第一节 开发利用金属矿物和海水资源
海洋约占地球表面积的71%
海洋是人类赖以生存的资源宝库

上午8时8分
金属元素种类多，分布广，活动性差别大，在自然界的存在形式各异，少数不活泼金属以游离态存在（如金和铂等），多数金属以化合态存在。人们在生活和生产中使用的金属材料多是合金或纯金属，这就需要把金属从矿石中提炼出来，提炼的过程就是金属的冶炼过程。
课前自主学案
一、金属在自然界中的存在形式
1．金、铂等极少数金属以_________形式存在。
2．绝大多数金属以_________形式存在。在金属化合物中，金属元素都显_________。
游离态
化合态
正价
二、金属的冶炼
1．冶炼原理
金属冶炼的实质是根据____________反应，使金属矿物中的金属阳离子______电子生成金属单质的过程：
Mn＋＋ne－===M。
氧化还原
得到
金属的冶炼
自然界中的金属大都以化合态存在
用化学的方法把化合态的金属变成游离态
要考虑的问题
矿石的富集
合适的冶炼方法
如何精炼
K Ca Na Mg Al︱Zn Fe Sn Pb (H) Cu ︱Hg Ag︱Pt Au
电解法
热还原法
热分解法
物理
提取法
（C、CO、H2、Al等）
不同金属冶炼方法的选择归纳：
1.热分解法 有些不活泼金属仅用热分解法就能制得。 在金属活动性顺序表中，位于氢后面的某些金属的氧化物受热就能分解。
要根据金属的活动性顺序不同，采取不同的冶炼方法
2．电解法
在金属活动性顺序中，钾、钠、钙、铝等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，而只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。
3.热还原法
多数金属的冶炼过程属于热还原法
常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气
和活泼金属等
电解法
热还原法
热分解法
一、不同金属冶炼方法的选择
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag
离子氧化性
弱
强
归纳与总结
9、12
思考感悟
1．工业上利用电解熔融MgCl2来制取Mg，而MgO比MgCl2更易获得，为什么不电解熔融MgO制取镁呢？
(MgO的熔点：2852 ℃，MgCl2的熔点：710 ℃)
【提示】　由于MgO的熔点远远高于MgCl2的熔点，将MgO熔融需要能量较多，所以采用电解熔融MgCl2的方法制取Mg，冶炼金属也要考虑节能减排。
练 习
1.下列各组金属最适合用 H2 或 CO 把它
从化合物中还原出来的是
A. Ca、Mg B. Al、Fe
C. Fe、Cu D. Hg、Ag
2.列金属氧化物不能用焦炭还原的是
解题思路: 碳的还原性一般介于A1～Zn 之间， 故一般比碳还原性强的金属，不能用碳还原。
A. CaO B. Ag2O C. CuO D. Fe2O3
C
A
3、下列各种冶炼方法中，可以制得相应金属
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
4、根据金属在金属活动顺序表中的位置
及性质，推测制取下列金属最适宜的方法：
① Na ② Zn
③ Hg ④ Au
C
电解法
加热还原法
加热分解法
物理提取法
实验4－1
铝热反应 p89
1、镁条的作用是什么？
2、氯酸钾的作用是什么？
问题
引燃剂
反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中。
铝热剂
反应现象：剧烈反应，发出强光，纸漏 斗被烧穿，沙子上落有黑色铁珠。
结论：铝是常用的还原剂，在一定的条件下与某些金属氧化物反应，把其中的金属还原成单质。
其它铝热反应
铝热反应的应用
铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨等。在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝与金属氧化物反应，冶炼钒、铬、锰等等高熔点金属
金属的回收和资源保护
1、回收金属的意义：
（1）节约矿物资源；（2）节约能源；
（3）减少环境污染
以铝为例，生产一吨原铝至少要消耗四吨铝土矿资源。当前全球原铝的年产量约2500万吨，年消耗铝土矿超过一亿吨，如果照此发展下去，地球上的铝土矿资源就会越来越少，直至有一天枯竭。如果人类消费的铝能够回收利用，只要回收利用量达到产量的二分之一，每年就将减少铝土矿消耗量约5000万吨，这对保护全球铝土矿资源具有极为重要的意义。其次，利用废杂原料生产一吨合金铝锭与用铝土矿原料生产一吨原铝锭相比，可以节省95％以上的能源消耗。
你知道吗？
据有关资料统计，
每生产一吨原铝锭需要消耗能源213．2TJ(电能约占82％)，而生产一吨再生铝合金锭所需能源消耗为5．5TJ(燃料约占80％)，仅为原铝锭生产能源消耗的2．6％，优势比较明显。由于铝可以反复循环使用，从再生铝废料中再生产铝，其节能效果更加显著。另外，再生铝生产中二氧化碳的产生量和排放量与原铝生产相比，大为减少。有资料统计，再生铝生产可比用水电生产原铝减少二氧化碳排放量91%，比用燃油发电减少二氧化碳排放量97％以上，比用煤发电减少的二氧化碳排放量更多，环保效益十分显著。
