优化方案高中化学第四章化学与自然资源的开发利用章末优化总结新人教版必修2.docx
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优化方案高中化学第四章化学与自然资源的开发利用章末优化总结新人教版必修2
第四章化学与自然资源的开发利用
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煤和石油的综合利用
能源问题日益成为世界关注的问题，目前人们已致力于研究、开发新能源，同时对煤、石油等化石燃料进行更有效、更合理的利用。
随之，高考在该类问题上也经常涉及。
本考点主要围绕煤和石油的化工生产进行设计，在实际应用中设问，主要考查煤和石油的加工方式、产品及应用，突出化学与可持续发展的联系，考查分析问题和解决问题的能力。
（2013·高考山东卷）化学与生产和生活密切相关，下列说法正确的是（ ）
A．聚乙烯塑料的老化是因为发生了加成反应
B．煤经过气化和液化等物理变化可转化为清洁燃料
C．合成纤维、人造纤维及碳纤维都属于有机高分子材料
D．利用粮食酿酒经历了淀粉→葡萄糖→乙醇的化学变化过程
[解析] A项，聚乙烯分子中不含碳碳双键，不能发生加成反应，塑料老化是发生了氧化反应。
B项，煤的气化和液化均为化学变化，前者主要为碳与水蒸气反应生成H2和CO，后者主要是以煤为原料制取液体燃料。
C项，合成纤维和人造纤维属于有机高分子材料，而碳纤维的主要成分为碳，属于无机非金属材料。
D项，粮食酿酒要经过一系列化学变化，淀粉先发生水解，最终生成葡萄糖，葡萄糖再在酒化酶作用下生成乙醇和CO2。
[答案] D
（高考题汇编）下列说法错误的是（ ）
A．（2015·高考浙江卷，7－C）石油裂解、煤的干馏、玉米制醇、蛋白质的变性和纳米银粒子的聚集都是化学变化
B．（2015·高考浙江卷，7－D）燃料的脱硫脱氮、SO2的回收利用和NOx的催化转化都是减少酸雨产生的措施
C．（2012·高考浙江卷，7－D）石油催化裂化的主要目的是提高汽油等轻质油的产量与质量，石油裂解的主要目的是得到更多的乙烯、丙烯等气态短链烃
D．（2011·高考福建卷，6－D）合理开发利用可燃冰（固态甲烷水合物）有助于缓解能源紧缺
[解析] 石油裂解，煤的干馏、玉米制醇、蛋白质的变性都是化学变化，纳米银粒子的聚集只是物质的聚集状态发生改变，属于物理变化，A项错误。
[答案] A
环境保护与绿色化学
环境问题日益成为人们关注的焦点，随着科技进步和人们生活水平的提高，各种各样的环境问题逐渐显现出来，目前各种污染正对人们的生存环境造成危害。
因此“绿色化学”成为21世纪化学发展的主导方向。
它要求从根本上消除污染，是一门能彻底防止污染产生的科学。
近年来，高考中常常以环境问题作为命题的出发点，考查环境污染的成因、危害及其治理，以及与之有关的生产或工艺中的化学原理。
（高考江苏卷）化学在资源利用、环境保护等与社会可持续发展密切相关的领域发挥着积极作用。
下列做法与社会可持续发展理念相违背的是（ ）
A．改进汽车尾气净化技术，减少大气污染物的排放
B．开发利用可再生能源，减少化石燃料的使用
C．研发可降解高分子材料，减少“白色污染”
D．过度开采矿物资源，促进地方经济发展
[解析] 过度开采矿物资源会使资源匮乏，不利于社会可持续发展。
[答案] D
金属的冶炼方法
1．热分解法
一般适用于金属活动性顺序中位于汞及以后的金属。
例如：
2HgO2Hg＋O2↑，2Ag2O4Ag＋O2↑。
2．热还原法
一般适用于金属活动性顺序中铝以后汞以前的大多数金属，常用的还原剂有C、CO、H2、Al等。
（1）焦炭还原法。
例如：
Fe2O3＋3C2Fe＋3CO↑，CuO＋CCu＋CO↑。
（2）一氧化碳还原法。
例如：
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2，CuO＋COCu＋CO2。
（3）氢气还原法。
例如：
WO3＋3H2W＋3H2O，Fe3O4＋4H23Fe＋4H2O。
（4）活泼金属还原法。
例如：
Cr2O3＋2Al2Cr＋Al2O3,3V2O5＋10Al6V＋5Al2O3。
特别提醒 可用热还原法冶炼的金属，其金属性比较强，在金属活动性顺序中居于中间区域。
①用焦炭还原法冶炼金属，炼得的金属中往往含有少量的碳。
又由于用一氧化碳还原法冶炼金属时，一氧化碳一般是在金属冶炼炉中通过下列反应生成的：
C（焦炭）＋O2CO2，CO2＋C（焦炭）2CO。
所以，用一氧化碳还原法炼得的金属中也会含有少量的碳。
②用氢气还原法冶炼金属，炼得的金属的纯度相对较高，但成本也较高。
③用活泼金属还原法冶炼金属，克服了被炼金属及其氧化物熔点高、难以冶炼的问题，但成本也较高。
由于金属矿石中一般混有多种杂质及在高温下少量还原剂与炼出的金属熔合等问题，用热还原法炼得的金属往往不纯。
3．电解法
一般适用于金属活动性顺序中铝及铝以前的活动性较强的金属。
例如：
2Al2O3（熔融）4Al＋3O2↑，MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑，2NaCl（熔融）2Na＋Cl2↑。
（1）电解法冶炼金属，解决了很活泼的金属（K、Ca、Na、Mg、Al等）阳离子难以被还原的问题，或者说电解法一般用于很活泼的金属的冶炼。
电解法冶炼金属要消耗大量的电能，成本较高。
在工业生产中要注意节能增效。
（2）离子化合物在熔融状态下电离，可电解；共价化合物即使熔融也不电离，不能电解。
Al2O3、MgCl2、NaCl都是离子化合物，在熔融状态下电离的离子方程式分别为
Al2O3===2Al3＋＋3O2－，MgCl2===Mg2＋＋2Cl－，NaCl===Na＋＋Cl－。
（3）有的金属冶炼既可以用热还原法又可以用电解法，在热还原法中，也可以采用不同的还原剂，对于一种金属的冶炼，具体采用什么样的冶炼方法，选用什么样的还原剂，要根据生产原料、设备和金属的用途等多种因素综合确定。
冶炼金属一般有下列四种方法：
①焦炭法；②水煤气（H2或CO）法；③活泼金属置换法；④电解法。
四种方法各有优缺点，在工业上均有应用。
一种无色气体A与红热的炭反应，得到另一种无色气体B，B与灼热的氧化铜反应，又得到A，则A、B分别为（ ）
A．O2、CO2 B．O2、CO
C．CO2、COD．CO、CO2
[解析] CO2＋C2CO，CuO＋COCu＋CO2。
