第四章 化学与自然资源的开发利用.docx

第四章 化学与自然资源的开发利用.docx

《第四章 化学与自然资源的开发利用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四章 化学与自然资源的开发利用.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第四章化学与自然资源的开发利用

第四章化学与自然资源的开发利用

第一节　开发利用金属矿物和海水资源

重难点一金属的冶炼

1．金属冶炼原理

金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属离子得到电子被还原为金属单质的过程：

Mn＋＋ne－===M。

2．金属活泼性与对应离子得电子能力的关系

金属越活泼，其对应离了越难得电子，越难被还原成单质。

3．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

KCaNaMgAl

ZnFeSnPb（H）Cu

HgAg

PtAu

金属原子失电子能力

强→弱

金属离子得电子能力

弱→强

主要冶方法

电解法

热还原法

热分解法

物理方法

特别提醒　

（1）熟记金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系，对解决该部分题目非常关键。

同时，利用好规律“单强离弱”，即金属单质的还原性越强，其离子的氧化性越弱。

（2）金属活动性顺序表中，金属的位置越靠后，金属阳离子的氧化性越强，越容易被还原，用一般的还原方法就能使金属离子还原，人们开发利用的时间就较早。

同理，金属的位置越靠前，人们开发利用的时间就较晚。

重难点二铝热反应

实验装置

实验现象

当外露部分镁条刚刚燃完时，纸漏斗内的混合物立即剧烈反应，发出耀眼的光芒，产生大量的热。

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

原因分析

镁条燃烧，放出大量的热；KClO3作为引燃剂在受热状态下发生分解，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生反应：

2Al＋Fe2O3

2Fe＋Al2O3，生成的铁在高温下呈熔化状态

原理应用

冶金工业上常用该原理制取高熔点的金属，如钒、铬、锰等。

也可用在生产上，如焊接钢轨等

注意事项

镁条要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃；氧化铁粉末要干燥；铝粉要用没有被氧化的，否则反应难以进行

2.Fe2O3与Al的质量的比要控制在3∶1，且两者要混合均匀，以保证Fe2O3与Al都完全反应

3.要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出，同时损坏纸漏斗

4.蒸发皿中的细纱要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人

5.实验装置不要距人群太近，应远离易燃物，或在玻璃通风橱内操作

特别提醒　在应用铝热反应解决问题时，要理解铝热反应的实质是置换反应，利用铝的活泼性置换出不活泼的金属，在判断铝热反应是否能发生时，应首先看金属的活动性。

重难点三海带提碘

实验步骤

实验现象

结论或解释

①取3g左右的干海带，把干海带表面的附着物用刷子刷净（不要用水冲洗），用剪刀剪碎后，用酒精润湿，放入坩埚中。

点燃酒精灯，灼烧海带至完全变成灰烬，停止加热，冷却

②将海带灰转移到小烧杯中，向其中加入10mL蒸馏水，搅拌、煮沸2～3min，过滤

得无色透明溶液

碘不是以碘单质形式存在

③在滤液中滴入几滴稀硫酸，再加入约1mLH2O2溶液，观察现象

溶液由无色变为深黄色

化学方程式：

2KI＋H2O2＋H2SO4===I2＋K2SO4＋2H2O，I2的水溶液为黄色

④取少量上述滤液，加入几滴淀粉溶液，观察现象

溶液变为深蓝色

I2遇淀粉变蓝

特别提醒　①海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；海带要用干的，因为湿的海带不易燃烧。

②H2O2氧化I－的离子方程式为H2O2＋2I－＋2H＋===I2＋2H2O。

③流程图：

海带→浸泡→氧化→过滤→提纯→碘单质。

重难点四海水提溴

1．工艺流程

海水

Br2（g）。

2．实验步骤

实验操作

化学方程式

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，使溴离子转变为溴单质

2NaBr＋Cl2===Br2＋2NaCl

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

Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4

④向吸收塔中的溶液内通入适量的氯气

2HBr＋Cl2===Br2＋2HCl

⑤用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔中溶液里的溴单质

特别提醒　萃取剂的选择应注意：

①被萃取的物质与所加入的有机溶剂不发生化学反应；

②萃取剂与水不能互溶。

③被萃取的物质在有机溶剂中的溶解度要远远大于在原溶剂中的溶解度。

题型1金属的冶炼

例1　下列金属冶炼的反应原理，错误的是（　　）

A．2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑B．MgO＋H2

Mg＋H2O

C．Fe3O4＋4CO

3Fe＋4CO2D．2HgO

2Hg＋O2↑

解析　钠、镁等活泼金属不能用普通还原剂还原出来，只能用电解熔融物的方法制取，故A正确，B错误；而铁为中等活泼的金属可以用常用还原剂还原，故C正确；不活泼的金属可以用加热分解化合物的方法来制备，故D正确。

