08高考化学开发利用金属矿物测试

第四章化学与可持续发展第一讲开发利用金属矿物和海水资源复习重点：了解化学方法在金属矿物开发（主要是金属冶炼）及海水资源开发中的作用。复习难点：学生在掌握金属冶炼的一般原理基础上，了解适用于不同金属的冶炼方法。知识梳理一、金属的冶炼：金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中还原出来的生产过程。金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法。总的说来，金属的性质越稳定，越容易将其从化合物中还原出来。金属冶炼的方法主要有：1、热分解法：对于＿＿＿金属，可以直接用＿＿＿＿＿方法将金属从其化合物中还原出来，例如：＿HgO＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；＿Ag2O＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。2、热还原法：在金属活动性顺序表中处于＿＿＿位置的金属，通常是用还原剂（＿＿、＿＿、＿＿、＿＿＿等）将金属从其化合物中还原出来，例如：Fe2O3+CO＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；WO3+H2＿＿＿＿＿＿＿＿；ZnO+C＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；MgO+C＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；Fe2O3+Al＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；Fe+CuSO4=＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。3、电解法活泼金属较难用还原剂还原，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，例如：2NaCl（熔融）2Na+Cl2↑；MgCl2（熔融）＿＿＿＿＿＿；2Al2O3＿＿＿＿＿＿。一些对纯度要求较高的不活泼金属也可以采用电解其盐溶液的方法来进行冶炼，例如：2CuSO4+2H2O2Cu+2H2SO4+O2↑4、有些金属可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来，例如：Cu2S+O2高温＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。二、海水资源的开发利用1、海水资源的开发的方案(1)从海水中提取淡水——海水淡化，海水淡化的方法主要有＿＿＿法、＿＿＿＿法、＿＿法等。(2)海水制盐(3)从海水中提取＿、＿、＿、＿等化工产品(4)从海水中获取＿＿＿＿作为核能开发的重要原料(5)从海水中获取其他物质和能量。2．从海水中提取物质的方法海水中含有的各种元素的特点：种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。例如：(1)从海水中提取溴的主要工艺流程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＿＿＿转化为＿＿＿：2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl③向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到＿＿的目的：＿Br2+＿SO2+＿H2O=＿＿＿＿＿＿＿＿＿。④向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。⑤用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。(2)进行从海带中提取碘实验的反应原理及应注意的问题①反应原理：海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2，再萃取出来。如用H2O2做氧化剂，反应的离子方程式是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。②实验注意事项海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；用干海带从而易于燃烧；灼烧海带的地方要注意通风。疑难点拨一、金属冶炼与金属活动性顺序表根据金属离子得电子能力不同而采用不同的方法。