第八章化学与可持续发展第一节自然资源的开发利用新教材新素养分层设计Word格式文档下载.docx
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Fe2O3＋2Al
2Fe＋Al2O3。
4．金属矿物资源的合理开发和利用
（1）原因
①地球上金属矿物资源有限。
②金属冶炼消耗很多能量、造成环境污染。
③金属腐蚀现象造成大量损失。
（2）措施
①提高金属矿物的利用率。
②开发环保高效的金属冶炼方法，防止金属的腐蚀。
③加强废旧金属的回收和再利用。
④使用其他材料代替金属材料。
[落实新知能]
1．金属的活泼性与冶炼方法的关系
金属单质还原性、失电子能力依次减弱
金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强
2．常见几种金属的冶炼误区
（1）Au、Pt一般用物理法提取。
（2）工业上冶炼Al时用Al2O3而不用AlCl3，因为AlCl3为共价化合物，熔化后不导电。
（3）Al不能用于冶炼还原性比Al强的金属，如Mg、Na等。
（4）工业上冶炼Mg时用MgCl2而不用MgO，因为MgO的熔点很高，耗能大。
[演练新学考]
1．下列化工原理生产中错误的是（ ）
①可以用电解熔融氯化钠的方法来制取金属钠 ②可以用钠加入氯化镁的饱和溶液中制取金属镁 ③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝 ④工业上用电解熔融氯化镁的方法制取金属镁
A．②③ B．①③
C．①②③D．②③④
解析：
选A 工业上一般采用电解熔融氯化钠的方法冶炼金属钠；
若将钠加入到氯化镁溶液中，发生反应：
2Na＋2H2O===2NaOH＋H2↑，MgCl2＋2NaOH===Mg（OH）2↓＋2NaCl，所以不能冶炼金属镁；
氯化铝属于共价化合物，因此不能用氯化铝作原料，通过电解的方法得到金属铝；
由于MgO、MgCl2均为离子化合物，熔点：
MgCl2<
MgO，所以工业上一般以MgCl2（熔融）为原料通过电解的方法冶炼金属镁。
2．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②
C．（Ⅲ）用③D．（Ⅳ）用④
选B 选择金属的冶炼方法要考虑金属在自然界中存在的状态及金属的活动性。
（Ⅰ）、（Ⅱ）、（Ⅲ）、（Ⅳ）发生的反应分别是
（Ⅰ）Cu2（OH）2CO3
2CuO＋CO2↑＋H2O，
C＋2CuO
2Cu＋CO2↑，符合①；
（Ⅱ）Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，符合③；
（Ⅲ）2Al＋Cr2O3
Al2O3＋2Cr，符合③；
（Ⅳ）先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2：
Mg＋Cl2↑，符合④。
3．关于废旧金属处理的下列说法中不正确的是（ ）
A．对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用
B．重金属对人体有害，对废旧重金属材料的处理方法是填埋
C．废旧钢铁可用于炼钢，废铁屑可用于制铁盐
D．照相业、科研单位和医院X光室回收的定影液中，可以提取金属银
选B 重金属材料填埋将会对环境造成污染。
新知探究
（二） 海水资源的开发利用[学考层级]
1．海水中水资源的利用
（1）海水水资源的特点
表面积大，约占地球表面积的71%。
储水量大，约占地球总水量的97%。
（2）海水水资源的利用方法
主要包括海水淡化和直接利用海水进行循环冷却等。
海水淡化的方法主要有：
蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。
2．海水中化学资源的开发利用
（1）海水化学资源的特点
海水中含有元素的种类多、总储量很大，但许多元素的富集程度很低。
（2）海水中化学资源的开发利用实例
①海水制盐，并利用制得的氯化钠作为化工原料用于生产纯碱、烧碱、钠、氯气、盐酸等。
②在海水制盐工业基础上，还可以从海水中制取镁、钾、溴及其他化工产品。
③用“吹出发”从海水中提取溴的流程
浓缩
海水晒盐和海水淡化过程中Br－得到浓缩
氧化
向浓缩海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：
2NaBr＋Cl2===2NaCl＋Br2
吹出
