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2019-2020年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 專題5.1 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源（金屬綜合）講案（含解析） 復(fù)習(xí)目標(biāo)： 1、了解金屬冶煉的基本方法，能夠選擇合理的方法冶煉金屬。 2、掌握海水資源的綜合開發(fā)與利用。能夠從海水中得到Mg、I2、Br2等物質(zhì)。了解氯堿工業(yè)。 基礎(chǔ)知識(shí)回顧： 一、合金的概念及其重要應(yīng)用 1、合金 （1）概念：合金是指兩種或兩種以上的金屬(或金屬與非金屬)熔合而成的具有金屬特性的物質(zhì)。 （2）性能：合金具有不同于各成分金屬的物理、化學(xué)性能或機(jī)械性能。 ①熔點(diǎn)：一般比它的各成分金屬的低； ②硬度和強(qiáng)度：一般比它的各成分金屬的大。 2、常見金屬材料 金屬材料— （1）重要的黑色金屬材料——鋼 鋼是用量最大、用途最廣的合金。 鋼 （2）幾種有色金屬材料 【典型例題1】鈦和鈦的合金被譽(yù)為“21世紀(jì)最有發(fā)展前景的金屬材料”，它們具有很多優(yōu)良的性能，如熔點(diǎn) 高、密度小、可塑性好、易于加工、耐腐蝕等，尤其是鈦合金與人體器官具有很好的“生物相容性”。根據(jù)它 們的主要性能，下列用途不切合實(shí)際的是 (　　) A．用來做保險(xiǎn)絲 B．用于制造航天飛機(jī) C．用來制造人造骨 D．用于家庭裝修，做鈦合金裝飾門 【遷移訓(xùn)練1】鋁鎂合金因堅(jiān)硬、輕巧、美觀、潔凈、易于加工而成為新型建筑裝潢材料，主要用于制作窗 框、卷簾門、防護(hù)欄等。下列與這些用途無關(guān)的性質(zhì)是 (　　) A．不易生銹 B．導(dǎo)電性好 C．密度小 D．強(qiáng)度高 二、金屬的冶煉 1、金屬在自然界中存在的形態(tài) 除了Au、Pt等極少數(shù)金屬外，絕大多數(shù)金屬以化合態(tài)的形式存在于自然界中。在這些金屬化合物中，金屬元素都顯正化合價(jià)。 2、金屬冶煉的實(shí)質(zhì) 使金屬化合物中的金屬離子得電子被還原為金屬單質(zhì)的過程：Mn＋＋ne－=M。 3、金屬冶煉的一般步驟 4、金屬冶煉方法 金屬活動(dòng)性順序與金屬冶煉方法的關(guān)系 金屬的活動(dòng)性順序 K、Ca、Na、Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu Hg、Ag Pt、Au 金屬原子失電子能力 強(qiáng)―→弱 金屬離子得電子能力 弱―→強(qiáng) 主要冶煉方法 電解法 熱還原法 熱分解法 物理方法 （1）熱分解法 例如：2HgO2Hg＋O2↑，2Ag2O4Ag＋O2↑。 用熱分解冶煉法冶煉金屬的特點(diǎn)是：金屬元素的金屬性弱，金屬元素的原子難失去電子，其金屬離子容易得到電子，該金屬元素所形成的化合物穩(wěn)定性較差。 （2）熱還原法冶煉金屬 ①焦炭還原法。例如：C還原ZnO、CuO，。 ②一氧化碳還原法。例如：CO還原Fe2O3、CuO。 （3）電解法冶煉金屬 例如：Al2O3、MgCl2、NaCl的電解反應(yīng)。 5、鋁熱反應(yīng) （1）本質(zhì) 利用鋁的還原性，將難熔金屬從其氧化物中置換出來： 2mAl＋3MnOm mAl2O3＋3nM （2）實(shí)驗(yàn)(以Al和Fe2O3的反應(yīng)為例) ①實(shí)驗(yàn)過程 A、把兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀，套在一起使四周都有四層。把內(nèi)層濾紙取出，在其底部剪一個(gè)孔，用水潤濕，再套回架在鐵圈上的玻璃漏斗上(如圖所示)，下面放置一盛沙子的蒸發(fā)皿。 B、把5 g干燥的氧化鐵粉末和2 g鋁粉混合均勻，放在紙漏斗上，上面加少量氯酸鉀固體并在混合物中間插一根鎂條。 C、用燃著的小木條點(diǎn)燃鎂條，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 ②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：當(dāng)外露部分鎂條剛剛?cè)籍厱r(shí)，紙漏斗內(nèi)的混合物立即劇烈反應(yīng)，發(fā)出耀眼的光芒，產(chǎn)生大量的煙。紙漏斗被燒破，有紅熱狀態(tài)的液珠落入蒸發(fā)皿內(nèi)的細(xì)沙上，液珠冷卻后變?yōu)楹谏腆w。 ③實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在高溫下，鋁與氧化鐵反應(yīng)，放出大量的熱，化學(xué)方程式：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3。 （3）反應(yīng)特點(diǎn) 在高溫下進(jìn)行，反應(yīng)迅速，放出大量的熱。新生成的金屬單質(zhì)呈液態(tài)且易與Al2O3分離。 （4）應(yīng)用 ①在生產(chǎn)上，可用于焊接鋼軌等。 ②在冶金工業(yè)上用于冶煉難熔金屬。 （5）鋁熱劑 ①在鋁熱反應(yīng)中，反應(yīng)混合物(鋁、金屬氧化物)稱為鋁熱劑。 ②能與Al組成鋁熱劑的金屬氧化物常見的有Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、MnO2、V2O5等。 【典型例題2】下列有關(guān)金屬的工業(yè)制法中正確的是 (　　) A．制鈦：用金屬鈉置換氯化鈦(TiCl4)溶液中的鈦 B．煉鐵：用焦炭和空氣反應(yīng)產(chǎn)生的CO在高溫下還原鐵礦石中鐵的氧化物 C．制鈉：用海水為原料制得精鹽，再電解純凈的NaCl溶液 D．煉銅：用黃銅礦經(jīng)電解精煉得到純度為99.9%的銅 【遷移訓(xùn)練2】xx年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者施羅克等人發(fā)現(xiàn)金屬鉬的卡賓化合物可以作為非常有效的烯烴復(fù)分解催化劑。工業(yè)上冶煉鉬的化學(xué)原理為 ①2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2； ②MoO3＋2NH3H2O===(NH4)2MoO4＋H2O； ③(NH4)2MoO4＋2HCl===H2MoO4↓＋2NH4Cl； ④H2MoO4MoO3＋H2O； ⑤用還原劑將MoO3還原成金屬鉬。 則下列說法正確的是 (　　) A．MoS2煅燒產(chǎn)生的尾氣可直接排入空氣中 B．MoO3是金屬氧化物，也是堿性氧化物 C．H2MoO4是一種強(qiáng)酸 D．利用H2、CO和鋁分別還原等量的MoO3，所消耗還原劑的物質(zhì)的量之比為3∶3∶2 【答案】D 三、海洋資源的開發(fā)利用 1、海水淡化 （1）海水淡化途徑：通過從海水中提取淡水或從海水中把鹽分離出去。 （2）海水淡化的方法及其特點(diǎn) 海水淡化的方法主要有蒸餾法(如圖所示)、電滲析法、離子交換法等。其中蒸餾法的歷史最久，技術(shù) 和工藝也比較完善，但成本較高。 2、海水中鎂的提取 （1）流程 （2）有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式 MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2 Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O MgCl26H2OMgCl2＋6H2O↑ MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 3、海水提溴 （1）工藝流程：海水 Br2(l) （2）原理 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，使溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)：2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－。 ③向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸氣，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)以達(dá)到富集的目的：Br2＋SO2＋2H2O=2HBr＋H2SO4。 ④向吸收塔內(nèi)溶液中通入適量的氯氣：2HBr＋Cl2=2HCl＋Br2。 ⑤用四氯化碳(或苯)萃取吸收塔內(nèi)溶液中的溴單質(zhì)。 ⑥若要得到純凈的液溴，采用的分離方法是蒸餾。 4、海帶中碘的提取 （1）流程 （2）主要化學(xué)原理：Cl2＋2KI=2KCl＋I(xiàn)2。 5、氯堿工業(yè) 以氯堿工業(yè)以電解飽和食鹽水為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)及產(chǎn)品的工業(yè)。 （1）食鹽水精制 由于粗鹽水中含有泥沙、Cu2+、Mg2+、Fe3+、SO雜質(zhì)，不符合電解要求，因此必須經(jīng)過精制。 　　精制食鹽水時(shí)經(jīng)常加入Na2CO3、NaOH、BaCl2等，使雜質(zhì)成為沉淀過濾除去，然后加入鹽酸調(diào)節(jié)鹽水的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↓ 為了除去SO，可以先加入BaCl2溶液，然后再加入Na2CO3溶液以除去過量的Ba2+： Ba2++ SO=BaSO4↓ Ba2++CO=BaCO3↓ 　　這樣處理后的鹽水仍含有一些Ca2+、Mg2+等金屬離子，由于這些陽離子在堿性環(huán)境中會(huì)生成沉淀，損壞離子交換膜，因此該鹽水還需送入陽離子交換塔，進(jìn)一步通過陽離子交換樹脂除去Ca2+、Mg2+等。這時(shí)的精制鹽水就可以送往電解槽中進(jìn)行電解了。 （2）離子交換膜法電解 陽離子交換膜有一種特殊的性質(zhì)，即它只允許陽離子通過，而阻止陰離子和氣體通過，也就是說只允許Na+通過，而Cl-、OH-和氣體則不能通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)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而影響燒堿的質(zhì)量。 　　 精制的飽和食鹽水進(jìn)入陽極室；純水（加入一定量的NaOH溶液）加入陰極室。通電時(shí)，H2O在 陰極表面放電生成H2，Na+穿過離子膜由陽極室進(jìn)入陰極室，導(dǎo)出的陰極液中含有NaOH；Cl-則在陽極表面放電生成Cl2。電解后的淡鹽水從陽極導(dǎo)出，可重新用于配制食鹽水。 離子交換膜法電解制堿的主要生產(chǎn)流程可以簡單表示如上圖所示： （3）基本原理 電解飽和食鹽水的總反應(yīng)可以表示為： 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 陽極反應(yīng)：2Cl-－2e-=Cl2↑（氧化反應(yīng)） 陰極反應(yīng)：2H+＋2e-＝H2↑（還原反應(yīng)） 【典型例題3】(2011江蘇，9)NaCl是一種化工原料，可以制備一系列物質(zhì)(如下圖)。下列說法正確的是(　　) A．25 ℃，NaHCO3在水中的溶解度比Na2CO3的大 B．石灰乳與Cl2的反應(yīng)中，Cl2既是氧化劑，又是還原劑 C．常溫下干燥的Cl2能用鋼瓶貯運(yùn)，所以Cl2不與鐵反應(yīng) D．圖中所示轉(zhuǎn)化反應(yīng)都是氧化還原反應(yīng) 【遷移訓(xùn)練3】空氣吹出法工藝，是目前“海水提溴”的最主要方法之一。其工藝流程如下： （1）步驟③的離子方程式：____________________________________________。 （2）步驟⑤中溴蒸氣冷凝后得到液溴與溴水的混合物，可利用它們的相對(duì)密度相差很大的特點(diǎn)進(jìn)行分離。分離儀器的名稱是__________。 （3）溴水混合物Ⅱ中溶有一定量的氯氣，因此在步驟⑤中可將蒸餾產(chǎn)生的氣體通過__________(填試劑名稱)溶液，以除去氯氣。 （4）步驟⑤的蒸餾過程中，溫度應(yīng)控制在80～90 ℃。溫度過高或過低都不利于生產(chǎn)， 請(qǐng)解釋原因：________________________________________________________。 （5）步驟①中用硫酸酸化可提高Cl2的利用率，理由是____________________________________。 （6）提取溴單質(zhì)，采用蒸餾“溴水混合物Ⅱ”而不是蒸餾“溴水混合物Ⅰ”， 請(qǐng)說明原因：_____________________________________________________________。 考點(diǎn)詳析： 考點(diǎn)：化工流程題目在流程上一般分為3個(gè)過程： ―→―→ 1、原料處理階段的常見考點(diǎn)與常見名詞 ①加快反應(yīng)速率 ②溶解：通常用酸溶。如用硫酸、鹽酸、濃硫酸等 水浸：與水接觸反應(yīng)或溶解 浸出：固體加水(酸)溶解得到離子 浸出率：固體溶解后，離子在溶液中含量的多少(更多轉(zhuǎn)化) 酸浸：在酸溶液中反應(yīng)使可溶性金屬離子進(jìn)入溶液，不溶物通過過濾除去的溶解過程 ③灼燒、焙燒、煅燒：改變結(jié)構(gòu)，使一些物質(zhì)能溶解，并使一些雜質(zhì)高溫下氧化、分解 ④控制反應(yīng)條件的方法 2、分離提純階段的常見考點(diǎn) ①調(diào)pH值除雜 a．