第八章　化学与可持续发展第一节　自然资源的开发利用第1课时　金属矿物、海水资源的开发利用基础过关练　　　　　　　　　　　　　　　　题组一　常见金属的冶炼方法1.下列各组金属最适合用H2或CO把它从化合物中还原出来的是(　　)A.K、MgB.Fe、AlC.Fe、CuD.Hg、Ag2.已知一些金属的发现和使用与其金属活动性有着必然的联系。据此推测,下列事件发生在铁器时代之前的是(　　)A.金属钠的使用B.青铜器的大量使用C.海水提镁D.铝热法制铬3.(2019北京师大附中高一下期末)下列有关金属冶炼的说法中,不正确的是(　　)A.金属冶炼的实质是金属阳离子被还原成金属单质B.用碳粉或铝粉还原Fe2O3可以获取金属FeC.通过电解NaCl溶液的方法可以获取金属NaD.冶炼铜的常用方法有火法炼铜和湿法炼铜4.(2019江西南昌第十中学高一下期末)下列金属冶炼原理对应的冶炼方法,与工业上冶炼铝的方法相同的是　(　　)A.2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑B.Fe+CuSO4FeSO4+CuC.Fe2O3+3CO2Fe+3CO2,D.2Ag2O4Ag+O2↑5.(2019四川攀枝花高一下期末)下列冶炼金属的反应原理,不正确的是(　　)A.铝热法炼铁:Fe2O3+2AlAl2O3+2FeB.火法炼铜:Cu2S+O22Cu+SO2C.电解法制钠:2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑D.电解法制镁:2MgO(熔融)2Mg+O2↑6.有关金属的冶炼原理,下列说法正确的是(　　)A.肯定发生的是置换反应B.肯定发生的是分解反应C.肯定发生的是还原反应D.只能用金属作还原剂冶炼金属7.下列关于金属冶炼的说法正确的是(　　)A.由于Al的活泼性强,故工业上采用电解熔融AlCl3的方法生产AlB.可以用钠加入氯化镁溶液中制取镁C.炼铁高炉中所发生的反应都是放热的,故无需加热D.金属冶炼的方法由金属的活泼性决定8.地球上的金属矿物资源是有限的,应合理开发利用。(1)金属冶炼的实质是金属离子被　　　　(填“氧化”或“还原”)生成金属单质。 (2)铜在自然界存在于多种矿石中,如:矿石名称黄铜矿辉铜矿孔雀石主要成分CuFeS2Cu2SCu2(OH)2CO3①上表所列铜的化合物中,铜的质量分数最高的是　　　　。 ,②CuFeS2中Cu为+1价、Fe为+3价,高温焙烧时发生的反应是CuFeS2+O2SO2+FeS+Cu,焙烧过程中被还原的元素有　　　　。 ③工业上以辉铜矿为原料,采用火法熔炼工艺生产铜,火法炼铜的反应为Cu2S+O22Cu+SO2,该反应中氧化剂是　　　　。 ④Cu2(OH)2CO3与稀硫酸反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　。 9.(2019北京西城高一下期末)钛(Ti)及其化合物大量应用于航空、造船、电子、化学、医疗器械、电讯器材等领域,工业上常以金红石(主要成分是TiO2)、焦炭、氯气、金属镁为原料生产金属钛,其流程如下图:(1)过程Ⅰ中,可燃性气体X是　　　　。 (2)过程Ⅱ中,发生反应的化学方程式是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　;稀有气体的作用是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 题组二　海水资源的开发利用10.下列哪种方法不能实现海水的淡化(　　)A.蒸馏法　B.电渗析法　C.离子交换法　D.电解法11.(2019广东佛山第一中学高一下期末)下列有关海水资源的利用的说法不正确的是(　　)A.从海水中制取镁、钾、溴及其化工产品,是在传统海水制盐工业上的发展B.海带中的碘以I-形式存在,向海水中滴加淀粉,有蓝色出现C.海水提溴的过程中发生的化学反应以氧化还原反应为主D.海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等12.海水中含有氯化镁,下列从海水中提取镁涉及的化学方程式中,不正确的是(　　)A.制石灰乳:CaO+H2OCa(OH)2,B.制Mg(OH)2:MgCl2+Ca(OH)2Mg(OH)2+CaCl2C.制MgCl2:Mg(OH)2+2HClMgCl2+2H2OD.在MgCl2溶液中加Na制Mg:MgCl2+2Na2NaCl+Mg13.(2019吉林省实验中学高一下期末)从海带中提取碘单质,工艺流程如下图。下列关于海带制碘的说法错误的是(　　)干海带海带灰悬浊液滤液碘水I2的CCl4溶液A.