第四章化學與可持續發展
第一講開發利用金屬礦物和海水資源
複習重點：了解化學方法在金屬礦物開發（主要是金屬冶煉）及海水資源開發中的作用。
複習難點：學生在掌握金屬冶煉的一般原理基礎上，了解適用於不同金屬的冶煉方法。
一、金屬的冶煉：金屬冶煉是工業上將金屬從含有金屬元素的礦石中還原出來的生產過程。金屬的活動性不同，可以採用不同的冶煉方法。
總的說來，金屬的性質越穩定，越容易將其從化合物中還原出來。金屬冶煉的方法主要有：
1、熱分解法：對於＿＿＿金屬，可以直接用＿＿＿＿＿方法將金屬從其化合物中還原出來，例如：
＿hgoag2o
2、熱還原法：在金屬活動性順序表中處於＿＿＿位置的金屬，通常是用還原劑等）將金屬從其化合物中還原出來，例如：
fe2o3+ cowo3+ h2
zno+ cmgo+ c
fe2o3+ alfe+cuso4
3、電解法
活潑金屬較難用還原劑還原，通常採用電解熔融的金屬化合物的方法冶煉活潑金屬，例如：
2nacl（熔融）2na+cl2↑；mgcl2（熔融）＿＿＿＿＿＿；
2al2o3 ＿＿＿＿＿＿。
一些對純度要求較高的不活潑金屬也可以採用電解其鹽溶液的方法來進行冶煉，例如：
2cuso4+2h2o 2cu+2h2so4+o2↑
4、有些金屬可以利用氧氣從其硫化物中冶煉出來，例如：
cu2s+o2
二、海水資源的開發利用
1、海水資源的開發的方案
(1)從海水中提取淡水——海水淡化，海水淡化的方法主要有＿＿＿法、＿＿＿＿法、＿＿法等。(2)海水製鹽(3)從海水中提取＿、＿、＿、＿等化工產品(4)從海水中獲取＿＿＿＿作為核能開發的重要原料(5)從海水中獲取其他物質和能量。
2．從海水中提取物質的方法
海水中含有的各種元素的特點：種類多，總儲量大，富集程度低。因此，從海水中提取物質需要解決物質的富集的問題。例如：
(1)從海水中提取溴的主要工藝流程
①用蒸餾法將海水濃縮。用硫酸將濃縮的海水酸化。
②向酸化的海水中通入適量的氯氣，使＿＿＿轉化為＿＿＿：2nabr+cl2=br2+2nacl
③向含溴單質的水溶液中通入空氣和水蒸汽，將溴單質吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內以達到＿＿的目的：＿br2+＿so2+＿h2o
④向吸收塔內的溶液中通入適量的氯氣
⑤用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔內的溶液中的溴單質。
(2)進行從海帶中提取碘實驗的反應原理及應注意的問題
①反應原理：海帶中的碘元素主要以i-的形式存在，提取時用適當的氧化劑將其氧化成i2，再萃取出來。如用h2o2做氧化劑，反應的離子方程式是
②實驗注意事項
海帶不要用水洗，以免洗去海帶中的碘；用乾海帶從而易於燃燒；灼燒海帶的地方要注意通風。
一、金屬冶煉與金屬活動性順序表
根據金屬離子得電子能力不同而採用不同的方法。
1、電解法：(熔融)：活潑金屬(k～al)的冶煉常採用電解它的熔鹽或氧化物的方法。
2、還原劑法(高溫)：金屬活動性順序表中zn～cu之間的金屬冶煉常採用此法。常用的還原劑有h2(cuo→cu)、c(zno→zn)、na(ticl4→ti)、al(cr2o3→cr)、co(fe2o3→fe)等。
3、加熱法：用於冶煉不活潑金屬hg、ag
2hgo2hg＋o2↑，hgs＋o2hg＋so2，ag2s＋o22ag＋so2
4、濕法：fe＋cuso4＝feso4＋cu↓
5、物理法：au、pt在自然界中主要以游離態存在，利用密度。
二、溴的製取
1、工業制溴（以海水為原料）
ⅰ、通cl2氣將化合態的溴氧化成單質溴：cl2 + 2 br- === 2 cl- + br2
ⅱ、以硫酸酸化，nabr與nabro3發生反應，結果化合態的溴轉化為溴單質
5br- + bro3- + 6h+ ═══ 3br2 + 3h2o
2、實驗室制溴一般用nabr、濃h2so4、mno2共熱，即：
2nabr + 2h2so4(濃) + mno2 na2so4 + mnso4 + br2 + 2h2o
【例1】冶煉金屬一般有下列四種方法：①焦炭法；②水煤氣（或氫氣，或一氧化碳）法；③活潑金屬置換法；④電解法。四種方法在工業上均有應用。
古代有（ⅰ）火燒孔雀石煉銅；（ⅱ）濕法煉銅；現代有（ⅲ）鋁熱法煉鉻；（ⅳ）從光滷石中煉鎂，對它們的冶煉方法的分析不正確的是
a、（ⅰ）用① b、（ⅱ）用② c、（ⅲ）用③ d、（ⅳ）用④
解析：對於發生的反應分別是
(ⅰ)，符合①
(ⅱ) ，適合於③
(ⅲ) ，適合於③
(ⅳ)先從光滷石中提取mgcl2 ，再電解mgcl2 ，mgcl2 mg+cl2↑，符合④。
綜上分析，本題答案為b。
【例2】海水是取之不盡的化工原料資源，從海水中可提取各種化工原料。下圖是工業上對海水的幾項綜合利用的示意圖：
試回答下列問題：
1、粗鹽中含有ca2＋、mg2＋、so42－等雜質，精製時所用試劑為：a 鹽酸；b bacl2溶液；c naoh溶液；d na2co3溶液。加入試劑的順序是
2、電解飽和食鹽水時，與電源正極相連的電極上發生的反應為
與電源負極線連的電極附近溶液ph （變大、不變、變小）。若1mol電子的電量為96500c，則用電流強度為100a的穩恆電流持續電解3分13秒，則在兩極上共可收集到氣體 ml（s.t.
