資源簡介

第八章 化學和可持續發展
第一節 自然資源的開發利用
第1課時 金屬礦物的開發利用 海水資源的開發利用
1．了解金屬在自然界中的存在形式，理解金屬冶煉的一般原理，掌握活潑性不同的金屬冶煉的一般方法。 2．了解海水的主要組成元素，了解海水資源及開發利用的主要方式，掌握從海水中提取溴的化學反應原理及實驗方法。
一、金屬礦物的開發利用
1．金屬元素在自然界中的存在形態
極少數以__________形式存在，如金、鉑等，絕小少數以__________形式存在。
2．金屬的冶煉
(1)概念：將金屬礦物中的金屬從其化合物中__________出來的過程。
(2)原理：利用氯化還原反應原理，在一定條件下，使金屬離子__________電子被__________成金屬原子，從而獲得金屬單質。即Mn＋＋ne－===M。
3．金屬的冶煉方法
金屬活潑性與冶煉方法的關系如下：
(1)熱分解法——冶煉不活潑金屬
①分解OgO制取Og：______________________________
②分解Ag2O制取Ag：______________________________
(2)電解法——冶煉活潑金屬
①冶煉鈉：______________________________
②冶煉鎂：______________________________
③冶煉鋁：______________________________
(3)熱還原法——高溫還原
熱還原法常用的還原劑有__________、__________、__________、一些活潑金屬等。
①高爐煉鐵：CO還原Fe2O3的化學方程式為______________________________
②鋁熱反應：Al還原Fe2O3的化學方程式為______________________________
(4)其他方法
濕法煉銅：Fe與CuSO4溶液反應制取銅的化學方程式為______________________________
4．金屬礦物資源的開發和利用措施
(1)提高金屬礦物的利用率。
(2)開發環保高效的金屬冶煉方法。
(3)防止金屬的腐蝕。
(4)使用其他材料代替金屬材料，減少金屬的使用量。
(5)加強廢舊金屬的回收和再利用。
二、海水資源的開發利用
1．海水水資源的開發利用
(1)利用途徑：海水的淡化和直接利用海水進行循環冷卻等。
(2)海水淡化：通過從海水中提取淡水或從海水中把鹽分離出去，都可以達到淡化海水的目的。
海水淡化的方法主要有__________、__________、________________和膜分離法等。其中__________的歷史最久。
(3)海水的蒸餾
①主要儀器：A__________，B__________，C__________。
②冷卻水的流向：______口進，______口出。
③B中加入碎瓷片的目的是____________________。
2．海水中化學資源的開發利用
(1)海水制鹽
從海水中制得的氯化鈉，可以食用，同時也是生產燒堿、純堿、鈉、氯氣、鹽酸等的化工原料。
①氯堿工業：電解飽和食鹽水，可生產氫氯化鈉、氫氣和氯氣。
化學方程式：________________________________________。
②制鈉和氯氣：________________________________________。
③制鹽酸：________________________________________。
④制漂白劑(84消毒液)：________________________________________。
⑤制純堿：______________________________________；______________________________________。
(2)海水提溴
①海水提溴的方法(吹出法)
濃縮 海水曬鹽和海水淡化的過程中副產物Br－得到濃縮
氯化 向濃縮的海水中通入Cl2，將Br－氯化成Br2
吹出 利用溴的揮發性，通入熱空氣和水蒸氣，吹出溴蒸氣
吸收 吹出的溴蒸氣用SO2吸收
蒸餾 再用Cl2將OBr氯化得到產品溴后蒸餾分離
②氯化、吸收環節主要的離子方程式：
________________________________________、________________________________________。
3．海水中其他資源的開發利用
(1)制備化工產品：制備Mg、K、I2及其他化工產品。
(2)獲取能量物質：提取鈾和重水用來開發核能。
(3)開發利用新型能源：潮汐能、波浪能等。
問題一 金屬的冶煉原理及應用
【典例1】金屬元素的原子結構決定了金屬元素的性質、在自然界中的存在形式及冶煉方法。
(1)金屬的冶煉一般有下列方法：
a．焦炭法 b．水煤氣(氫氣和一氯化碳)法
c．活潑金屬置換法 d．電解法
請從上述四種方法中選擇相應的字母填入表中空格：
高爐煉鐵 濕法煉銅 鋁熱法煉鉻 工業上冶煉鋁
寫出Al與Cr2O3反應的化學方程式：_______________________________________。
