）富集溴元素

（4）Br2＋SO2＋2H2O=4H＋SO4＋2Br 强酸对设备的严重腐蚀

（5）①冷凝管

②Br2腐蚀橡胶③控制温度计b的温度，并收集59℃的馏分④深红棕色 分液（或蒸馏）

【例2】（2010江苏）16.（10分）钡盐行业生产中排出大量的钡泥[主要含有BaCO3、BaSiO3、BaSO3、Ba(FeO2)2等。某主要生产BaCl2、BaCO3、BaSO4的化工厂利用钡泥制取Ba(NO3)2，其部分工艺流程如下：

＋2－－

（1）酸溶后溶液中pH=1，Ba(FeO2)2与HNO3的应化学方程式为 。

（2）酸溶时通常控制反应温度不超过70℃，且不使用浓硝酸，原因是 、 。

（3）该厂结合本厂实际，选用的X为 （填化学式）；中和Ⅰ使溶液中 （填离子符号）的浓度减少（中和Ⅰ引起的溶液体积变化可忽略）。

（4）上述流程中洗涤的目的是 。

〖答案〗（1）Ba(FeO2)2+HNO3=Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O （2）防止反应速率过快 浓HNO3易挥发、分解

（3）BaCO3；Fe、H

（4）减少废渣中可溶性钡盐对环境的污染

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