小资料
2、回收金属的实例
（1）废旧钢铁用于炼钢；（2）废铁屑用于制铁盐；
（3）定影液用于回收银
二、海水资源的开发利用
从太空观察地球，看到地球上有七片陆地“漂浮”在一大片蓝色的海洋之中
是“历史留给人类的资源储备”
海洋是美丽的， 也是富饶的
浩瀚的海洋是个巨大的资源宝库，它不仅孕育着无数的生命，还孕育着丰富的矿产，而海水本身含有大量的化学物质，又是宝贵的化学资源
海水中储有大量的化学物质，储量可观的就有80多种化学元素，其中70多种可以被人类提取利用，海洋是地球上最大的矿产资源库。全世界每年都要从海洋中提取大量的食盐、镁、溴、碘、钾等有用物质，海水素有“液体工业原料”之美誉。
丰富的海洋资源
海洋生物资源
含80多种元素，以氢、氧、
氯、钠、镁、硫、钙、钾等
较多。被称为“元素的故乡”。
海水中铀多达45亿吨是已知陆地铀矿储量的4500倍。氘有50亿吨足够人类用上千万年
海水中的化学资源
海洋中的矿产资源
海水提Mg
海水淡化
海水提取NaCl
Br2的提取
海水综合利用联合工业体系一例
上午8时8分
海水资源的利用：
主要有：
1.海水中水资源的利用
海水的淡化（咸水 → 淡水）
2.直接利用海水进行循环冷却（作冷却
用水）
海水的淡化：
（1）海水淡化的途径:
◆从海水中提取淡水
◆从海水中分离出盐
（2）海水淡化的方法:p90
◆蒸 馏 法（最先使用，技术成熟，但成
本高）
◆电渗析法（成本低，但未能大量生产）
◆离子交换法（目前正迅速发展，但需要
不断更新离子交换树脂）
蒸馏法所用的装置及原理
◆原理： 加热到水的沸点,使水汽化变成水蒸气，再冷凝得淡水。
进
冷却水 出
煮
海
为
盐
2009·天津理综·9 改编
海水是一个巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，各大沿海城市均取得了一定的成效。下图是从海水中提取食盐和溴的过程：
(1)请列举海水淡化的两种方法：______________。
(2)将海水进行___________可得到粗盐；为除去粗盐中含有的SO42-、Ca2+、Mg2+等杂质，有如下操作：①溶解；②加过量的Na2CO3溶液； ③加过量的BaCl2溶液；④加适量的盐酸；⑤加过量NaOH溶液；⑥蒸发结晶；⑦过滤。正确的操作顺序：
_________________________________________。
①⑤③ ② ⑦④⑥ 或①③ ⑤ ② ⑦④⑥
或①③ ② ⑤⑦④⑥
蒸发结晶
粗盐提纯的基本原则
先溶解，再加沉淀剂；
先加BaCl2，再加Na2CO3；
先过滤，再加盐酸。
海水
蒸发
母液
Mg(OH)2
① MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2↓+ CaCl2
◆从海水中制金属镁
② Mg(OH)2 + 2HCl = MgCl2 + H2O
①
②
③
海水中提取溴的实验
实验方法：
（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。
（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。转化为氢溴酸
（4）向吸收塔中溶液内通入适量的氯气。最
后经蒸馏可得液溴 (用CCl4萃取)
从海水中提取溴
(3)步骤Ⅲ中已经获得Br2， 步骤Ⅳ中又将Br2还原为Br－，其目的为_____________。
富集溴元素
以增大浓度为目的
海水中提取溴实验的方程式
2NaBr + Cl2 = Br2 + 2NaCl
上面置换反应得到的 Br2 的浓度
很低，难以收集，用空气吹出 Br2 后
用 SO2 吸收，使溴得到富集，
Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4
2HBr + Cl2 = Br2 + 2HCl
如何证明海带中存在碘元素? [实验4-2]
（一）实验方法：
（1）称取3g干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净
（不要用水洗，有 I-）。 将海带剪碎，用酒精润
湿（便于灼烧）后，放在坩埚中。 （2）用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完全成灰，
停止加热，冷却。 （3）将海带灰转移到小烧杯中，向烧杯中加入10ml蒸馏
水，搅拌，煮沸2min－3min，使可溶物溶解，过滤。 （4）向滤液中滴入几滴硫酸，再加入约1ml H2O2溶液，
观察现象。取少量上述滤液，滴加几滴淀粉溶液，
观察现象。
(二)实验现象：
加入H2O2溶液后，溶液颜色变为深黄
色；加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色。
(三) 化学方程式：
2KI + H2O2 + H2SO4 = I2+ K2SO4 + 2H2O