[答案] C
1．钛（Ti）有“未来钢铁”之称。
工业上常以TiCl4＋2MgTi＋2MgCl2获得海绵状钛。
该反应在下列哪种环境中进行（ ）
A．稀有气体中B．空气中
C．氮气中D．CO2气体中
解析：
选A。
空气中的N2、O2、CO2气体在加热的条件下均与镁反应，故应在稀有气体中进行。
海水资源的开发利用
1．海水淡化
海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。
其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善，是目前海水淡化的主要方法。
海水蒸馏原理示意图
2．海水中镁、钾、溴、碘等化工产品的提取
海水中含有的各种元素的特点：
种类多，总储量大，富集程度低。
因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集问题。
例如：
（1）海水中溴的提取流程
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：
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以达到富集的目的：
Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。
④向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：
2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2。
⑤用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内溶液中的溴单质。
（2）海带中碘的提取原理：
海带中的碘元素主要以I－的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2，再萃取出来。
例如：
用H2O2作氧化剂，反应的离子方程式是2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O。
实验时先将干海带灼烧去除有机物，剩余物用H2O2、H2SO4处理，使得I－被氧化成I2。
3．海水资源的综合利用
（1）从海水中提取淡水——海水淡化。
（2）直接利用海水进行循环冷却。
（3）海水制盐。
（4）从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品。
（5）从海水中获取铀和重水作为核能开发的重要原料。
（6）从海水中获取其他物质和能量。
目前世界上60%的镁是从海水中提取的。
海水提镁的主要流程如下：
请回答下列问题：
（1）从离子反应的角度思考，在海水中加入石灰乳的作用是________________________________________________________________________，写出在沉淀池中发生反应的离子方程式：
________________________________________________________________________。
（2）石灰乳是生石灰与水形成的化合物，从充分利用海洋化学资源，提高经济效益的角度，生产生石灰的主要原料来源于海洋中的____________________。
（3）操作A是____________，操作B是______________。
（4）加入的足量试剂a是______________（填化学式）。
（5）无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl2，该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
从考虑成本和废物循环利用的角度，副产物氯气可以用于______________。
（6）海水提镁的过程中，为什么要将海水中的氯化镁转变为氢氧化镁，再转变为氯化镁？
[解析]
（1）由框图我们可以看出加入石灰乳后生成了Mg（OH）2，很明显作用就是为了将Mg2＋沉淀；
（2）CaCO3CaO＋CO2↑，海洋中贝壳含有丰富的CaCO3；（3）由框图可知操作A是过滤，操作B是蒸发结晶；（4）从框图中可以看出由Mg（OH）2到MgCl2需加盐酸；（5）电解生成的Cl2可与H2反应生成HCl，循环使用；（6）海水中尽管含镁丰富，但浓度较小，之所以将海水中的氯化镁转变为氢氧化镁，再转变为氯化镁就是为了把镁富集，且成本比较低。
[答案]
（1）沉淀Mg2＋[或使Mg2＋形成Mg（OH）2沉淀] Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓
（2）贝壳（或牡蛎壳等）
（3）过滤 蒸发结晶（或加热浓缩）
（4）HCl
（5）MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑ 制盐酸，循环使用
（6）海水中氯化镁的含量很大，但镁离子浓度很低，该过程可以使镁离子富集，浓度增大且成本较低
2．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：
选C。
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，A不正确；海水蒸发制海盐发生的是物理变化，B不正确；电解熔融NaCl可以制得Na和Cl2，C正确；潮汐发电是动能、势能转化为机械能，机械能转化为电能，D不正确。
环境保护与绿色化学
1．当今社会全球环境面临三大热点问题：
酸雨、臭氧层破坏和温室效应，现列表比较如下
酸雨
臭氧层破坏
温室效应
危害
破坏作物、森林、草原；使湖泊酸化、鱼类死亡；加速建筑物的腐蚀
使皮肤发生癌变
两极冰川融化，海平面升高，陆地减少，地表气温升高，气候干旱，土地沙漠化，农业减产
成因
含硫燃料的大量燃烧产生SO2，SO2H2SO3H2SO4（或SO2SO3H2SO4）
汽车尾气、氟氯烃气体的大量排放
大量CO2气体的排放，导致大气中CO2浓度不断上升，CO2能阻碍由地面反射回高空的红外辐射，使地
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