实验室灼烧干海带在坩埚中进行B.沸水浸泡的目的是使I-充分浸出C.由滤液获得碘水,发生的离子方程式为2I-+H2O2I2+2OH-D.碘水中加入CCl4得到I2的CCl4溶液,该操作为萃取14.我国历来十分重视海水资源的综合利用,下列有关海水综合利用的说法正确的是(　　)A.利用潮汐发电是将化学能转化为电能B.海水蒸发制海盐的过程中发生了化学变化C.海水中含有溴元素,只需经过物理变化就可以得到溴单质D.从海水中可以得到MgCl2,电解熔融MgCl2可制备Mg15.(2019安徽合肥五校高一下期末联考)如图是人类从海水资源中提取某些重要化工原料的流程示意图:请回答下列问题:(1)操作A是　　　　　　　　　和过滤(填实验基本操作名称)。 (2)操作B需加入下列试剂中的一种,最合适的是　　　　(填字母)。 ,A.氢氧化钠溶液B.澄清石灰水C.石灰乳D.碳酸钠溶液(3)向苦卤中通入Cl2,发生反应的离子方程式是　　　　　　　　　　　　,用SO2水溶液吸收Br2,吸收率可达95%,有关反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　。 (4)工业上由无水MgCl2制取镁的化学方程式为　　　　　　　　　　　。 16.海洋是巨大的资源宝库,可以对海水进行综合利用。从海水中提取淡水、食盐和溴的过程如下:(1)步骤Ⅰ获得Br2的反应的离子方程式为 　。 (2)步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2,使溴蒸气转化为氢溴酸以达到富集的目的,其反应的化学方程式为　　　　　　　　　。在该反应中,氧化剂是　　　　(填化学式);若反应中生成2molHBr,则消耗　　molSO2。 (3)根据上述反应可判断出SO2、Cl2、Br2三种物质氧化性由强到弱的顺序是　。 17.已知海水提取镁的主要步骤如下:(1)关于加入试剂①作沉淀剂,有以下几种不同方法,请回答下列问题。方法是否正确简述理由方法1:直接往海水中加入沉淀剂不正确a方法2:加热蒸发海水后,再加入沉淀剂bc你认为最合理的其他方法是d,a.　; b.　; c.　; d.　。 (2)框图中加入的试剂①应该是　　　　(填化学式);加入的试剂②是　　　　(填化学式);工业上由无水MgCl2制取镁的化学方程式为　　　　　　　　　　。 能力提升练题组一　金属冶炼的应用1.()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(深度解析)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燃烧形成的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2.(2019四川成都棠湖中学高一下期末,)为了确定某铝热剂(含氧化铁和铝)的组成,分别进行下列实验。(1)若取ag样品,向其中加入足量的氢氧化钠溶液,测得生成的气体为bL(标准状况)。反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　,样品中铝的物质的量为,　　　　(用含b的代数式表示)。 (2)若取ag样品,在高温下能恰好完全反应,该反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　,样品中氧化铁与铝的质量比为　　　　　　　　(用含a、b的代数式表示)。 (3)待(2)中反应产物冷却后,往其中加入足量的盐酸,测得生成的气体体积为cL(标准状况),则该气体与(1)中所得的气体的体积比c∶b=　　　　。 题组二　海水资源的综合利用3.(2019江西吉安高一下期末,)根据下图海水综合利用的工业流程图,判断下列说法正确的是(　　)已知:MgCl2·6H2O受热生成Mg(OH)Cl和HCl气体等。A.过程⑤反应后溶液呈强酸性,生产中需解决其对设备的腐蚀问题B.在过程③中将MgCl2·6H2O灼烧即可制得无水MgCl2C.在过程④、⑥反应中每氧化0.2molBr-需消耗2.24LCl2D.过程①的提纯是物理过程4.(2019江西南昌第二中学高一下期末,)如图是某化工厂对海水资源综合利用的示意图。根据图中信息,判断下列相关分析不正确的是(　　)A.上述提取Mg的流程中,没有涉及的反应类型是置换反应B.因氮气的化学性质相对稳定,冷却电解无水氯化镁所得的镁蒸气时,可选择氮气C.反应⑥所用的气态氧化剂可从本厂生产烧碱处循环利用或从本厂生产镁单质处循环利用,D.从母液中提取Mg和Br2的先后顺序:先提取Br2,后提取Mg5.