向氧化后的溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹出
吸收
用二氧化硫作还原剂使吹出的溴转化为HBr：
Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4
蒸馏
用氯气将HBr氧化为Br2，然后蒸馏。
化学方程式为2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2
④其他物质和能量的利用
a．提取核能开发中的重要原料铀和重水。
b．开发利用潮汐能、波浪能等新型能源。
1．氯化钠的用途
相关化学反应：
①氯碱工业：
2NaCl＋2H2O
2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
②制钠和氯气：
2Na＋Cl2↑
③制盐酸：
H2＋Cl2
2HCl
④制漂白剂：
Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O
⑤制纯碱：
NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl、2NaHCO3
Na2CO3＋H2O＋CO2↑
2．从海水中提取镁
（1）工艺流程
（2）相关反应方程式
①分解贝壳制取氢氧化钙：
CaCO3
CaO＋CO2↑，CaO＋H2O===Ca（OH）2。
②沉淀镁离子：
Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓。
③制备氯化镁：
Mg（OH）2＋2HCl===MgCl2＋2H2O。
④制取金属镁：
[注意]
由MgCl2·
6H2O加热制取无水MgCl2时，要不断通入干燥的HCl气体，防止MgCl2水解生成Mg（OH）2。
1．下列有关海水综合利用的说法正确的是（ ）
A．利用电解的方法可以从海水中获取淡水
B．海水中含有钾元素，只需经过物理变化可以得到钾单质
C．海水蒸发制海盐的过程只发生了化学变化
D．从海水中可以得到NaCl,电解熔融NaCl可制备Na
选D 通过蒸馏的方法从海水中获取淡水，A错误；
钾是活泼的金属，需要通过电解法冶炼，B错误；
海水蒸发制海盐的过程只发生了物理变化，C错误；
海水晒盐可得到NaCl，电解熔融NaCl可得到Na，D正确。
2．海水是巨大的资源宝库，从海水中提取食盐和溴的过程如图所示：
（1）请列举海水淡化的一种方法___________________________________________。
（2）步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，其目的是________________________________________________________________________。
（3）步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________，
由此反应可知，除保护环境外，在工业生产中还应解决的问题是________________________________________________________________________。
步骤Ⅰ中溴的浓度很小，多次用SO2反复吸收，最终用Cl2处理，则可获得大量的工业溴。
溴具有强氧化性，可以氧化SO2生成H2SO4，因此要注意强酸和溴对设备的腐蚀问题。
答案：
（1）蒸馏法（或电渗析法、离子交换法）
（2）富集溴元素，提高溴的浓度
（3）SO2＋2H2O＋Br2===4H＋＋2Br－＋SO
强酸和溴对设备的腐蚀
新知探究（三） 煤、石油和天然气的综合利用[学考层级]
1．煤的综合利用
（1）煤的组成
煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。
（2）综合利用
方法
原理和产品
干馏
原理
将煤隔绝空气加强热使之分解的过程
产品
主要有焦炭、煤焦油、粗氨水、粗苯、焦炉气
气化
原理：
将煤转化为可燃性气体的过程，主要反应的化学方程式为C＋H2O（g）
CO＋H2
液化
直接液化：
煤与氢气作用生成液体燃料
间接液化：
先转化为一氧化碳和氢气，再在催化剂作用下合成甲醇等
2.天然气的综合利用
天然气的主要成分是甲烷，它是一种清洁的化石燃料，主要用于合成氨和生产甲醇等。
也可以用来合成其他多个碳原子的有机化合物。