答案　B

题型2铝热反应

例2　为确定某铝热剂（含氧化铁和铝）的组成，分别进行下列实验。

（1）若取ag样品，向其中加入足量的NaOH溶液，测得生成气体（标准状况，下同）的体积为bL。

反应的化学方程式是________；样品中铝的质量是________g。

（2）若取ag样品将其点燃，恰好完全反应，该反应的化学方程式是________；氧化铁与铝的质量比是________。

（3）待

（2）中反应产物冷却后，加入足量盐酸，测得生成的气体体积为cL，该气体与

（1）中所得气体的体积比c∶b＝__________。

解析　

（1）铝热剂中只有铝能与NaOH溶液反应，Fe2O3不能反应，铝与NaOH溶液反应的化学方程式为：

2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

　2×273×22.4

　xbL

x＝

＝

g，样品中铝的质量为

g。

（2）铝热剂点燃恰好完全反应，化学方程式为2Al＋Fe2O3

Al2O3＋2Fe，由该方程式可推知：

氧化铁与铝的质量比是

＝

＝

，物质的量之比是

＝

。

H2，Fe→

H2，Fe→H2，所以得c∶b＝1∶

，即c∶b＝2∶3。

答案　

（1）2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑

（2）2Al＋Fe2O3

Al2O3＋2Fe　80∶27

（3）2∶3

题型3海水中提取溴

例3　全球海水中溴的储藏量丰富，约占地球溴总储藏量的99%，故溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65mg/L。

其工业提取方法有：

（1）空气吹出纯碱吸收法。

方法是将氯气通入到富含溴离子的海水中，把溴置换出来，再用空气将溴吹出，用纯碱溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到溴单质。

该方法涉及到的反应有①________________________________________________________________________

（写出离子方程式）；②3Br2＋3CO

===BrO

＋5Br－＋3CO2↑；③BrO

＋5Br－＋6H＋===3Br2＋3H2O。

其中反应②中氧化剂是________；还原剂是________。

（2）空气吹出SO2吸收法。

该方法基本同

（1），只是将溴吹出后是用SO2来吸收的，使溴转化为氢溴酸，然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质溴。

写出溴与二氧化硫反应的化学方程式：

________________________________________________________________________。

（3）溶剂萃取法。

该法是利用单质溴在水中和有机溶剂中溶解度的不同的原理来进行的。

实验室中萃取用到的实验仪器名称是____________。

下列可以用于海水中溴的萃取的溶剂是________（填序号）。

①乙醇　②四氯化碳　③硝酸

解析　工业上提取溴的原理：

将氯气通入到富含溴离子的海水中，把溴置换出来，然后被某些溶液吸收，再提纯即可得到。

Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2，溴与二氧化硫反应的化学方程式：

Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4，方法（3）是利用物理方法，用有机溶剂溶解，因为溴易溶于有机溶剂，作为海水中萃取溴的溶剂只能是②四氯化碳。

答案　

（1）Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2　Br2　Br2

（2）Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4

（3）分液漏斗　②

海水中的溴元素是以Br-形式存在的，海水提溴的关键反应是用Cl2将Br-氧化为Br2，然后将Br2利用空气吹出法分离出来。

题型4海带中提取碘

例4　海带中含有丰富的碘。

为了从海带中提取碘，某研究性学习小组设计并进行了以下实验：

请填写下列空白：

（1）步骤①灼烧海带时，除需要三脚架外，还需要用到的实验仪器是______________（从下列仪器中选出所需的仪器，用标号字母填写空白处）。

A．烧杯　B．坩埚　C．表面皿　D．泥三角E．酒精灯　F．干燥器

（2）步骤③的实验操作名称是______；步骤⑥的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收苯，该步骤的实验操作名称是________。

（3）步骤④反应的离子方程式是____________________________________________。

（4）步骤⑤中，某学生选择用苯来提取碘的理由是

________________________________________________________________________。

（5）请设计一种检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘的简单方法：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