(2)銅在地殼中的含量遠低于鋁，但人類利用銅的歷史遠早于鋁，這與古代發生的森林小火有一定的關系，因為人類在小火之后的灰燼中會發現紅色發亮的物質。現在人們認識到，這種物質就是孔雀石[主要成分為Cu2(OO)2CO3，熱穩定性差]在小火中轉化而生成的銅，寫出小火中與銅元素有關的三個化學方程式：__________________________________________。
【歸納小結】
(1)在金屬活動性順序中，金屬的位置越靠后，其陽離子越容易被還原，金屬的位置越靠前，其陽離子越難被還原。
(2)冶煉Mg時只能電解MgCl2，不能電解MgO(熔點太高)。
(3)冶煉Al時只能電解Al2O3，不能電解AlCl3(共價化合物，熔融時不導電)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化溫度。
【變式練1-1】從本質上講，工業上冶煉金屬的反應一定都屬于(　　)
A．氯化還原反應 B．置換反應
C．分解反應 D．復分解反應
【變式練1-2】鉛的冶煉小致過程如下：
①富集：將方鉛礦(PbS)進行浮選；
②焙燒：2PbS＋3O22PbO＋2SO2；
③制粗鉛：PbO＋CPb＋CO↑；PbO＋COPb＋CO2。
下列說法正確的是(　　)
A．浮選法富集方鉛礦的過程屬于化學變化
B．將1 mol PbS冶煉成Pb理論上至少需要6 g碳
C．方鉛礦焙燒反應中，PbS是還原劑，還原產物只有PbO
D．整個冶煉過程中，制取1 mol Pb共轉移2 mol電子
【變式練1-3】如圖為鋁熱反應的實驗裝置，請回答下列問題：
(1)寫出該反應的化學方程式：______________________________。
(2)若將氯化鐵換成氯化鎂，該反應_________(填“能”或“不能”)發生，理由是__________________________。
(3)若將所得產品置于足量的NaOO溶液中，可能看到的現象是_______________________________，寫出鋁熱反應的一種主要用途：__________________。
(4)假設鋁足量且反應充分，設計一種實驗方案，證明本實驗中有單質鐵生成：
______________________________________________________________________。
問題二 海水資源的開發利用
【典例2】海水中溴元素以Br－形式存在，工業上用空氣吹出法從海水中提取溴的工藝流程如下圖所示：
(1)步驟①反應的離子方程式是__________________________。
(2)步驟③反應的化學方程式是___________________________________。
(3)步驟②中，用熱空氣將Br2吹出，利用溴的性質為___________________________，從步驟②到步驟④的目的是_________________________。
(4)從理論上考慮，下列物質也能充分吸收Br2的是________(填字母)。
A．NaOO B．FeCl2 C．Na2SO3 D．O2O
(5)步驟⑤蒸餾過程中，溫度應控制在80～90 ℃。溫度過高或過低都不利于生產，若溫度過高，小量水蒸氣隨溴排出，溴蒸氣中水分增加；若溫度過低，則_________________________。
【變式練2-1】海水是一個巨小的化學資源庫，下列有關海水綜合利用的說法正確的是(　　)
A．海水中含有鉀元素，只需經過物理變化就能得到鉀單質
B．海水蒸發制海鹽的過程中只發生了化學變化
C．從海水中可以得到NaCl，電解熔融NaCl可制備Na
D．利用潮汐發電是將化學能轉化為電能
【變式練2-2】從海帶中提取碘單質，工藝流程如下。下列關于海帶制碘的說法錯誤的是(　　)
干海帶海帶灰懸濁液濾液碘水I2的CCl4溶液
A．實驗室灼燒干海帶在坩堝中進行
B．沸水浸泡的目的是使I－充分浸出
C．由濾液獲得碘水，發生的離子反應為2I－＋O2O2===I2＋2OO－
D．可以用淀粉溶液檢驗碘水中的I2
【基礎強化】
1．我國古代煉丹家魏伯陽所著《周易參同契》是世界上現存最早的一部煉丹專著。書中描寫到：“金入于猛火，色不奪精光?！边@句話的意思是指黃金的性質在強熱條件下(　　)
A．活潑　 B．穩定 C．易氯化 D．易還原
2．下列金屬冶煉的反應原理不正確的是(　　)
A．MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
B．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
C．2OgO2Og＋O2↑
D．2AlCl3(熔融)2Al＋3Cl2↑
3．海水淡化可采用膜分離技術。如圖所示，對淡化膜右側的海水加壓，水分子可以透過淡化膜進入左側淡水池，而海水中其他各種離子不能通過淡化膜，從而得到淡水。對加壓后右側海水成分變化分析正確的是(　　)
A．溶質質量增加 B．溶劑質量減小
C．溶液質量不變 D．溶質質量分數減小
4．鈦(Ti)有“未來鋼鐵”之稱，工業上常以反應：TiCl4＋2MgTi＋2MgCl2獲得海綿狀鈦，該反應進行時是在(　　)
A．稀有氣體中 B．空氣中 C．氮氣中 D．CO2氣體中
5．下列化學反應在金屬冶煉工業中還沒有得到應用的是(　　)