3．石油的综合利用
（1）石油的组成：
石油是由多种碳氢化合物组成的混合物。
（2）石油的精炼
分馏
利用石油中各组分沸点的不同进行分离的过程
汽油、煤油、柴油等含碳原子少的轻质油
裂化
目的
提高轻质油特别是汽油的产量
催化裂化
裂解
获得重要的有机化工原料
产物
乙烯、丙烯、甲烷等
催化重整
使链状烃转化为环状烃
苯或甲苯等化工原料
4.以煤、石油和天然气为原料生产合成材料
（1）三大合成材料：
塑料、合成橡胶、合成纤维，这三大合成材料，主要是以石油、煤和天然气为原料生产的。
（2）合成材料的大量使用对环境的影响：
废弃的合成材料造成巨大的环境压力，如“白色污染”等。
1．干馏、蒸馏、分馏比较
名称
隔绝空气、高温下使物质分解
根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离
与蒸馏原理相同
混合物
单一组分的纯净物
沸点相近的各组分组成的混合物
反应类型
化学变化
物理变化
2.裂化与裂解对比
在一定条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃
在高温下，使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃
提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量
获得短链不饱和烃
1．下列有关煤、石油、天然气等资源的说法正确的是（ ）
A．石油裂化得到的汽油是纯净物
B．煤的气化就是将煤在高温条件由固态转化为气态是物理变化过程
C．天然气是一种清洁的化石燃料
D．煤就是碳，属于单质
选C 石油裂化得到的汽油是混合物，A错误；
煤的气化是将其转化为可燃性气体的过程，属于化学变化，B错误；
天然气燃烧只生成CO2和H2O，是一种清洁的化石燃料，C正确；
煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，其组成以碳元素为主，D错误。
2．下列转化不属于煤或石油的综合利用的是（ ）
A．将煤干馏制得煤焦油和焦炭
B．在一定条件下将煤与氢气转化为液体燃料
C．将煤变为煤饼作燃料
D．将石油裂解制得乙烯等化工原料
选C 煤的干馏和煤的液化属于煤的综合利用，而将煤变成煤饼作燃料是为了提高煤的利用率，不属于综合利用；
石油裂解属于石油的综合利用。
3．下列关于化石燃料的加工说法正确的是（ ）
A．石油裂化主要得到乙烯
B．石油分馏是化学变化，可得到汽油、煤油
C．煤干馏主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气
D．煤制煤气是物理变化，是高效、清洁地利用煤的重要途径
选C 石油裂化是为了提高轻质油的产量（如汽油），石油裂解主要得到乙烯等短链烃，A错误；
石油的分馏是物理变化，煤的气化是化学变化，B、D错误。
学业水平考试达标练
1．中国食盐产量居世界首位。
下列实验室中的操作类似“海水晒盐”原理的是（ ）
A．蒸馏 B．蒸发
C．过滤D．搅拌
选B 实验室中的“蒸发”操作是利用水受热易挥发，其中的溶质因溶剂减少而析出的过程，与海水晒盐的原理是相似的。
2．下列不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．海水提碘
选A 海水淡化是海水水资源的利用，而海水提盐、海水提溴、海水提碘等均是海水化学资源的利用。
3．下列关于石油的说法不正确的是（ ）
A．石油主要含C、H两种元素
B．石油通过催化重整可得到环状烃
C．石油裂化是物理变化
D．石油分馏得到的汽油是混合物
选C 石油裂化是化学变化。
4．下列说法不正确的是（ ）
A．自然界中不存在游离态的金属单质
B．金属活动性不同，冶炼方法也有所不同
C．地球上金属矿物资源是有限的，因此，应提高金属矿物的利用率
D．废旧金属的回收利用，有利于环境保护
选A 自然界中的金属绝大多数以化合态形式存在，极少数金属如Au、Pt等以游离态存在，A错误；
金属活动性不同，金属阳离子被还原的难易程度不同，冶炼方法不同，B正确；
金属资源是有限的，既要提高金属矿物的利用率，又要回收利用废旧金属，C、D正确。
5．下列常见金属的冶炼原理不合理的是（ ）
选项
金属
冶炼原理
A
Fe
2Fe＋Al2O3
B
Cu
Cu2S＋O2
2Cu＋SO2
C
Hg
2Hg＋O2↑
D
Mg
2MgO（熔融）
2Mg＋O2↑
