2019-2020年高考化学一轮复习 专题5.1 开发利用金属矿物和海水资源（金属综合）讲案（含解析）.doc

2019-2020年高考化学一轮复习 专题5.1 开发利用金属矿物和海水资源（金属综合）讲案（含解析）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。基础知识回顾：一、合金的概念及其重要应用1、合金（1）概念：合金是指两种或两种以上的金属(或金属与非金属)熔合而成的具有金属特性的物质。（2）性能：合金具有不同于各成分金属的物理、化学性能或机械性能。熔点：一般比它的各成分金属的低；硬度和强度：一般比它的各成分金属的大。2、常见金属材料金属材料（1）重要的黑色金属材料钢钢是用量最大、用途最广的合金。钢（2）几种有色金属材料【典型例题1】钛和钛的合金被誉为“21世纪最有发展前景的金属材料”，它们具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、耐腐蚀等，尤其是钛合金与人体器官具有很好的“生物相容性”。根据它们的主要性能，下列用途不切合实际的是 ()A用来做保险丝B用于制造航天飞机C用来制造人造骨D用于家庭装修，做钛合金装饰门【迁移训练1】铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装潢材料，主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等。下列与这些用途无关的性质是()A不易生锈 B导电性好C密度小 D强度高二、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：Mnne=M。3、金属冶炼的一般步骤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K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、AgPt、Au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物理方法（1）热分解法例如：2HgO2HgO2，2Ag2O4AgO2。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）热还原法冶炼金属焦炭还原法。例如：C还原ZnO、CuO，。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。5、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：2mAl3MnOm mAl2O33nM（2）实验(以Al和Fe2O3的反应为例)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。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。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：Fe2O32Al2FeAl2O3。（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）应用在生产上，可用于焊接钢轨等。在冶金工业上用于冶炼难熔金属。（5）铝热剂在铝热反应中，反应混合物(铝、金属氧化物)称为铝热剂。能与Al组成铝热剂的金属氧化物常见的有Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、MnO2、V2O5等。【典型例题2】下列有关金属的工业制法中正确的是()A制钛：用金属钠置换氯化钛(TiCl4)溶液中的钛B炼铁：用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中铁的氧化物C制钠：用海水为原料制得精盐，再电解纯净的NaCl溶液D炼铜：用黄铜矿经电解精炼得到纯度为99.9%的铜【迁移训练2】xx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2MoS27O22MoO34SO2；MoO32NH3H2O=(NH4)2MoO4H2O；(NH4)2MoO42HCl=H2MoO42NH4Cl；H2MoO4MoO3H2O；用还原剂将MoO3还原成金属钼。则下列说法正确的是()AMoS2煅烧产生的尾气可直接排入空气中BMoO3是金属氧化物，也是碱性氧化物CH2MoO4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332【答案】D三、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MgCl2Ca(OH)2=Mg(OH)2CaCl2Mg(OH)22HCl=MgCl22H2OMgCl26H2OMgCl26H2OMgCl2(熔融)MgCl23、海水提溴（1）工艺流程：海水 Br2(l)（2）原理用蒸馏法将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化。向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：2BrCl2=Br22Cl。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：Br2SO22H2O=2HBrH2SO4。向吸收塔内溶液中通入适量的氯气：2HBrCl2=2HClBr2。用四氯化碳(或苯)萃取吸收塔内溶液中的溴单质。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：Cl22KI=2KClI2。5、氯碱工业以氯碱工业以电解饱和食盐水为基础的化工生产及产品的工业。