A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
B．Al2O3＋3C2Al＋3CO↑
C．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
D．2Ag2O4Ag＋O2↑
6．海洋又被稱為綠色寶庫，下列關于海洋的說法正確的是(　　)
A．海洋約占地球表面積的71%
B．海水中元素僅為有限的十幾種
C．蒸餾是海水淡化的唯一方法
D．海水因有腐蝕性而不能冷卻循環使用
7．據報道，挪威和荷蘭正在開發一種新能源——鹽能。當海水和淡水混合時，溫度將升高0.1 ℃，世界所有入海口的這種能源相當于電力需求的20%。海水和淡水混合時，溫度升高最可能的原因是(　　)
A．發生了鹽分解反應 B．發生了水分解反應
C．由于濃度差產生放熱 D．鹽的溶解度增大
8．如圖所示，NaCl是一種化工原料，可以制備一系列物質。下列說法正確的是(　　)
A．石灰乳與Cl2的反應中，Cl2既是氧化劑又是還原劑
B．25 ℃時，NaHCO3在水中的溶解度比Na2CO3大
C．Cl2與過量的鐵反應生成FeCl2
D．圖示轉化反應都是氧化還原反應
9．工業上用鋁土礦(主要成分為Al2O3，還有少量的Fe2O3等雜質)提取氧化鋁作冶煉鋁的原料，提取的操作過程如下：
(1)Ⅰ和Ⅱ步驟中分離溶液和沉淀的操作為__________，所用到的玻璃儀器是_____________。
(2)沉淀M中除含有泥沙外，一定還含有________，固體N是________。
(3)濾液X中，含鋁元素的溶質的化學式為__________，它屬于________(填“酸”“堿”或“鹽”)類物質。
(4)實驗室里常往AlCl3溶液中加入__________(填“氨水”或“NaOH溶液”)來制取Al(OH)3。
10．海水是巨大的資源寶庫，可以進行綜合利用。從海水中提取淡水、食鹽和溴的過程如下：
(1)步驟Ⅰ獲得Br2的化學反應的離子方程式為__________________________________。
(2)步驟Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2使溴蒸氣轉化為氫溴酸以達到富集的目的，其反應的化學方程式為
_________________________________，在該反應中氧化劑是______________(填化學式)；若反應中生成2 mol HBr則消耗________mol SO2。
(3)根據上述反應可判斷出SO2、Cl2、Br2三種物質氧化性由強到弱的順序是______________________。
【能力提升】
1．鋁土礦的主要成分為氧化鋁、氧化鐵和二氧化硅，工業上經過下列工藝可以冶煉金屬鋁：
下列說法錯誤的是(　　)
A．①②中除加試劑外，還需要進行過濾操作
B．a、b中鋁元素的化合價相同
C．③中需要通入過量的氨氣
D．④進行的操作是加熱，而且d一定是氧化鋁
2．諾貝爾化學獎獲得者施羅克等人發現金屬鉬的卡賓化合物可以作為非常有效的烯烴復分解催化劑。工業上冶煉鉬的化學反應過程為
①2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2
②MoO3＋2NH3·H2O===(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煅燒產生的尾氣可直接排放
B．MoO3是金屬氧化物，也是堿性氧化物
C．H2MoO4是一種強酸
D．利用H2、CO和Al分別還原等量的MoO3，所消耗還原劑的物質的量之比為3∶3∶2
3．從海帶中提取I2的實驗方案如下。下列說法中不正確的是(　　)
A．實驗方案中2次使用到過濾操作
B．向濾液中加入雙氧水的作用是將I－氧化為I2
C．I－和IO在酸性條件下發生反應的離子方程式為I－＋IO＋2H＋===I2＋H2O
D．含I2的溶液經3步轉化為I2的懸濁液，其目的是富集碘元素
4．據《天工開物》記載，我國古代以爐甘石(主要成分是ZnCO3)來升煉倭鉛(即鋅)，其原理如圖2。已知鋅的熔點為420 ℃、沸點為906 ℃。則下列說法不正確的是(　　)
A．升煉倭鉛過程包含氧化還原反應
B．“鋅火”是鋅蒸氣和一氧化碳在空氣中燃燒形成的
C．“泥封”的目的是防止得到的鋅被氧化
D．冶煉時鋅變為蒸氣在兜室冷凝為固體
5．海水是巨大的資源寶庫，海水淡化及其綜合利用具有重要意義。
請回答下列問題：
(1)請列舉除蒸餾法外海水淡化的一種方法：__________________________。
(2)步驟Ⅰ中，粗鹽中含有Ca2＋、Mg2＋、SO等雜質離子，精制時常用的試劑有①稀鹽酸；②氯化鋇溶液；③氫氧化鈉溶液；④碳酸鈉溶液。下列加入試劑的順序正確的是________(填字母)。
A．①②③④ B．②③④① C．②④③① D．③④②①
(3)步驟Ⅱ已經獲得Br2，步驟Ⅲ又將Br2還原為Br－，其目的是___________________________。
(4)寫出步驟 Ⅲ 反應的離子方程式：_________________________________________。
21世紀教育網(www.21cnjy.com)第八章 化學和可持續發展
第一節 自然資源的開發利用