海水综合利用联合工业体系一例 p92
由于镁很活泼，是还原性很强的金属，所以加热时能与许多气体物质反应。如空气、二氧化碳、氮气等，但不与氢气和稀有气体反应。
练 习
镁粉是焰火、闪光粉中不可缺少的原料,工业制造镁粉是镁蒸气在气体中冷却,下列可做冷却剂的是(1)空气 (2)CO2 (3)Ar (4)H2 (5)N2 A.(1)(2)  B.(2)(3) C.(3)(4)  D.(4)(5)
C
2.下列叙述中所描述的物质一定是金属元
素的是
A．易失去电子的物
B．原子最外层只有一个电子的元素
C．单质具有金属光泽的元素
D．第三周期中，原子的最外层上只有
2个电子的元素
D
3.铝加入下列物质中会产生气体的是
A．熔融NaOH     B．KOH溶液
C．Na2O2 固体    D．Na2O2和水
4.铝热剂中铝的作用是
A．催化剂       B．氧化剂     
C．还原剂       D．填充剂
B D
C
5.下列冶炼金属的反应，一定是置换反应
的是
A．热分解法 B．电解法
C．铝热法炼铁 D．高炉炼铁
C
6.下列说法中不正确的是
A．金属的冶炼原理，就是利用氧化还原反应
原理，用还原剂在一定条件下将金属从矿
石中还原出来
B．冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂
C．金属由化合态变为游离态，都是被还原
D．金属单质被发现和应用得越早，其活动性一
般较弱
A B
7.下列冶炼金属的反应，一定是分解反应
的是（ ）
A．热分解法 B．电解法
C．铝热法炼铁 D．高炉炼铁
A B
8.列金属冶炼方法与其他三种不同的是
A．Fe B．K C．Mg D．Al
A
9.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
10.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
B
D
11.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
12.用 H2 做还原剂和用金属做还原剂相比
较，所得金属的纯度
A．用 H2 高 B．用金属的高
C. 二者相同 D．无法比较
用 H2 还原的产物是金属和水，水受热挥发，只得到金属；用金属还原所得的是混合物（金属与金属的化合物）。
B C
A
证明海带中含有碘，有以下步骤
①灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；②在滤液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入几滴淀粉溶液；③用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中； ④海带灰转移到小烧杯，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤.
(1)合理的步骤是____________
(2)证明含碘的步骤是_______, 现象是_____________________, 反应的离子方程式是 __________________________
③①④②
②
滴入淀粉溶液，溶液变蓝
=
【解析】　活泼金属K、Ca、Na、Mg、Al等用电解法冶炼，中等活泼金属Zn、Fe、Sn、Pb、Cu等用热还原法冶炼，不活泼金属Hg、Ag利用热分解法冶炼，故A、B、D正确，C错误。
【答案】　C
【规律方法】　选择金属冶炼的方法要依据金属在自然界中的存在形态和金属的活泼性。金属活动性顺序表中，金属的位置越靠前越难被还原，金属的位置越靠后越容易被还原。
变式训练1　金属锂是密度最小的金属，等质量的金属锂能释放出更多的电子，故常用来制造高能量电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则下列能冶炼出金属锂的方法是(　　)
A．电解法　　　　　　　B．热还原法
C．热分解法 D．铝热法
解析：选A。可以根据金属活动性与金属冶炼方法之间的联系来推断，锂的金属性介于钠和镁之间，应该与钠、镁的冶炼方法相同，即用电解法。
用如图所示的装置做铝热反应实验，回答下列问题：
(1)写出该反应的化学方程式： _________________________________，
在该反应中________是氧化剂，________是还原剂，该反应称为________反应。
(2)选出该实验的实验现象(把序号填写在横线上)：____________________________。
①镁带剧烈燃烧；②放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射；③纸漏斗的下部被烧穿；④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。
(3)写出下列操作或物质的作用：内层纸漏斗底部剪一个孔：______________________；蒸发皿盛沙：______________________________；镁带：____________________；氯酸钾：____________________。