金属的活动顺序：KCaNaMgAlZnFeSnPb（H）CuHgAgPtAu金属原子失电子能力强→弱金属离子得电子能力弱→强主要冶炼方法电解法热还原法热分解法1、电解法：(熔融)：活泼金属(K～Al)的冶炼常采用电解它的熔盐或氧化物的方法。2、还原剂法(高温)：金属活动性顺序表中Zn～Cu之间的金属冶炼常采用此法。常用的还原剂有H2(CuO→Cu)、C(ZnO→Zn)、Na(TiCl4→Ti)、Al(Cr2O3→Cr)、CO(Fe2O3→Fe)等。3、加热法：用于冶炼不活泼金属Hg、Ag2HgO2Hg＋O2↑，HgS＋O2Hg＋SO2，Ag2S＋O22Ag＋SO24、湿法：Fe＋CuSO4＝FeSO4＋Cu↓5、物理法：Au、Pt在自然界中主要以游离态存在，利用密度。二、溴的制取1、工业制溴（以海水为原料）Ⅰ、通Cl2气将化合态的溴氧化成单质溴：Cl2+2Br-===2Cl-+Br2Ⅱ、以硫酸酸化，NaBr与NaBrO3发生反应，结果化合态的溴转化为溴单质5Br-+BrO3-+6H+═══3Br2+3H2O2、实验室制溴一般用NaBr、浓H2SO4、MnO2共热，即：2NaBr+2H2SO4(浓)+MnO2Na2SO4+MnSO4+Br2+2H2O典例剖析【例1】冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气（或氢气，或一氧化碳）法；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有（Ⅰ）火烧孔雀石炼铜；（Ⅱ）湿法炼铜；现代有（Ⅲ）铝热法炼铬；（Ⅳ）从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是A、（Ⅰ）用①B、（Ⅱ）用②C、（Ⅲ）用③D、（Ⅳ）用④解析：对于（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）、（Ⅳ）发生的反应分别是(Ⅰ)，符合①(Ⅱ)，适合于③(Ⅲ)，适合于③(Ⅳ)先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2，MgCl2Mg+Cl2↑，符合④。综上分析，本题答案为B。【例2】海水是取之不尽的化工原料资源，从海水中可提取各种化工原料。下图是工业上对海水的几项综合利用的示意图：试回答下列问题：1、粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SO42－等杂质，精制时所用试剂为：A盐酸；BBaCl2溶液；CNaOH溶液；DNa2CO3溶液。加入试剂的顺序是。2、电解饱和食盐水时，与电源正极相连的电极上发生的反应为。与电源负极线连的电极附近溶液pH（变大、不变、变小）。若1mol电子的电量为96500C，则用电流强度为100A的稳恒电流持续电解3分13秒，则在两极上共可收集到气体mL（S.T.P）。若保证电解后饱和食盐水的浓度不变，则可采取的方法是。3、由MgCl2·6H2O晶体脱水制无水MgCl2时，MgCl2·6H2O晶体在气氛中加热脱水，该气体的作用是。4、电解无水MgCl2所得的镁蒸气可以在下列气体中冷却。AH2BN2CCO2DO2解析：1、BCDA或CBDA该小题属离子除杂题。除杂原则是在除去Ca2＋、Mg2＋、SO42－时，不能带入杂质离子。所以，解此题的关键是把握好加入离子的顺序：①Ba2+必须在CO32－之前加入；②CO32－、OH－必须在H+之前加入，所以B、C不分先后，而D、A本身既分前后，又必须放在B、C之后才能满足条件。2、2Cl－－2e→Cl2变大4480措施是向电解液中通入一定量的HCl气体电解饱和食盐水时，与正极相连的阳极发生的反应是2Cl－－2e—→Cl2，与负极相连的阴极发生的反应是：2H＋＋2e—→H2。H+不断消耗，使得溶液中[OH－]增大，pH变大。电解中外溢的是Cl2、H2，所以要确保原溶液浓度不变，只能向体系中通入一定量的HCl气体以补足损失的H、Cl原子。易错处是加入盐酸，使溶液浓度变小。3、HCl抑制水解平衡MgCl2＋H2OMg(OH)Cl＋HCl正向进行4、A【例3】（2004年全国高考）粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。进行如下实验：①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；②另取20gA全部溶于0.15L6.0mol·L-1盐酸中，得溶液C；③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出1.12L(标况)气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色；请填空：(1)①中引发铝热反应的实验操作是。