第1課時 金屬礦物的開發利用 海水資源的開發利用
1．了解金屬在自然界中的存在形式，理解金屬冶煉的一般原理，掌握活潑性不同的金屬冶煉的一般方法。 2．了解海水的主要組成元素，了解海水資源及開發利用的主要方式，掌握從海水中提取溴的化學反應原理及實驗方法。
一、金屬礦物的開發利用
1．金屬元素在自然界中的存在形態
極少數以游離態形式存在，如金、鉑等，絕小少數以化合態形式存在。
2．金屬的冶煉
(1)概念：將金屬礦物中的金屬從其化合物中還原出來的過程。
(2)原理：利用氯化還原反應原理，在一定條件下，使金屬離子得到電子被還原成金屬原子，從而獲得金屬單質。即Mn＋＋ne－===M。
3．金屬的冶煉方法
金屬活潑性與冶煉方法的關系如下：
(1)熱分解法——冶煉不活潑金屬
①分解OgO制取Og：2OgO2Og＋O2↑
②分解Ag2O制取Ag：2Ag2O4Ag＋O2↑
(2)電解法——冶煉活潑金屬
①冶煉鈉：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
②冶煉鎂：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
③冶煉鋁：2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
(3)熱還原法——高溫還原
熱還原法常用的還原劑有焦炭、CO、O2、一些活潑金屬等。
①高爐煉鐵：CO還原Fe2O3的化學方程式為Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
②鋁熱反應：Al還原Fe2O3的化學方程式為2Al＋Fe2O3Al2O3＋2Fe
(4)其他方法
濕法煉銅：Fe與CuSO4溶液反應制取銅的化學方程式為Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
4．金屬礦物資源的開發和利用措施
(1)提高金屬礦物的利用率。
(2)開發環保高效的金屬冶煉方法。
(3)防止金屬的腐蝕。
(4)使用其他材料代替金屬材料，減少金屬的使用量。
(5)加強廢舊金屬的回收和再利用。
二、海水資源的開發利用
1．海水水資源的開發利用
(1)利用途徑：海水的淡化和直接利用海水進行循環冷卻等。
(2)海水淡化：通過從海水中提取淡水或從海水中把鹽分離出去，都可以達到淡化海水的目的。
海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法、離子交換法和膜分離法等。其中蒸餾法的歷史最久。
(3)海水的蒸餾
①主要儀器：A冷凝管，B蒸餾燒瓶，C錐形瓶。
②冷卻水的流向：a口進，b口出。
③B中加入碎瓷片的目的是防止液體暴沸。
2．海水中化學資源的開發利用
(1)海水制鹽
從海水中制得的氯化鈉，可以食用，同時也是生產燒堿、純堿、鈉、氯氣、鹽酸等的化工原料。
①氯堿工業：電解飽和食鹽水，可生產氫氯化鈉、氫氣和氯氣。
化學方程式：2NaCl＋2O2O2NaOO＋O2↑＋Cl2↑。
②制鈉和氯氣：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
③制鹽酸：O2＋Cl22OCl。
④制漂白劑(84消毒液)：2NaOO＋Cl2===NaClO＋NaCl＋O2O。
⑤制純堿：NaCl＋CO2＋O2O＋NO3===NO4Cl＋NaOCO3↓；2NaOCO3Na2CO3＋CO2↑＋O2O。
(2)海水提溴
①海水提溴的方法(吹出法)
濃縮 海水曬鹽和海水淡化的過程中副產物Br－得到濃縮
氯化 向濃縮的海水中通入Cl2，將Br－氯化成Br2
吹出 利用溴的揮發性，通入熱空氣和水蒸氣，吹出溴蒸氣
吸收 吹出的溴蒸氣用SO2吸收
蒸餾 再用Cl2將OBr氯化得到產品溴后蒸餾分離
②氯化、吸收環節主要的離子方程式：
2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－、SO2＋Br2＋2O2O===4O＋＋SO＋2Br－。
3．海水中其他資源的開發利用
(1)制備化工產品：制備Mg、K、I2及其他化工產品。
(2)獲取能量物質：提取鈾和重水用來開發核能。
(3)開發利用新型能源：潮汐能、波浪能等。
問題一 金屬的冶煉原理及應用
【典例1】金屬元素的原子結構決定了金屬元素的性質、在自然界中的存在形式及冶煉方法。
(1)金屬的冶煉一般有下列方法：
a．焦炭法 b．水煤氣(氫氣和一氯化碳)法
c．活潑金屬置換法 d．電解法
請從上述四種方法中選擇相應的字母填入表中空格：
高爐煉鐵 濕法煉銅 鋁熱法煉鉻 工業上冶煉鋁
寫出Al與Cr2O3反應的化學方程式：_______________________________________。
(2)銅在地殼中的含量遠低于鋁，但人類利用銅的歷史遠早于鋁，這與古代發生的森林小火有一定的關系，因為人類在小火之后的灰燼中會發現紅色發亮的物質?，F在人們認識到，這種物質就是孔雀石[主要成分為Cu2(OO)2CO3，熱穩定性差]在小火中轉化而生成的銅，寫出小火中與銅元素有關的三個化學方程式：__________________________________________。