控制溶液的酸堿性使其某些金屬離子形成氫氧化物沉淀 例如：已知下列物質(zhì)開始沉淀和沉淀完全時(shí)的pH如下表所示 物質(zhì) 開始沉淀 沉淀完全 Fe(OH)3 2.7 3.7 Fe(OH)2 7.6 9.6 Mn(OH)2 8.3 9.8 若要除去Mn2＋溶液中含有的Fe2＋，應(yīng)該怎樣做？ 提示：先用氧化劑把Fe2＋氧化為Fe3＋，再調(diào)溶液的pH到3.7。 b．調(diào)節(jié)pH所需的物質(zhì)一般應(yīng)滿足兩點(diǎn)： 能與H＋反應(yīng)，使溶液pH值增大；不引入新雜質(zhì)。 例如：若要除去Cu2＋溶液中混有的Fe3＋，可加入CuO、Cu(OH)2、Cu2(OH)2CO3等物質(zhì)來調(diào)節(jié)溶液的pH值。 ②試劑除雜 ③加熱：加快反應(yīng)速率或促進(jìn)平衡向某個(gè)方向移動(dòng) 如果在制備過程中出現(xiàn)一些受熱易分解的物質(zhì)或產(chǎn)物，則要注意對(duì)溫度的控制。如：侯氏制堿中的NaHCO3；還有如H2O2、Ca(HCO3)2、KMnO4、AgNO3、HNO3(濃)等物質(zhì)。 ④降溫：防止某物質(zhì)在高溫時(shí)會(huì)溶解(或分解)、為使化學(xué)平衡向著題目要求的方向移動(dòng) ⑤萃取 3、獲得產(chǎn)品階段的常見考點(diǎn) ①洗滌(冰水、熱水)洗去晶體表面的雜質(zhì)離子，并減少晶體在洗滌過程中的溶解損耗。 ②蒸發(fā)、反應(yīng)時(shí)的氣體氛圍抑制水解：如從溶液中析出FeCl3、AlCl3、MgCl2等溶質(zhì)時(shí)，應(yīng)在HCl的氣流中加熱，以防其水解。 ③蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶：如除去KNO3中的少量NaCl。 ④蒸發(fā)結(jié)晶、趁熱過濾：如除去NaCl中的少量KNO3。 ⑤重結(jié)晶 4、其他常見考點(diǎn) ①化學(xué)方程式?、趯?shí)驗(yàn)儀器?、塾?jì)算　④信息 【典型例題4】(xx廣東理綜，32)難溶性雜鹵石(K2SO4MgSO42CaSO42H2O)屬于“呆礦”，在水中存在如下平衡： K2SO4MgSO42CaSO42H2O(s)2Ca2＋＋2K＋＋Mg2＋＋4SO＋2H2O 為能充分利用鉀資源，用飽和Ca(OH)2溶液溶浸雜鹵石制備硫酸鉀，工藝流程如下： （1）濾渣主要成分有________和________以及未溶雜鹵石。 （2）用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋Ca(OH)2溶液能溶解雜鹵石浸出K＋的原因：_________________。 （3）“除雜”環(huán)節(jié)中，先加入________溶液，經(jīng)攪拌等操作后，過濾，再加入_________溶液調(diào)濾液pH至中性。 （4）不同溫度下，K＋的浸出濃度與溶浸時(shí)間的關(guān)系見右圖。 由圖可得，隨著溫度升高， ①________________， ②__________________。 【遷移訓(xùn)練4】鋁是重要的金屬材料，鋁土礦(主要成分是Al2O3和少量的SiO2、Fe2O3雜質(zhì))是工業(yè)上制取 鋁的原料。實(shí)驗(yàn)室模擬工業(yè)上以鋁土礦為原料制取Al2(SO4)3和銨明礬晶體[NH4Al(SO4)212H2O]的工藝流程 如圖所示： 請(qǐng)回答下列問題： （1）固體a的化學(xué)式為________，Ⅲ中通入足量CO2氣體發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為____________。 （2）由Ⅴ制取銨明礬溶液的化學(xué)方程式為________，從銨明礬溶液中獲得銨明礬晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次為(填操作名稱)________、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌。 （3）以1 000 kg含氧化鋁36%的鋁土礦為原料制取Al2(SO4)3，需消耗質(zhì)量分?jǐn)?shù)98%的硫酸(密度1.84 gcm－3)________ L(保留一位小數(shù))。 （4）若同時(shí)制取銨明礬和硫酸鋁，通過控制硫酸的用量調(diào)節(jié)兩種產(chǎn)品的產(chǎn)量。若欲使制得的銨明礬和硫酸鋁的物質(zhì)的量之比為1∶1，則投料時(shí)鋁土礦中的Al2O3和H2SO4的物質(zhì)的量之比為_____。