(2019湖南怀化高一下期末,)海洋资源的利用具有广阔前景。(1)下图是从海水中提取镁的简单流程。①工业上常用于沉淀Mg2+的试剂A是　　　　　(填化学式),Mg(OH)2转化为MgCl2的离子方程式为　　　　　　　　　　　　。 ②由无水MgCl2制取Mg的化学方程式是　　　　　　　　　　　　。 ③海水中部分离子的含量如下:成分含量(mg/L)成分含量(mg/L)Na+10560Cl-18980Mg2+1272Br-64Ca2+400SO42-2560若从100L该海水中提取镁,理论上可制得镁　　　g。 (2)海带灰中富含以I-形式存在的碘元素,实验室提取I2的途径如下所示:干海带海带灰滤液I2①灼烧海带至灰烬时所用的主要仪器是　　　　　(填名称); ②向酸化的滤液中加过氧化氢溶液,该反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　。 ,,答案全解全析基础过关练1.C　K、Mg、Al不能用H2或CO还原,应用电解法冶炼,A、B错误;Fe和Cu可采用热还原法冶炼,C正确;Hg和Ag常用热分解法冶炼,D错误。2.B　根据金属活动性顺序可知,青铜器的使用应在铁器时代之前,故选B。3.C　冶炼金属时,金属元素以化合态存在,冶炼的实质是金属阳离子得到电子变成金属原子,A正确;碳粉或铝粉均具有还原性,高温条件下能还原Fe2O3获取金属Fe,B正确;通过电解熔融NaCl的方法可以获取金属Na,C错误;冶炼铜的常用方法有火法炼铜和湿法炼铜,D正确。4.A　A项反应是电解法冶炼金属钠,与冶炼金属铝的方法一致,正确;B项反应是湿法炼铜,错误;C项反应是热还原法冶炼金属铁,错误;D项反应是热分解法冶炼金属银,错误。5.D　工业上冶炼镁的方法是电解熔融氯化镁,反应的化学方程式为MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑,D项错误。6.C　金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子生成金属单质,发生了还原反应,即Mn++ne-M,发生的反应可能是置换反应,如2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,也可能是分解反应,如MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑,还可能是其他类型的反应,如Fe2O3+3CO2Fe+3CO2。7.D　由于Al的活泼性强,工业上采用电解Al2O3与冰晶石熔融混合物的方法生产铝,AlCl3在熔融状态下不导电,所以不用电解AlCl3的方法生产铝,A错误;钠是很活泼的金属,将Na加入氯化镁溶液中,Na先和水反应生成NaOH,NaOH再和氯化镁发生复分解反应,所以得不到Mg单质,可以采用电解熔融氯化镁的方法冶炼Mg,B错误;炼铁高炉中发生的反应不都是放热反应,C错误;活泼金属如钠、镁一般采用电解法冶炼,不活泼的金属如汞一般采用热分解法冶炼,铁、铜等金属采用热还原法冶炼,因此金属冶炼的方法由金属的活泼性决定,D正确。8.答案　(1)还原(2)①Cu2S　②O、Cu、Fe　③Cu2S和O2　④Cu2(OH)2CO3+4H+2Cu2++CO2↑+3H2O解析　(1)金属冶炼的实质是金属离子被还原生成金属单质。(2)①CuFeS2中铜的质量分数=6464+56+32×2×100%≈35%;Cu2S中铜的质量分数=64×264×2+32×100%=80%;,Cu2(OH)2CO3中铜的质量分数=64×264×2+12+16×5+1×2×100%≈58%,所以铜的质量分数最高的是Cu2S。②CuFeS2中Cu为+1价、Fe为+3价,根据化合物中各元素正、负化合价代数和为0,可得S元素的化合价为-2价,则反应CuFeS2+O2SO2+FeS+Cu中,S元素由-2价变为+4价,被氧化;O元素的化合价由0价变为-2价,被还原;Cu元素的化合价由+1价变为0价,被还原;Fe元素的化合价由+3价变为+2价,被还原,故焙烧过程中被还原的元素有O、Cu、Fe。③反应Cu2S+O22Cu+SO2中,Cu元素的化合价由+1价降低到0价,S元素的化合价由-2价升高到+4价,O元素的化合价由0价降低到-2价,反应中Cu2S和O2为氧化剂,Cu2S为还原剂。④Cu2(OH)2CO3与稀硫酸反应生成硫酸铜、二氧化碳和水,离子方程式为Cu2(OH)2CO3+4H+2Cu2++CO2↑+3H2O。9.