产物中的单质B是。(2)②中所发生反应的反应的化学方程式是。(3)③中所发生的各反应的离子方程式是。(4)若溶液D的体积仍视为0.15L，则该溶液中c（Mg2＋）为，c（Fe2＋）为。解析：MgO不能与铝发生置换反应，所以①发生的反应是Fe2O3+2Al高温2Fe+Al2O3②中发生的反应是Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，MgO+2HCl=MgCl2+H2O③中发生的反应是Fe+2FeCl3=3FeCl2，Fe+2HCl=FeCl2+H2↑④中加入KSCN溶液不变色，说明Fe3+完全被还原为Fe2＋，溶液D为MgCl2、FeCl2的混合液。根据题意假设20gA中MgO和Fe2O3的物质的量均为x，则：40g·mol-1x+160g·mol-1x=20g，解得x=0.1mol。溶液中Mg2＋的物质的量等于MgO的物质的量，c（Mg2≠）=Lmol15.01.0=0.67mol·L-1反应后原加入的盐酸中的Cl-全部转移到FeCl2和MgCl2中，Cl-守恒，所以溶液D中n（Cl-）=n（Mg2＋）×2+n（Fe2+）×2=6.0mol·L-1×0.15L=0.9moln（Fe2＋）=221.09.0molmol=0.35mol所以c（Fe2＋）=Lmol15.035.0=2.3mol·L-1答案：（1）加少量KClO3，插上镁条并将其点燃；Fe（2）Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，MgO+2HCl=MgCl2+H2O（3）Fe+2H＋=Fe2＋+H2↑；Fe+2Fe3＋=3Fe2＋（4）0.67mol·L-1；2.3mol·L-1【例3】某化学课外小组用海带为原料制取了少量的碘水。现有CCl4从碘水中萃取碘并用分液漏斗分离出两种溶液。其实验操作可分解为如下几步：(A)把盛有溶液的分液漏斗放在铁架台的铁圈中；(B)把50mL碘水和15mLCCl4加入分液漏斗中，并盖好玻璃塞；(C)检验分液漏斗活塞上的玻璃塞是否漏液；(D)倒转漏斗用力振荡，并不时旋开活塞放气，最后关闭活塞，把分液漏斗放正；(E)旋开活塞，用烧杯接收溶液；(F)从分液漏斗的上口倒出上层水溶液；(G)将漏斗上口的玻璃塞打开，使凹槽对准小孔；(H)静置，分层。(1)正确的操作顺序是：_____→_____→_____→(A)→(G)→_____→(E)→(F)。(用编号字母填写)。(2)上述(E)步骤的操作应注意：________________________________________。上述(G)步骤操作的目的是_____________________________________________。(3)能用CCl4萃取碘的原因是__________________________________________。(4)下列物质，不能用作从溴水中萃取溴的溶剂是____________。(A)苯(B)四氯化碳(C)酒精(D)碘化钾解答：⑴(C)(B)(D)(A)(G)(H)(E)(F)⑵使漏斗下端管口紧靠烧杯内壁，及时关闭活塞，不让上层液体流出使漏斗内外空气相通，以保证进行E操作时漏斗里液体能顺利流出⑶CCl4与水互不相溶，而且碘在CCl4中的溶解度比在水中的大得多⑷苯及四氯化碳都是典型的有机溶剂，都能溶解溴，且都不溶于水，因而都可做溴的萃取剂，而酒精、碘化钾都溶于水，不能与水分层，所以不能做溴水的萃取剂，选(C)、(D)。知能训练一、选择题1、我国古代湿法炼铜的反应原理是（）A、OHCuHCuO22B、2COCuCOCuOC、44FeSOCuFeCuSOD、22COCuCCuO高温2、人类历史上大量生产和使用铝、钛、铁、铜四种金属单质的时间顺序是（）A、铜、铁、铝、钛B、铁、铝、钛、铜C、铜、铁、钛、铝D、铁、铜、铝、钛3、某地区一座大型钢铁厂搬迁后，附近居民将不再受到该厂生产的红棕色烟雾的困扰。你估计这一空气污染物中可能含有（）A、ＦeO粉尘B、52OP粉尘C、43OFe粉尘D、2SiO粉尘4.在冶金工业上，均不能用通常化学还原剂制得的一组金属是()A.Na、Mg、AlB.Na、K、Zn、FeC.Zn、Fe、Cu、AgD.Mg、Al、Zn、Fe5.单质A从B的盐溶液中置换出单质B，则下列说法中不正确的是()A.当A、B都是金属时，A一定比B的金属活动性强B.当A、B都是非金属时，A一定比B的非金属活动性强C.当A是金属时，B可能是金属，也可能是非金属D.当A是非金属时，B可能是金属，也可能是非金属6.海水中含有氯化镁，是镁的重要来源之一。从海水中提取镁，可按照如下步骤进行：①