选D Fe处于金属活动性顺序中间位置，通常是用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，A正确；
铜处于金属活动性顺序中间位置，可以用火法炼铜，方程式为Cu2S＋O2
2Cu＋SO2，B正确；
Hg为不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来，C正确；
Mg为活泼金属，通常用电解熔融的氯化镁的方法冶炼，而MgO熔点很高，熔融时耗费大量的能量而增加生产成本，D错误。
6．有关煤的说法正确的是（ ）
A．煤中含有苯、二甲苯、焦炉气
B．煤的干馏是物理变化
C．煤由有机物和少量无机物组成，煤的干馏是化学变化
D．煤主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元素
选C 煤是多种复杂的有机物和无机物形成的混合物，不含苯、二甲苯和焦炉气，这三者都是煤在干馏过程中产生的，A错误；
将煤隔绝空气加强热使其分解的过程为煤的干馏，故煤的干馏是化学变化，B错误；
煤由有机物和少量无机物组成，C正确；
煤中H元素含量很少，煤的构成元素主要为C元素，D错误。
7．金属材料在日常生活、生产中有着广泛的应用，下列关于金属的说法不正确的是（ ）
A．越活泼的金属越难冶炼
B．合金的性质与其成分金属的性质不完全相同
C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
D．工业上金属Mg、Al都是用电解其熔融的氯化物制得的
选D 熔融的AlCl3不导电。
8．下列有关海水资源的综合利用不正确的是（ ）
A．海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等
B．用海水为原料，经一系列过程制得氧化镁固体，H2还原得到镁
C．提取海带中的碘，首先将用刷子刷净并用酒精润湿的干海带在坩埚中灼烧
D．提取海水中的溴，富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收
选B 海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等，均可分离出水，A正确；
用海水为原料，经一系列过程制氯化镁，电解熔融氯化镁制备Mg，B错误；
海带中碘以离子存在，先将用刷子刷净并用酒精润湿的干海带在坩埚中灼烧，然后溶解、氧化、萃取、蒸馏分离，C正确；
海水中溴离子浓度太低，氧化后吹出富集，后利用二氧化硫还原吸收，富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，D正确。
9．在石油工业中，将重油制成乙烯的方法是（ ）
A．裂化B．裂解
C．干馏D．分馏
选B 将重油制成气态不饱和烃，应采取比裂化更高的温度才可以实现，采用裂解的方法。
10．下列金属的冶炼过程中，需加入还原剂的是（ ）
A．HgO―→HgB．Al2O3―→Al
C．Ag2O―→AgD．CuSO4―→Cu
选D 在冶炼金属的方法中，只有热还原法需要加入还原剂。
这种方法适合冶炼金属活动性顺序处于中间部分的金属如Fe、Cu，而后面的金属如Hg、Ag适合用热分解法，前面的金属如Al适合用电解法。
11．下列说法中不正确的是（ ）
A．石油化学工业是以石油为原料，既生产石油产品又生产化学用品的石油加工业
B．石油裂化既能提高汽油产量，又能提高汽油的质量
C．石油的裂解和裂化都是化学变化，但二者的目的不一样
D．烷烃在裂解过程中既可发生断链裂解又可发生脱氢裂解
选A 石油化学工业的原料是石油和天然气，A项不正确；
石油裂化既能提高汽油的产量又能提高汽油的质量，裂解是深度裂化，以获取化工原料乙烯、丙烯、丁烯为生产目的，B、C项均正确；
烷烃裂解方式有两种，即断链和脱氢，D项正确。
12．据《天工开物》记载我国古代以炉甘石（主要成分是ZnCO3）来升炼倭铅（即锌），其原理如图2所示。
已知锌的熔点为420℃、沸点为906℃。
则下列说法不正确的是（ ）
A．升炼倭铅过程包含氧化还原反应
B．“锌火”是锌蒸气和一氧化碳在空气中的燃烧
C．“泥封”的目的是防止得到的锌被氧化
D．冶炼时锌变为蒸气在兜室冷凝为固体
选D 炉甘石的主要成分是ZnCO3，与煤炭在高温下共热，ZnCO3分解生成ZnO、CO2，C与CO2反应生成CO，CO还原ZnO得到Zn，其中生成CO及CO还原ZnO均为氧化还原反应，A正确。