（1）食盐水精制由于粗盐水中含有泥沙、Cu2+、Mg2+、Fe3+、SO杂质，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：加入Na2CO3溶液以除去Ca2+： Ca2+CO=CaCO3加入NaOH溶液以除去Mg2+、Fe3+等：Mg2+2OH-Mg(OH)2；Fe3+3OH-Fe(OH)3为了除去SO，可以先加入BaCl2溶液，然后再加入Na2CO3溶液以除去过量的Ba2+： Ba2+ SO=BaSO4Ba2+CO=BaCO3这样处理后的盐水仍含有一些Ca2+、Mg2+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Ca2+、Mg2+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。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上图所示：（3）基本原理电解饱和食盐水的总反应可以表示为：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）【典型例题3】(2011江苏，9)NaCl是一种化工原料，可以制备一系列物质(如下图)。下列说法正确的是()A25 ，NaHCO3在水中的溶解度比Na2CO3的大B石灰乳与Cl2的反应中，Cl2既是氧化剂，又是还原剂C常温下干燥的Cl2能用钢瓶贮运，所以Cl2不与铁反应D图中所示转化反应都是氧化还原反应【迁移训练3】空气吹出法工艺，是目前“海水提溴”的最主要方法之一。其工艺流程如下：（1）步骤的离子方程式：_。（2）步骤中溴蒸气冷凝后得到液溴与溴水的混合物，可利用它们的相对密度相差很大的特点进行分离。分离仪器的名称是_。（3）溴水混合物中溶有一定量的氯气，因此在步骤中可将蒸馏产生的气体通过_(填试剂名称)溶液，以除去氯气。（4）步骤的蒸馏过程中，温度应控制在8090 。温度过高或过低都不利于生产，请解释原因：_。（5）步骤中用硫酸酸化可提高Cl2的利用率，理由是_。（6）提取溴单质，采用蒸馏“溴水混合物”而不是蒸馏“溴水混合物”，请说明原因：_。考点详析：考点：化工流程题目在流程上一般分为3个过程：1、原料处理阶段的常见考点与常见名词加快反应速率溶解：通常用酸溶。如用硫酸、盐酸、浓硫酸等水浸：与水接触反应或溶解浸出：固体加水(酸)溶解得到离子浸出率：固体溶解后，离子在溶液中含量的多少(更多转化)酸浸：在酸溶液中反应使可溶性金属离子进入溶液，不溶物通过过滤除去的溶解过程灼烧、焙烧、煅烧：改变结构，使一些物质能溶解，并使一些杂质高温下氧化、分解控制反应条件的方法2、分离提纯阶段的常见考点调pH值除杂a控制溶液的酸碱性使其某些金属离子形成氢氧化物沉淀例如：已知下列物质开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示物质开始沉淀沉淀完全Fe(OH)32.73.7Fe(OH)27.69.6Mn(OH)28.39.8若要除去Mn2溶液中含有的Fe2，应该怎样做？提示：先用氧化剂把Fe2氧化为Fe3，再调溶液的pH到3.7。b调节pH所需的物质一般应满足两点：能与H反应，使溶液pH值增大；不引入新杂质。例如：若要除去Cu2溶液中混有的Fe3，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物质来调节溶液的pH值。试剂除杂加热：加快反应速率或促进平衡向某个方向移动如果在制备过程中出现一些受热易分解的物质或产物，则要注意对温度的控制。如：侯氏制碱中的NaHCO3；还有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(浓)等物质。降温：防止某物质在高温时会溶解(或分解)、为使化学平衡向着题目要求的方向移动萃取3、获得产品阶段的常见考点洗涤(冰水、热水)洗去晶体表面的杂质离子，并减少晶体在洗涤过程中的溶解损耗。蒸发、反应时的气体氛围抑制水解：如从溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶质时，应在HCl的气流中加热，以防其水解。蒸发浓缩、冷却结晶：如除去KNO3中的少量NaCl。蒸发结晶、趁热过滤：如除去NaCl中的少量KNO3。重结晶4、其他常见考点化学方程式实验仪器计算信息 【典型例题4】(xx广东理综，32)难溶性杂卤石(K2SO4MgSO42CaSO42H2O)属于“呆矿”，在水中存在如下平衡：K2SO4MgSO42CaSO42H2O(s)2Ca22KMg24SO2H2O为能充分利用钾资源，用饱和Ca(OH)2溶液溶浸杂卤石制备硫酸钾，工艺流程如下：（1）滤渣主要成分有_和_以及未溶杂卤石。（2）用化学平衡移动原理解释Ca(OH)2溶液能溶解杂卤石浸出K的原因：_。（3）“除杂”环节中，先加入_溶液，经搅拌等操作后，过滤，再加入_溶液调滤液pH至中性。（4）不同温度下，K的浸出浓度与溶浸时间的关系见右图。由图可得，随着温度升高，_，_。【迁移训练4】铝是重要的金属材料，铝土矿(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3杂质)是工业上制取铝的原料。实验室模拟工业上以铝土矿为原料制取Al2(SO4)3和铵明矾晶体NH4Al(SO4)212H2O的工艺流程如图所示：请回答下列问题：（1）固体a的化学式为_，中通入足量CO2气体发生反应的离子方程式为_。（2）由制取铵明矾溶液的化学方程式为_，从铵明矾溶液中获得铵明矾晶体的实验操作依次为(填操作名称)_、冷却结晶、过滤洗涤。（3）以1 000 kg含氧化铝36%的铝土矿为原料制取Al2(SO4)3，需消耗质量分数98%的硫酸(密度1.84 gcm3)_ L(保留一位小数)。（4）若同时制取铵明矾和硫酸铝，通过控制硫酸的用量调节两种产品的产量。若欲使制得的铵明矾和硫酸铝的物质的量之比为11，则投料时铝土矿中的Al2O3和H2SO4的物质的量之比为_。