解析　

（1）步骤①是对干燥海带加热灼烧，与三脚架一起使用的常常是泥三角、坩埚和酒精灯。

（2）步骤③是由海带灰悬浊液得含碘离子的溶液，因此一定要进行过滤。

步骤⑥是从混溶碘的苯溶液中分离碘和回收苯，因二者在水中溶解度都不大，因此只能用蒸馏分离的方法。

（3）结合“碘离子

含碘水溶液”，再联想实验室中Cl2的制备不难写出④的离子方程式为2I－＋MnO2＋4H＋===Mn2＋＋I2＋2H2O。

（4）因碘不易溶于水而易溶于有机溶剂苯，且苯不溶于水易与水溶液分层，这是选取萃取剂的原则。

（5）根据碘单质遇淀粉变蓝这一现象，可以取少量提取碘之后的溶液，加入淀粉看是否变蓝来检验。

答案　

（1）BDE　

（2）过滤　蒸馏

（3）2I－＋MnO2＋4H＋===Mn2＋＋I2＋2H2O

（4）苯与水互不相溶；碘在苯中的溶解度比在水中大

（5）取少量提取碘后的水溶液于试管中，加入几滴淀粉试液；观察是否出现蓝色（如果变蓝，说明还有单质碘，反之则没有单质碘）

题型5海水资源的综合利用

例5　海水是一个巨大的化学资源宝库，下列有关海水综合利用的说法正确的是（　　）

A．海水中含有钾元素，只需经过物理变化就可以得到钾单质

B．海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化

C．从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备Cl2

D．利用潮汐发电是将化学能转化为电能

解析　海水中的钾元素是以化合态形式存在的，要由化合态转变为游离态，一定发生氧化还原反应，故A不正确；海水蒸发制海盐，发生了物理变化，B也不正确；电解熔融NaCl可以制得Na和Cl2，C正确；潮汐发电是将机械能转化为电能，因此D也不正确。

答案　C

1．存在于海底的大量多金属结核矿（如图4－2），将是人类重要的金属资源……

提示　目前海底矿藏资源的勘探和开采技术还不够成熟，要投入实用更面临许多难题。

除了成本比陆地高以外，还存在破坏生态环境等问题。

有资料表明，开采海底矿藏作为一个产业将在2010～2030年才能形成。

2．通过调查访问和查阅资料，了解回收废旧钢铁、铝制品等在节约能源……

提示　废旧金属资源的再生利用肩负着提供新资源、改善环境和保护人类生存条件等任务，是一项利在当代、功在千秋的社会性公益事业。

（1）地球上的金属矿产资源是有限的，不可再生的，随着社会的发展，金属矿产资源越来越少。

（2）金属制品在使用过程中会被不断地腐蚀和损坏，新旧更替中，产生大量垃圾，污染环境。

（3）回收的废旧金属大部分可以重新制成金属或它们的化合物再利用。

据计算，回收一个铝饮料罐比制造一个新铝饮料罐要便宜20%，而且可以节约95%的能源。

将Br－转变为Br2是海水提溴中关键的化学反应……

提示　

（1）浓缩。

将海水晒盐和海水淡化的过程中的副产物溶液加热浓缩，再用硫酸将浓缩的海水酸化。

（2）氧化。

向酸化的海水中通入适量的Cl2，使溴离子转变为溴单质。

化学方程式为2NaBr＋Cl2===Br2＋2NaCl。

（3）富集。

利用溴的挥发性，向含溴单质的水溶液中通入热空气和水蒸气，将溴单质吹入盛有SO2溶液的吸收塔内。

化学方程式为Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。

（4）提取。

向吸收塔内的溶液中通入适量的Cl2，再用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔中溶液里的溴单质。

化学方程式为2HBr＋Cl2===Br2＋2HCl。

1．制取金属单质是将金属元素从其化合物中还原出来，例如：

Fe2O3＋3CO

2Fe＋3CO2；2Al2O3

4Al＋3O2↑

制取非金属单质，既可以将非金属元素从化合物中还原出来，也可以将非金属元素从化合物中氧化出来，例如：

SiO2＋2C

Si＋2CO↑；2KI＋H2O2＋2HCl===I2＋2H2O＋2KCl

5KI＋KIO3＋6HCl===3I2＋6KCl＋3H2O；2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