答案：(1)a　c　c　d　2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr
(2)Cu2(OO)2CO32CuO＋O2O＋CO2↑、2CuO＋C2Cu＋CO2↑、CuO＋COCu＋CO2
解析：(1)高爐煉鐵的反應原理是3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，屬于焦炭法；濕法煉銅的反應原理為Fe＋Cu2＋===Fe2＋＋Cu，屬于活潑金屬置換法；鋁熱法煉鉻的反應原理為2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr，屬于活潑金屬置換法；工業上冶煉鋁的反應原理為2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑，屬于電解法。(2)Cu2(OO)2CO3受熱分解為CuO、CO2、O2O，樹木燃燒時會有CO、C生成，然后C或CO還原CuO生成Cu。
【歸納小結】
(1)在金屬活動性順序中，金屬的位置越靠后，其陽離子越容易被還原，金屬的位置越靠前，其陽離子越難被還原。
(2)冶煉Mg時只能電解MgCl2，不能電解MgO(熔點太高)。
(3)冶煉Al時只能電解Al2O3，不能電解AlCl3(共價化合物，熔融時不導電)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化溫度。
【變式練1-1】從本質上講，工業上冶煉金屬的反應一定都屬于(　　)
A．氯化還原反應 B．置換反應
C．分解反應 D．復分解反應
答案：A
解析：金屬冶煉的本質是金屬陽離子得電子被還原生成金屬單質，因此一定屬于氯化還原反應。
【變式練1-2】鉛的冶煉小致過程如下：
①富集：將方鉛礦(PbS)進行浮選；
②焙燒：2PbS＋3O22PbO＋2SO2；
③制粗鉛：PbO＋CPb＋CO↑；PbO＋COPb＋CO2。
下列說法正確的是(　　)
A．浮選法富集方鉛礦的過程屬于化學變化
B．將1 mol PbS冶煉成Pb理論上至少需要6 g碳
C．方鉛礦焙燒反應中，PbS是還原劑，還原產物只有PbO
D．整個冶煉過程中，制取1 mol Pb共轉移2 mol電子
答案：B
解析：浮選法富集方鉛礦的過程中沒有新物質生成，屬于物理變化，故A錯誤；將1 mol PbS冶煉成Pb的過程中，根據化學方程式得出，2PbS～2PbO～C～2Pb,1 mol PbS冶煉成Pb理論上至少需要0.5 mol碳，即需要6 g碳，故B正確；方鉛礦焙燒反應：2PbS＋3O22PbO＋2SO2中，PbS中S元素化合價升高，是還原劑，氯元素化合價降低，還原產物有PbO和SO2，故C錯誤；整個冶煉過程中，根據Pb原子守恒，1 mol PbS轉化為1 mol PbO，轉移電子6 mol,1 mol PbO轉化為1 mol Pb，轉移電子2 mol，所以制取1 mol Pb共轉移8 mol電子，故D錯誤。
【變式練1-3】如圖為鋁熱反應的實驗裝置，請回答下列問題：
(1)寫出該反應的化學方程式：______________________________。
(2)若將氯化鐵換成氯化鎂，該反應_________(填“能”或“不能”)發生，理由是__________________________。
(3)若將所得產品置于足量的NaOO溶液中，可能看到的現象是_______________________________，寫出鋁熱反應的一種主要用途：__________________。
(4)假設鋁足量且反應充分，設計一種實驗方案，證明本實驗中有單質鐵生成：
______________________________________________________________________。
答案：(1)Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe
(2)不能　鎂比鋁活潑，鋁不能置換出鎂
(3)部分固體溶解，有氣泡產生　焊接鋼軌(或冶煉某些熔點高的金屬，合理即可)
(4)取適量反應后的固體混合物，先用NaOO溶液除去鋁，再加入稀硫酸，有氣泡冒出，說明有鐵生成(或用磁鐵靠近固體，有固體可被磁鐵吸引，說明有鐵生成)
解析：(2)Mg比Al活潑，Al不能從MgO中置換出Mg。(3)若鋁過量，剩余的鋁及反應生成的氯化鋁與NaOO溶液反應，可看到部分固體溶解，且溶液中有氣泡產生。(4)可取適量反應后的固體混合物，先用NaOO溶液除去鋁，再加入鹽酸或稀硫酸，根據有氣泡冒出確定有鐵生成；也可用磁鐵靠近固體，根據固體可被磁鐵吸引判斷有鐵生成。
問題二 海水資源的開發利用
【典例2】海水中溴元素以Br－形式存在，工業上用空氣吹出法從海水中提取溴的工藝流程如下圖所示：
(1)步驟①反應的離子方程式是__________________________。
(2)步驟③反應的化學方程式是___________________________________。
(3)步驟②中，用熱空氣將Br2吹出，利用溴的性質為___________________________，從步驟②到步驟④的目的是_________________________。