答案　(1)CO(2)TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti　防止高温下Mg、Ti与空气中的成分反应(或防止金属Mg、Ti被氧化)解析　(1)在过程Ⅰ中,TiO2与C、Cl2在高温下反应产生TiCl4、CO,反应的化学方程式为TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO,所以反应产生的可燃性气体为CO。(2)在过程Ⅱ中,TiCl4与Mg在稀有气体存在条件下,加热,发生置换反应产生Ti、MgCl2,反应的化学方程式是TiCl4+2Mg2MgCl2+Ti;稀有气体的作用是作保护气,防止高温下Mg、Ti与空气中的成分反应。10.D　蒸馏法、电渗析法和离子交换法都能除去海水中的盐分,使海水淡化,电解法不能使海水淡化。11.B　海水制盐得到的苦卤中含有镁、钾、溴的化合物,从苦卤中可制取镁、钾、溴及其化工产品,A正确;海带中的碘以I-形式存在,单质碘遇淀粉变蓝色,I-遇淀粉不变蓝色,B错误;海水提溴的过程中主要包括海水中的Br-与氯气反应生成单质溴、单质溴与二氧化硫反应生成氢溴酸和硫酸、氢溴酸与氯气反应生成单质溴,这些反应都是氧化还原反应,C正确;海水淡化的方法主要有蒸馏法、离子交换法、电渗析法等,D正确。,12.D　钠是活泼金属,在水溶液中和水剧烈反应生成氢氧化钠和氢气,氢氧化钠和氯化镁反应生成氢氧化镁沉淀,得不到金属镁,金属镁常用电解熔融氯化镁的方法来制取。13.C　干海带灼烧得到海带灰,海带灰加沸水浸泡过滤得到含有碘离子的滤液,加入酸化的过氧化氢溶液氧化碘离子生成碘单质,加入四氯化碳萃取分液得到碘的四氯化碳溶液。固体灼烧应在坩埚中进行,A正确;沸水浸泡海带灰的目的是加快I-的溶解,并使之充分浸出,B正确;由滤液获得碘水,正确的离子方程式为2I-+2H++H2O2I2+2H2O,C错误;碘易溶于四氯化碳等有机溶剂,碘水中加入CCl4发生萃取,得到I2的CCl4溶液,D正确。14.D　潮汐发电是将潮汐能转化为电能,A错误;海水蒸发制海盐的过程中没有新物质生成,是物理变化,B错误;海水中溴元素主要以溴离子的形式存在,通入足量氯气:2Br-+Cl2Br2+2Cl-,需要加入氧化剂才能获得单质溴,C错误;工业上常用电解熔融MgCl2的方法制取金属镁,D正确。15.答案　(1)蒸发结晶　(2)C(3)Cl2+2Br-Br2+2Cl-　Br2+SO2+2H2O4H++SO42-+2Br-(4)MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑解析　(1)氯化钠的溶解度受温度变化影响较小,可以通过蒸发结晶的方法得到氯化钠。(2)工业制镁:把海边的贝壳制成生石灰,在海水中加入生石灰制得石灰乳,在苦卤中加入石灰乳制得Mg(OH)2,这样原料的成本低,所以最合适的是石灰乳。(3)氯气氧化溴离子得到单质溴,离子方程式为Cl2+2Br-Br2+2Cl-;用SO2水溶液吸收Br2的离子方程式为Br2+SO2+2H2O4H++SO42-+2Br-。(4)工业上由无水MgCl2制取镁的化学方程式为MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。16.答案　(1)Cl2+2Br-2Cl-+Br2,(2)Br2+SO2+2H2OH2SO4+2HBr　Br2　1(3)Cl2>Br2>SO2解析　海水淡化可得到NaCl,电解熔融的NaCl可得到Na和Cl2,利用生成的Cl2氧化浓缩海水中的Br-得到Br2,发生反应的离子方程式为Cl2+2Br-Br2+2Cl-,然后通入空气吹出Br2,再用SO2水溶液吸收Br2,发生反应Br2+SO2+2H2OH2SO4+2HBr,该反应中氧化剂为Br2,还原剂为SO2,反应中每生成2molHBr,则消耗1molSO2,最后再向含HBr的溶液中通入适量Cl2,蒸馏即可得到Br2。通过上述过程中的反应可判断出三种物质的氧化性由强到弱的顺序为Cl2>Br2>SO2。17.答案　(1)a.海水中镁离子浓度较小,沉淀剂用量大,不经济b.不正确c.能源消耗大,不经济d.向海水晒盐后得到的苦卤中加入沉淀剂(2)Ca(OH)2　HCl　MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑解析　试剂①应是石灰乳,发生的反应是MgCl2+Ca(OH)2Mg(OH)2+CaCl2;试剂②应是盐酸,反应是Mg(OH)2+2HClMgCl2+2H2O,然后浓缩、结晶、脱水得无水MgCl2,再电解熔融的MgCl2便可制得Mg:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。