相同点：

（1）都可以用分解法、电解法和还原法来制取；

（2）都是由化合态变为游离态的氧化还原反应。

不同点：

由于金属无负价，故金属单质不可以用氧化法来制取，只能通过还原反应来制取。

而制取非金属单质，非金属元素既可能发生还原反应，也可能发生氧化反应。

解析　解决这类题目应从氧化还原的角度来分析。

2．SnO2＋2C

Sn＋2CO↑　氧化剂：

SnO2　还原剂：

C

WO3＋3H2

W＋3H2O　氧化剂：

WO3　还原剂：

H2

2PbS＋3O2

2PbO＋2SO2　氧化剂：

O2　还原剂：

PbS

UF4＋2Mg

U＋2MgF2　氧化剂：

UF4　还原剂：

Mg

2Au（CN）

＋Zn===2Au＋Zn（CN）

　氧化剂：

Au（CN）

　还原剂：

Zn

解析　氧化剂是指在反应中得电子（化合价降低）的物质；还原剂是指在反应中失电子（化合价升高）的物质。

在氧化还原反应中得、失电子总数是相等的（即电子守恒），表现为化合价升高和降低的总数相等，因此解答本题应从分析化合价的变化情况来入手解决。

3．2[2CuCO3·Cu（OH）2]＋3C

6Cu＋7CO2↑＋2H2O　反应类型：

氧化还原反应

解析　该反应为氧化还原反应。

2CuCO3·Cu（OH）2中Cu均为＋2价。

利用电子守恒来配平，要注意蓝铜矿化学式表示的意义是1mol2CuCO3·Cu（OH）2中相当于含有2molCuCO3和1molCu（OH）2。

4．

（1）NaOH溶液或CaO或Ca（OH）2　适当过量　

（2）过滤　（3）盐酸　（4）MgCl2（熔融）电解,Mg＋Cl2↑

解析　解答本题的关键是依照实验流程图搞清各步反应的原理。

海水

Mg（OH）2沉淀

MgCl2溶液

无水MgCl2

Mg。

5．工业上从海水中提取溴所涉及的离子反应（按反应过程）：

①2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2；②Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO

；③2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2。

实验室用海带提取碘所涉及的离子反应：

2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O。

根据上面的反应可知氧化性：

Cl2>Br2>SO2，H2O2>I2。

推测的化学方程式为：

（1）Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2　

（2）不反应　（3）Cl2＋2NaI===2NaCl＋I2　（4）不反应

解析　氧化还原反应中一般氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性。

也就是说只能由氧化性强的生成氧化性弱的物质，而一般不能由氧化性弱的物质生成氧化性强的物质。

6．

（1）Al2O3＋2NaOH===2NaAlO2＋H2O

（2）NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al（OH）3↓＋NaHCO3

（3）2Al（OH）3

Al2O3＋3H2O

（4）2Al2O3（熔融）

4Al＋3O2↑

第（4）步转化过程消耗能量最多，因为这一步转化中消耗了大量的电能。

7．55.0%

解析　由题意可知只有Fe3O4中含有Fe元素，故w（Fe）＝

×76.0%＝55.0%。

8.

阶段

主要污染

采取的措施和建议

采矿

噪音、粉尘和烟雾

采用无声爆破技术或设置消音器；对粉尘和烟雾，可用烟雾聚集器使其聚集，并回收再利用这些物质

选矿

污水和固体废弃物

对污染的水要先净化、消毒再排放或循环使用；对固体废料要回收利用

冶炼

粉尘和烟雾、有害气体和固体废料

对有害气体要将其中的有害成分吸收转化为化工原料或燃料；对粉尘和烟雾以及固体废料要回收利用

9.