“锌火”是未反应完的CO与Zn蒸气从“兜室”逸出燃烧，B正确。
Zn高温下易被空气中O2氧化成ZnO，故“泥封”是为了隔绝空气，防止Zn被氧化，C正确。
反应区温度为1100～1300℃，Zn变为蒸气与杂质分离，在“兜室”冷凝为液体流出（冷凝区温度高于Zn的熔点），D错误。
13．“空气吹出法”海水提溴的工艺流程如图所示：
下列说法中正确的是（ ）
A．进入吹出塔前，Br－被还原成了Br2
B．从吹出塔进入吸收塔的物质只有Br2
C．经过吸收塔后，溴元素得到了富集
D．蒸馏塔中只发生了物理变化
选C A项，进入吹出塔之前，发生Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2，Br的化合价升高，被氧化，错误；
B项，根据流程，进入吸收塔的物质除Br2外，还含有空气、水蒸气、过量的氯气等，错误；
C项，吸收塔中发生的反应是SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4，因为海水中Br－浓度很小，因此经过吸收塔后，溴元素得到了富集，正确；
D项，蒸馏塔中主要发生反应Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，为化学变化，错误。
14.如图是实验室模拟煤的干馏的实验装置，下列有关叙述错误的是（ ）
A．图示实验中发生了化学变化
B．实验后水溶液的pH>
7，溶液Y是黑色黏稠的煤焦油，上层X是粗苯等
C．气体Z易燃，可以还原氧化铜
D．液体Y是一种纯净物
选D 煤的干馏是化学变化，A项正确；
所得产物有焦炉气（含有CH4、H2、C2H4、CO等）、煤焦油（不溶于水的一种多成分混合物）、粗氨水、粗苯、焦炭等，焦炉气中的H2、CO可还原氧化铜，且易燃，C项正确；
氨水的pH>
7，煤焦油居于水层以下，粗苯密度小于水，在上层，故B项正确；
煤焦油中含有多种物质，属于混合物，D项错误。
15．海藻中含有丰富的碘元素（以I－形式存在）。
实验室中提取碘的流程如图：
上述流程中步骤A～D对应的装置图正确的是（ ）
步骤
装置图
选C 由流程分析可知，海藻在坩埚中灼烧得到海藻灰浸泡得到悬浊液，过滤得到含碘离子的溶液，通入适量氯气氧化碘离子生成碘单质，加入有机溶剂萃取分液得到碘的有机溶液，通过蒸馏得到晶体碘。
步骤A～D对应的装置图中，固体应在坩埚中灼烧，A错误；
过滤操作需要沿玻璃棒引流到过滤器，B错误；
萃取分液在分液漏斗中进行，C正确；
蒸馏装置中温度计应在蒸馏烧瓶的支管口处，冷凝管中水流应下进上出效果好，D错误。
16．冶炼金属常用以下几种方法：
a．以C、CO或H2作还原剂还原；
b．利用铝热反应原理；
c．电解法；
d．热分解法。
（1）下列金属各采用哪种方法冶炼最佳？
①Fe、Zn、Cu等较不活泼金属________；
②Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属________；
③Hg、Ag等不活泼金属________；
④V、Cr、Mn、W等高熔点金属________。
（2）工业上生产钾不能用电解熔融KCl的方法制得，因金属钾易溶于熔融态的KCl中而有危险，难获得钾，且降低电解效率。
现生产钾是用金属钠和熔化的KCl反应制取。
有关数据如下表：
熔点/℃
沸点/℃
密度/（g·
cm－3）
Na
97.8
883
0.97
K
63.7
774
0.86
NaCl
801
1413
2.165
KCl
770
1500
1.984
工业上生产金属钾的化学方程式是：
KCl＋Na
NaCl＋K
工业上制金属钾主要运用到上表所列的哪些物理常数？
________；
其选择范围是________________________________________________________________________。
选择的方法应以节约原料和降低成本为标准，同时有较高的产率，并易分离。
根据每种金属的特点，应选择最佳方案，其中
（2）要进行反应Na＋KCl===NaCl＋K，最佳选择是使K作为气体逸出，而其他物质仍然保留在体系中，这样，根据化学平衡，反应可不断正向进行。
根据表中数据可知，在801℃<
T<
883℃时，Na、KCl、NaCl均为液态，而钾为气态。
（1）①a ②c ③d ④b
（2）熔点和沸点 801℃<
883℃
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