能力提升练1.D　升炼倭铅涉及的反应有:ZnCO3CO2↑+ZnO、CO2+C2CO、ZnO+COZn(g)+CO2,有电子转移的反应是氧化还原反应,CO2+C2CO、ZnO+COZn(g)+CO2为氧化还原反应,A正确;“锌火”是未反应完的CO和锌蒸气从兜室逸出燃烧形成的,B正确;Zn易被空气中的氧气氧化,为防止Zn被氧化而用“泥封”的方法隔绝空气,C正确;反应区温度达到1000~1300℃时,Zn变为蒸气与杂质分离,冷凝区温度高于Zn的熔点,锌蒸气在兜室冷凝为液体,D错误。,知识拓展　锌的获取从其活泼性分析需要用还原剂还原的方法才能实现。若以金属在自然界所存在的常见的碳酸盐矿物为原料,要获得单质锌需要通过以下几个关键步骤:首先是分解碳酸盐矿物,得到氧化锌;然后以木材或煤为原料,通过干馏的方法获得焦炭,再让焦炭与CO2反应获得还原剂CO;最后让CO还原氧化锌,获得单质锌。在实际生产过程中,我们还可以结合锌的沸点相对较低这一性质,利用反应过程中的高温条件,将生成的单质锌以气态的形式“蒸馏”出来,再让锌蒸气冷凝,从而获得高纯度的单质锌。2.答案　(1)2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑　b33.6mol(2)Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3　(a-27b33.6)∶27b33.6(3)2∶3解析　(1)铝热剂中的氧化铁与氢氧化钠溶液不反应,铝与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为2Al+2OH-+2H2O2AlO2-+3H2↑,由方程式可知3n(Al)=2n(H2),n(Al)=bL22.4L/mol×23=b33.6mol。(2)铝热反应为置换反应,化学方程式为Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3,在铝热剂中铝的质量为b33.6×27g,则氧化铁的质量为(a-b33.6×27)g,故样品中氧化铁与铝的质量比为(a-27b33.6)∶27b33.6。(3)由于样品在高温下恰好完全反应,所以n(Al)=2n(Fe2O3),因此可得ag样品中铝的物质的量与反应后生成铁单质的物质的量相等,它们在反应中与氢气的关系式分别为2Al~3H2、2Fe~2H2,通过计算可知(3)中和(1)中产生的氢气的物质的量之比为2∶3,故c∶b=2∶3。3.A　过程⑤中二氧化硫在水溶液中被氧化为硫酸:SO2+2H2O+Br22HBr+H2SO4,氢溴酸和硫酸都是强酸,对设备腐蚀严重,A项正确;根据题给的信息,MgCl2·6H2O受热后会生成Mg(OH)Cl和HCl等,进一步灼烧得到氧化镁,得不到无水氯化镁,B项错误;没有指明氯气所处的温度和压强,消耗的Cl2体积无法计算,C项错误;过程①除去可溶性杂质需要加入沉淀剂,涉及化学反应,D项错误。4.B　题中提取Mg的流程中,发生了分解反应、化合反应和复分解反应,没有涉及置换反应,A项正确;在高温下,氮气能与镁反应生成Mg3N2,不能用氮气来冷却镁蒸气,B项错误;反应⑥所用的气态氧化剂为氯气,生成烧碱和生成镁单质时均有氯气产生,可循环利用,降低成本,C项正确;若先提取镁,所得溶液中会残留Ca(OH)2,再用Cl2提取溴时会消耗过多的Cl2,D项正确。,5.答案　(1)①Ca(OH)2　Mg(OH)2+2H+Mg2++2H2O②MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑　③127.2(2)①坩埚　②2H++H2O2+2I-I2+2H2O解析　(1)①工业上用石灰乳与镁离子反应生成Mg(OH)2,氢氧化镁是碱,能与酸反应生成镁盐和水,则Mg(OH)2转化为MgCl2的离子方程式是Mg(OH)2+2H+Mg2++2H2O。②氯化镁是离子化合物,由无水MgCl2制取Mg的化学方程式是MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。③根据表中数据可知Mg2+的物质的量浓度是1.272g/L24g/mol=0.053mol/L;100L的海水中Mg2+的物质的量=0.053mol/L×100L=5.3mol,则理论上可制得镁5.3mol×24g/mol=127.2g。(2)①坩埚可以加强热,所以用坩埚盛装固体进行灼烧;②过氧化氢具有氧化性,碘离子具有还原性,在酸性溶液中发生氧化还原反应生成碘单质和水,该反应的离子方程式为2H++H2O2+2I-I2+2H2O。