（1）孔雀石逐渐溶解，溶液变蓝，有气泡产生。

（2）加入的金属应比铜活泼，可以是铁。

因为Fe可以把溶液中的Cu2＋置换为Cu。

（3）方案1：

向滤液中加入过量的NaOH溶液，过滤；将得到的沉淀洗涤，灼烧；保持加热状态，用CO还原灼烧后的固体。

方案2：

电解CuSO4溶液（滤液）。

10．

（1）TiO2＋2C＋2Cl2

TiCl4＋2CO

（2）TiCl4＋2Mg

Ti＋2MgCl2

稀有气体的保护氛围可使高温下的Mg、Ti不被空气中的氧气氧化（Mg还可以与N2反

应）。

1．金属冶炼的目的是（　　）

A．把金属化合物还原为金属单质B．除去金属中的杂质

C．把金属单质变为氧化物D．把电能转化为化学能

答案　A

解析　由金属冶炼原理Mn＋―→M可知，金属冶炼的目的是将化合态的金属元素还原为游离态。

2．不同金属的冶炼，其冶炼方法也可能不同，主要原因是（　　）

A．金属在自然界中的分布不同B．金属在自然界中的含量不同

C．金属在自然界中的存在形式不同D．金属的活动性不同

答案　D

解析　金属冶炼的实质是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得电子变成金属单质，金属的活动性不同，其对应金属离子得电子的能力不同，冶炼方法就有可能不同。

3．若将海水淡化作饮用水使用，下列方法在原理上完全不可行的是（　　）

A．加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化

B．利用太阳能使海水蒸馏淡化

C．将海水缓慢凝固以获取淡化的饮用水

D．将海水通过离子交换树脂，以除去所含离子

答案　A

解析　明矾净水是利用Al3＋水解生成的Al（OH）3胶体的吸附作用而除去水中的一些泥沙，并不能除去海水中的阴、阳离子而使海水淡化；利用太阳能使海水蒸馏淡化，是有研究价值的一种淡化途径；海水缓慢凝固后可结成冰，在这个过程中可以除去海水中的离子而淡化；将海水通过离子交换树脂使海水淡化是一种已被应用的海水淡化方法。

4．从海水中提取下列物质，可以不涉及化学变化的是（　　）

A．镁B．氯化钠C．溴D．钾

答案　B

解析　从海水中提取镁和钾，需把镁、钾元素还原；从海水中提取溴，需把Br－氧化；从海水中提取氯化钠，只需蒸发、结晶、过滤即可。

5．由海水制备无水氯化镁，主要有以下步骤：

①在一定条件下脱水干燥；②加熟石灰；③加盐酸；④过滤；⑤浓缩结晶。

其先后顺序正确的是（　　）

A．②④⑤③①B．③②④①⑤C．③④②⑤①D．②④③⑤①

答案　D

解析　要从海水中得到无水MgCl2，首先要加熟石灰得到Mg（OH）2沉淀，然后过滤，再将沉淀加盐酸溶解，得到MgCl2溶液，然后对溶液浓缩结晶，再对晶体脱水干燥即可。

6．有下列原料：

①海水　②石灰石　③赤铁矿　④铝土矿

⑤焦炭　⑥辰砂（硫化汞）

（1）工业冶炼用________方法制Mg，其原料主要是

________________________________________________________________________。

（2）工业冶炼用________方法制Al，其原料主要是

________________________________________________________________________。

（3）工业冶炼用________方法制Fe，其原料主要是

________________________________________________________________________。

工业冶炼用________方法制Hg，其原料主要是

________________________________________________________________________。

答案　

（1）电解　①②　

（2）电解　④　（3）热还原　③⑤　（4）热分解　⑥

解析　根据金属的活动性顺序选择合适的冶炼方法。

7．海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素，碘元素以碘离子的形式存在。

实验室里从海藻中提取碘的流程如下图：

（1）指出提取碘的过程中有关的实验操作名称：

①____________；③____________；

写出实验②中有关反应的离子方程式：

_________________________________________。

（2）提取碘的过程中，可供选择的有关试剂是________。

A．酒精　　　B．四氯化碳　　　C．苯　　　D．乙酸

（3）为使海藻灰中I－转化为I2的有机溶液，实验室里有烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器。

尚缺少的仪器是

________________________________________________________________________。

（4）从含碘的有机溶剂中提取碘，还要经过蒸馏，指出下图蒸馏装置中的错误之处：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

进行蒸馏操作时，使用水浴加热的原因是

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

最后晶态碘在______中。

答案　

（1）过滤　萃取　Cl2＋2I－===2Cl－＋I2

（2）BC

（3）分液漏斗、普通漏斗

（4）①缺少石棉网　②温度计插到了液体中　③冷凝管进出水方向颠倒

（5）使蒸馏烧瓶均匀受热，控制加热温度不会过高　蒸馏烧瓶

解析　本题考查卤素的性质及分离物质的方法。

（1）从流程图中提示可知，操作①是过滤，③是萃