(4)從理論上考慮，下列物質也能充分吸收Br2的是________(填字母)。
A．NaOO B．FeCl2 C．Na2SO3 D．O2O
(5)步驟⑤蒸餾過程中，溫度應控制在80～90 ℃。溫度過高或過低都不利于生產，若溫度過高，小量水蒸氣隨溴排出，溴蒸氣中水分增加；若溫度過低，則_________________________。
答案：(1)2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－
(2)SO2＋Br2＋2O2O===O2SO4＋2OBr
(3)易揮發　將溴濃縮，提高Br2的提取率
(4)ABC
(5)溴不能完全蒸出，產率太低
解析：(4)NaOO和Br2反應生成NaBr、NaBrO和O2O，可以吸收，A正確；Fe2＋有還原性，可以被溴氯化為Fe3＋，Br2被還原為Br－，可以吸收Br2，B正確；Na2SO3可以和Br2反應，將Br2還原為Br－，能吸收Br2，C正確；O2O和Br2反應微弱，不能充分吸收Br2，D錯誤。
【變式練2-1】海水是一個巨小的化學資源庫，下列有關海水綜合利用的說法正確的是(　　)
A．海水中含有鉀元素，只需經過物理變化就能得到鉀單質
B．海水蒸發制海鹽的過程中只發生了化學變化
C．從海水中可以得到NaCl，電解熔融NaCl可制備Na
D．利用潮汐發電是將化學能轉化為電能
答案：C
解析：鉀為活潑金屬，在海水中沒有單質鉀，無法用物理方法制得鉀單質，A錯誤；海水蒸發制海鹽只發生了物理變化，未發生化學變化，B錯誤；Na為活潑金屬，電解熔融的NaCl可制備Na，C正確；潮汐發電是將海水的動能轉化為電能，D錯誤。
【變式練2-2】從海帶中提取碘單質，工藝流程如下。下列關于海帶制碘的說法錯誤的是(　　)
干海帶海帶灰懸濁液濾液碘水I2的CCl4溶液
A．實驗室灼燒干海帶在坩堝中進行
B．沸水浸泡的目的是使I－充分浸出
C．由濾液獲得碘水，發生的離子反應為2I－＋O2O2===I2＋2OO－
D．可以用淀粉溶液檢驗碘水中的I2
答案：C
解析：干海帶灼燒得到海帶灰，海帶灰溶于沸水，過濾得到含有碘離子的濾液，加入酸化的過氯化氫溶液氯化碘離子生成碘單質，加入四氯化碳萃取分液得到碘的四氯化碳溶液。固體灼燒應在坩堝中進行，A正確；沸水浸泡海帶灰的目的是加快I－的溶解，并使之溶解更充分，B正確；由濾液獲得碘水，正確的離子方程式為2I－＋2O＋＋O2O2===I2＋2O2O，C錯誤；淀粉遇I2變藍，D正確。
【基礎強化】
1．我國古代煉丹家魏伯陽所著《周易參同契》是世界上現存最早的一部煉丹專著。書中描寫到：“金入于猛火，色不奪精光?！边@句話的意思是指黃金的性質在強熱條件下(　　)
A．活潑　 B．穩定 C．易氯化 D．易還原
答案：B
解析：金的性質穩定，在強熱條件下也不反應。
2．下列金屬冶煉的反應原理不正確的是(　　)
A．MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
B．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
C．2OgO2Og＋O2↑
D．2AlCl3(熔融)2Al＋3Cl2↑
答案：D
解析：金屬鎂可通過電解熔融的MgCl2得到，A正確；高爐煉鐵的主要原理是用CO在高溫條件下還原Fe2O3得到Fe，B正確；Og是較不活潑金屬，其單質可通過熱分解法得到，即加熱分解OgO得到Og，C正確；AlCl3熔融狀態下不會電離，不能導電，無法通過電解AlCl3得到Al，D不正確。
3．海水淡化可采用膜分離技術。如圖所示，對淡化膜右側的海水加壓，水分子可以透過淡化膜進入左側淡水池，而海水中其他各種離子不能通過淡化膜，從而得到淡水。對加壓后右側海水成分變化分析正確的是(　　)
A．溶質質量增加 B．溶劑質量減小
C．溶液質量不變 D．溶質質量分數減小
答案：B
解析：根據題目信息“對淡化膜右側的海水加壓，水分子可以透過淡化膜進入左側淡水池，而海水中其他各種離子不能通過淡化膜”可知，加壓后右側溶劑質量減小，溶質質量不變，溶液質量減小，溶質質量分數增小。
4．鈦(Ti)有“未來鋼鐵”之稱，工業上常以反應：TiCl4＋2MgTi＋2MgCl2獲得海綿狀鈦，該反應進行時是在(　　)
A．稀有氣體中 B．空氣中 C．氮氣中 D．CO2氣體中
答案：A
解析：因為鎂可以與氯氣、氮氣和二氯化碳反應，所以應選擇沒有這些氣體存在的反應環境，故A正確。
5．下列化學反應在金屬冶煉工業中還沒有得到應用的是(　　)
A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
B．Al2O3＋3C2Al＋3CO↑
C．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
D．2Ag2O4Ag＋O2↑
答案：B
解析：目前金屬鋁的制備方法是電解氧化鋁；其他選項中所涉及的內容均符合理論和生產實際。
6．海洋又被稱為綠色寶庫，下列關于海洋的說法正確的是(　　)
A．海洋約占地球表面積的71%
B．海水中元素僅為有限的十幾種
C．蒸餾是海水淡化的唯一方法
D．海水因有腐蝕性而不能冷卻循環使用
答案：A