【思路点拨】　解答该题应注意以下三点：
(1)铝热反应为典型置换反应，条件为高温。
(2)铝热反应中铝热剂为Al粉(还原剂)和金属氧化物(氧化剂)，引燃剂为KClO3。
(3)铝热反应放出大量的热量。
【误区警示】铝热反应是利用铝的强还原性，在高温下将相对不活泼且熔点高的金属从其金属氧化物中还原出来，因此只有Al和比Al活动性弱的金属形成的氧化物组成的混合物才能称之为铝热剂，如Al和MgO组成的混合物不能称之为铝热剂。
变式训练2　(2011年珠海高一检测)用铝热法还原下列氧化物，制得金属各1 mol，消耗铝最少的是(　　)
A．二氧化锰 B．三氧化钨
C．三氧化二铬 D．四氧化三铁
解析：选D。首先写出反应的化学方程式，根据制得金属各1 mol列比例式求解；或者是根据1 mol 铝失去3 mol电子，由电子守恒得，金属氧化物中金属的化合价最低者消耗的铝最少。
(1)实验操作③的名称是____________，所用主要仪器名称为____________。
(2)提取碘的过程中，可供选择的有机试剂是________(填序号)。
A．酒精(沸点78 ℃) B．四氯化碳(沸点77 ℃)
C．甘油(沸点290 ℃) D．苯(沸点80 ℃)
(3)在操作②中，溶液中生成少量ICl(ICl的性质类似于氯气)，为消除此杂质，使碘全部游离出来，应加入适量(填序号)________溶液，反应的离子方程式为
_______________________________。
A．KIO3 B．HClO
C．KI D．Br2
(4)利用碘的有机溶液得到单质I2的方法是________。
【思路点拨】　解答该题应注意以下两点：
(1)结合实验目的和流程图中的信息，理清每一步操作或变化的目的。
(2)联系卤素单质的性质推理。
【解析】　从碘水中提取碘单质应加入有机萃取剂如苯、四氯化碳，酒精和甘油均溶于水，不能作萃取剂，然后在分液漏斗中分液即得到碘的有机溶液，再从碘的有机溶液中提取碘并回收溶剂，采用水浴加热蒸馏，其中在操作②中，为使少量的ICl中的碘全部游离出来，应加入还原剂，故只有C项符合，发生的化学反应为ICl＋KI===I2＋KCl。
【答案】　(1)萃取、分液　分液漏斗　(2)BD
(3)C　ICl＋I－===I2＋Cl－
(4)蒸馏
变式训练3　海水中溴元素以Br－形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如图所示：
(1)步骤①反应的离子方程式是_________________________________。
(2)步骤③反应的化学方程式是_______________________________________，
从理论上考虑，下列也能吸收Br2的是______________________________。
A．NaOH B．FeCl2
C．Na2SO3 D．H2O
(3)步骤⑤蒸馏的过程中，温度应控制在80 ℃～90 ℃。温度过高或过低都不利于生产，请解释原因__________________________。
(4)为什么不直接用经步骤①得到的含溴的海水进行蒸馏得到液溴，而要经过“空气吹出、SO2吸收、氯气氧化，然后再进行蒸馏制取液溴”？ __________________________。
解析：(1)(2)问相对简单，读懂流程图，结合学过的方程式，可以写出2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－，SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4；只从理论上考虑，NaOH具有强碱性，能吸收Br2，
答案：(1)2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－
(2)SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr　ABC
(3)若温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴气中水蒸气的含量增加，温度过低，溴不能完全蒸出，产率降低
(4)氯气氧化后的海水虽然含有溴单质，但浓度低，如果直接蒸馏含溴的海水，产品生产成本高。“空气吹出、SO2吸收、氯气氧化”的过程实际上是Br2的浓缩过程
探究整合应用
碘缺乏会给人类的智力与健康造成极大的损害。我国政府为了消除碘缺乏病，要求国民食用加碘食盐。某化学兴趣小组为探究市售加碘食盐中碘元素的存在形式进行了以下实验探究。实验中仅供选择的药品有：含碘食盐、0.5%的淀粉溶液、3%H2O2、稀硫酸、5%的KI溶液、蒸馏水，实验中所需化学仪器任选。
(1)提出假设：
假设①：加碘食盐中碘是以I－的形式存在，用________溶液进行验证。
【答案】　(1)淀粉　2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O (2)