p）。若保證電解後飽和食鹽水的濃度不變，則可採取的方法是
3、由mgcl2·6h2o晶體脫水制無水mgcl2時，mgcl2·6h2o晶體在氣氛中加熱脫水，該氣體的作用是
4、電解無水mgcl2所得的鎂蒸氣可以在下列氣體中冷卻。
a h2 b n2 c co2 d o2
解析：1、b c d a或c b d a
該小題屬離子除雜題。除雜原則是在除去ca2＋、mg2＋、so42－時，不能帶入雜質離子。所以，解此題的關鍵是把握好加入離子的順序：
①ba2+必須在co32－之前加入；②co32－、oh－必須在h+之前加入，所以b、c不分先後，而d、a本身既分前後，又必須放在b、c之後才能滿足條件。
2、2cl－－2e→cl2 變大 4480 措施是向電解液中通入一定量的hcl氣體
電解飽和食鹽水時，與正極相連的陽極發生的反應是2cl－－2e—→cl2，與負極相連的陰極發生的反應是：2h＋＋2e—→h2。h+不斷消耗，使得溶液中[oh－]增大，ph變大。
電解中外溢的是cl2、h2，所以要確保原溶液濃度不變，只能向體系中通入一定量的hcl氣體以補足損失的h、cl原子。易錯處是加入鹽酸，使溶液濃度變小。
3、hcl
抑制水解平衡mgcl2＋h2o mg(oh)cl＋hcl正向進行
4、a【例3】（2023年全國高考）粉末狀試樣a是由等物質的量的mgo和fe2o3組成的混合物。進行如下實驗：
①取適量a進行鋁熱反應，產物中有單質b生成；
②另取20g a全部溶於0.15 l 6.0mol·l-1鹽酸中，得溶液c；
③將①中得到的單質b和溶液c反應，放出1.12l(標況)氣體，同時生成溶液d，還殘留有固體物質b；
④用kscn溶液檢驗時，溶液d不變色；
請填空：
(1)①中引發鋁熱反應的實驗操作是產物中的單質b是 。
(2)②中所發生反應的反應的化學方程式是
(3)③中所發生的各反應的離子方程式是
(4)若溶液d的體積仍視為0.15 l，則該溶液中c（mg2＋）為c（fe2＋）為
解析：mgo不能與鋁發生置換反應，所以①發生的反應是fe2o3+2al 2fe+al2o3
②中發生的反應是fe2o3+6hcl=2fecl3+3h2o，mgo+2hcl=mgcl2+h2o
③中發生的反應是fe+2fecl3=3fecl2，fe+2hcl=fecl2+h2↑
④中加入kscn溶液不變色，說明fe3+完全被還原為fe2＋，溶液d為mgcl2、fecl2的混合液。根據題
意假設20g a中mgo和fe2o3的物質的量均為x，則：40g·mol-1 x+160 g·mol-1 x=20g，解得x=0.1mol。
溶液中mg2＋的物質的量等於mgo的物質的量，c（mg2≠）==0.67 mol·l-1
反應後原加入的鹽酸中的cl-全部轉移到fecl2和mgcl2中，cl-守恆，所以溶液d中
n（cl-）=n（mg2＋）×2+n（fe2+）×2= 6.0mol·l-1×0.15 l=0.9mol
n（fe2＋）==0.35mol
所以c（fe2＋）==2.3 mol·l-1
答案：（1）加少量kclo3，插上鎂條並將其點燃；fe（2）fe2o3+6hcl=2fecl3+3h2o，mgo+2hcl=mgcl2+h2o（3）fe+2h＋=fe2＋+h2↑；fe+2fe3＋=3fe2＋（4）0.67 mol·l-1；2.
3 mol·l-1
【例3】某化學課外小組用海帶為原料製取了少量的碘水。現有ccl4從碘水中萃取碘並用分液漏斗分離出兩種溶液。其實驗操作可分解為如下幾步：
(a)把盛有溶液的分液漏斗放在鐵架臺的鐵圈中；(b)把50ml碘水和15mlccl4加入分液漏斗中，並蓋好玻璃塞；(c)檢驗分液漏斗活塞上的玻璃塞是否漏液；(d)倒轉漏斗用力振盪，並不時旋開活塞放氣，最後關閉活塞，把分液漏斗放正；(e)旋開活塞，用燒杯接收溶液；(f)從分液漏斗的上口倒出上層水溶液；(g)將漏斗上口的玻璃塞開啟，使凹槽對準小孔；(h)靜置，分層。
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