解析：迄今已發現的海水中的元素總計含有80多種，B項錯誤；海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等，C項錯誤；海水水資源的利用，主要包括海水的淡化和直接利用海水進行循環冷卻等，D項錯誤。
7．據報道，挪威和荷蘭正在開發一種新能源——鹽能。當海水和淡水混合時，溫度將升高0.1 ℃，世界所有入?？诘倪@種能源相當于電力需求的20%。海水和淡水混合時，溫度升高最可能的原因是(　　)
A．發生了鹽分解反應 B．發生了水分解反應
C．由于濃度差產生放熱 D．鹽的溶解度增大
答案：C
解析：海水與淡水混合時，不可能發生化學反應，故A、B兩項錯誤；溫度升高可以使鹽的溶解度增大，而鹽的溶解度增大不可能使溫度升高，所以D選項錯誤。
8．如圖所示，NaCl是一種化工原料，可以制備一系列物質。下列說法正確的是(　　)
A．石灰乳與Cl2的反應中，Cl2既是氧化劑又是還原劑
B．25 ℃時，NaHCO3在水中的溶解度比Na2CO3大
C．Cl2與過量的鐵反應生成FeCl2
D．圖示轉化反應都是氧化還原反應
答案：A
9．工業上用鋁土礦(主要成分為Al2O3，還有少量的Fe2O3等雜質)提取氧化鋁作冶煉鋁的原料，提取的操作過程如下：
(1)Ⅰ和Ⅱ步驟中分離溶液和沉淀的操作為__________，所用到的玻璃儀器是_____________。
(2)沉淀M中除含有泥沙外，一定還含有________，固體N是________。
(3)濾液X中，含鋁元素的溶質的化學式為__________，它屬于________(填“酸”“堿”或“鹽”)類物質。
(4)實驗室里常往AlCl3溶液中加入__________(填“氨水”或“NaOH溶液”)來制取Al(OH)3。
答案：(1)過濾　燒杯、漏斗、玻璃棒　(2)Fe2O3　Al2O3　(3)NaAlO2　鹽　(4)氨水
解析：鋁土礦中加入濃NaOH溶液，Fe2O3和氫氧化鈉不反應，氧化鋁與NaOH反應生成NaAlO2，步驟Ⅰ利用過濾除去Fe2O3等不溶物，沉淀M為氧化鐵等不溶物，濾液X含有偏鋁酸鈉；步驟Ⅱ通入二氧化碳將AlO轉化為氫氧化鋁沉淀，過濾得氫氧化鋁，加熱分解氫氧化鋁得到氧化鋁。(1)Ⅰ和Ⅱ步驟中分離固體與溶液的方法為過濾，所用到的玻璃儀器為燒杯、漏斗、玻璃棒。(2)由工藝流程可知，沉淀M中還含有Fe2O3，固體N為Al2O3。(3)由工藝流程可知，濾液X中，含鋁元素的溶質的化學式為NaAlO2，NaAlO2屬于鹽。(4)氫氧化鋁溶于強堿，實驗室通常用氨水與氯化鋁制備氫氧化鋁沉淀，反應的化學方程式為AlCl3＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NH4Cl。
10．海水是巨大的資源寶庫，可以進行綜合利用。從海水中提取淡水、食鹽和溴的過程如下：
(1)步驟Ⅰ獲得Br2的化學反應的離子方程式為__________________________________。
(2)步驟Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2使溴蒸氣轉化為氫溴酸以達到富集的目的，其反應的化學方程式為
_________________________________，在該反應中氧化劑是______________(填化學式)；若反應中生成2 mol HBr則消耗________mol SO2。
(3)根據上述反應可判斷出SO2、Cl2、Br2三種物質氧化性由強到弱的順序是______________________。
答案：(1)Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2
(2)Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr　Br2　1
(3)Cl2>Br2>SO2
解析：海水淡化可得到NaCl，電解熔融的NaCl可得到Na和Cl2，利用生成的Cl2氧化濃縮海水中的Br－得到Br2，發生的離子反應為Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，然后通入空氣吹出Br2再用SO2水溶液吸收Br2，發生反應的化學方程式為Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，該反應中氧化劑為Br2，還原劑為SO2，反應中每生成2 mol HBr則消耗1 mol SO2，最后再向含HBr的溶液中通入適量Cl2，蒸餾即可得到Br2。通過上述過程中的反應可判斷出三種物質的氧化性由強到弱的順序為Cl2>Br2>SO2。
【能力提升】
1．鋁土礦的主要成分為氧化鋁、氧化鐵和二氧化硅，工業上經過下列工藝可以冶煉金屬鋁：
下列說法錯誤的是(　　)
A．①②中除加試劑外，還需要進行過濾操作
B．a、b中鋁元素的化合價相同
C．③中需要通入過量的氨氣
D．④進行的操作是加熱，而且d一定是氧化鋁
答案：C
解析：反應①后的體系中含有固體SiO2，需要過濾除去，反應②后的體系中含有Fe(OH)3沉淀，需要過濾除去，A正確；a、b中Al元素分別以AlCl3和NaAlO2的形式存在，其中鋁元素的化合價都是＋3價，B正確；由NaAlO2制備Al(OH)3需要通入過量CO2，C錯誤；由Al(OH)3制備Al2O3，加熱即可，D正確。
2．諾貝爾化學獎獲得者施羅克等人發現金屬鉬的卡賓化合物可以作為非常有效的烯烴復分解催化劑。工業上冶煉鉬的化學反應過程為
①2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2
②MoO3＋2NH3·H2O===(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煅燒產生的尾氣可直接排放
B．MoO3是金屬氧化物，也是堿性氧化物
C．H2MoO4是一種強酸
D．利用H2、CO和Al分別還原等量的MoO3，所消耗還原劑的物質的量之比為3∶3∶2
答案：D
解析：A項，生成物SO2對環境污染嚴重，不符合題意；B項，根據②可知，MoO3與堿反應生成鹽和水，故MoO3不屬于堿性氧化物，不符合題意；C項，根據反應③H2MoO4是一種不溶性酸，溶液中c(H＋)不可能很大，故H2MoO4不可能是強酸，不符合題意；D項，1 mol H2、1 mol CO和1 mol Al作還原劑時，失去的電子數分別為2NA、2NA和3NA，還原等量的MoO3時，則H2、CO和Al轉移電子數相同，此時n(H2)∶n(CO)∶n(Al)＝3∶3∶2，符合題意。
3．從海帶中提取I2的實驗方案如下。下列說法中不正確的是(　　)
A．實驗方案中2次使用到過濾操作
B．向濾液中加入雙氧水的作用是將I－氧化為I2
C．I－和IO在酸性條件下發生反應的離子方程式為I－＋IO＋2H＋===I2＋H2O
D．含I2的溶液經3步轉化為I2的懸濁液，其目的是富集碘元素
答案：C
解析：根據分析可知，海帶灰加熱水后過濾得到濾液，I2的懸濁液過濾，分離得到粗碘，因此實驗方案中2次使用到過濾操作，A正確；I－具有還原性，在酸性條件下被H2O2氧化為I2，B正確；I－和IO在酸性條件下發生反應，正確的離子方程式為5I－＋IO＋6H＋===3I2＋3H2O，C錯誤；含I2的溶液經3步轉化為I2的懸濁液，其目的是提高I2的濃度，達到富集碘元素的目的，D正確。
4．據《天工開物》記載，我國古代以爐甘石(主要成分是ZnCO3)來升煉倭鉛(即鋅)，其原理如圖2。已知鋅的熔點為420 ℃、沸點為906 ℃。則下列說法不正確的是(　　)
A．升煉倭鉛過程包含氧化還原反應
B．“鋅火”是鋅蒸氣和一氧化碳在空氣中燃燒形成的
C．“泥封”的目的是防止得到的鋅被氧化
D．冶煉時鋅變為蒸氣在兜室冷凝為固體
答案：D
解析：“升煉倭鉛”的反應：ZnCO3CO2↑＋ZnO、CO2＋C2CO、ZnO＋COZn(g)＋CO2。A.由一種物質生成兩種或多種物質的反應是分解反應，有電子轉移的反應是氧化還原反應，根據以上分析知，ZnCO3CO2↑＋ZnO是分解反應、CO2＋C2CO、ZnO＋COZn(g)＋CO2為氧化還原反應，故A正確；B.“鋅火”是未反應完的CO和Zn蒸氣從“兜室”逸出燃燒，故B正確；C.Zn易被空氣氧化，為防止Zn被氧化而用“泥封”隔絕空氣，故C正確；D.反應區溫度達到1 100～1 300 ℃，Zn變為蒸氣與雜質分離，在“兜室”冷凝為液體流出(冷凝區溫度高于Zn的熔點)，故D錯誤。
5．海水是巨大的資源寶庫，海水淡化及其綜合利用具有重要意義。
請回答下列問題：
(1)請列舉除蒸餾法外海水淡化的一種方法：__________________________。
(2)步驟Ⅰ中，粗鹽中含有Ca2＋、Mg2＋、SO等雜質離子，精制時常用的試劑有①稀鹽酸；②氯化鋇溶液；③氫氧化鈉溶液；④碳酸鈉溶液。下列加入試劑的順序正確的是________(填字母)。
A．①②③④ B．②③④① C．②④③① D．③④②①
(3)步驟Ⅱ已經獲得Br2，步驟Ⅲ又將Br2還原為Br－，其目的是___________________________。
(4)寫出步驟 Ⅲ 反應的離子方程式：_________________________________________。
答案：(1)電滲析法(或離子交換法等)　(2)BC　(3)濃縮、提純溴元素(或富集溴元素)　(4)Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO
解析：(1)海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法和離子交換法等。其中蒸餾法的歷史最久，技術和工藝也比較成熟，但成本較高。(2)粗鹽中含有Ca2＋、Mg2＋、SO等雜質離子，精制時加入③氫氧化鈉溶液，除去鎂離子，②氯化鋇溶液，除去硫酸根離子，④碳酸鈉溶液，除去過量的鋇離子和鈣離子，最后過濾后加入①鹽酸，除去過量的氫氧化鈉和碳酸鈉，其中③和②的順序可以顛倒，故順序為③②④①或②③④①或②④③①。(3)海水中溴元素含量低，步驟Ⅱ已經獲得Br2，步驟Ⅲ又將Br2還原為Br－，其目的是濃縮、提純溴元素(或富集溴元素)。(4)步驟Ⅲ反應的離子方程式為Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO。
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