資源簡介

第四章 化學與自然資源的開發利用
第一節 開發利用金屬礦物和海水資源
1．通過典型實例，比較制取金屬單質和非金屬單質的反應原理，它們有那些相同點和不同點？
2．完成下列化學方程式，并指出其中的氧化劑和還原劑。
SnO2 + C —— Sn + CO
WO3 + H2 —— W + H2O
PbS + O2 —— PbO + SO2
UF4 + Mg —— U + MgF2
Au(CN)2- + Zn —— Au + Au(CN)42-
3．藍銅礦的主要成分為2CuCO3·Cu(OH)2 ，當它與焦炭一起加熱時，可以生成銅、二氧化碳和水，試寫出該反應的化學方程式，并注明其反應類型。
4．鎂及其合金是一種用途很廣的金屬材料，目前世界上60%的鎂是從海水中提取的。主要步驟如下：
（1）為了使MgSO4轉化為Mg(OH)2，試劑①可以選用 ，要使MgSO4完全轉化為沉淀，加入試劑①的量應___________；
（2）加入試劑①后，能夠分離得到Mg(OH)2沉淀的方法是 ；
（3）試劑②可以選用 ；
（4）無水MgCl2在熔融狀態下，通電后會產生Mg和Cl2，寫出該反應的化學方程式為
。
5．試寫出工業上海水提溴、實驗室中海帶提碘過程中所發生的主要反應的離子方程式。根據上述事實，關于Cl2、Br2、I2、H2O2、SO2五種物質的氧化性相對強弱，你可以明確得出的結論有哪些？推測下列過程的結果，寫出有關反應的化學方程式。
（1）將氯氣通入溴化鈉溶液中；
（2）將溴水加入氟化鈉溶液中；
（3）將氯氣通入碘化鈉溶液中；
（4）將碘加入溴化鈉溶液中。
6．工業上以鋁土礦（主要成分Al2O3·3H2O）為原料生產鋁，主要包括下列過程：
（1）將鋁土礦中的氧化鋁水合物溶解在氫氧化鈉溶液中；
（2）通入二氧化碳使（1）所得溶液中析出氫氧化鋁固體；
（3）使氫氧化鋁脫水生成氧化鋁；
（4）電解熔融氧化鋁生成鋁。
請寫出上述各有關反應的化學方程式，并推測哪一步轉化過程消耗的能量最多，為什么？
7．某種磁鐵礦樣品中，含Fe3O4 76.0%，SiO2 11.0%，其他不含鐵的雜質13.0%，計算這種礦樣中鐵的質量分數。
8．由金屬礦物轉變為金屬，一般要經過采礦、選礦和冶煉等主要階段。在這些過程中可能會產生噪音、粉塵和煙霧、有害氣體、污染的水、固體廢料等環境污染問題。請你查閱有關資料，將這三個主要階段與相應主要污染以及為減輕和消除污染應采取的措施，按下表進行歸納。
階 段
主要污染
采取的措施和建議
采礦
選礦
冶煉
9．孔雀石的主要成分為CuCO3·Cu(OH)2 。某同學設計從孔雀石中冶煉銅的方案如下：
① 將孔雀石粉碎后加過量的稀硫酸；
② 將反應后的混合物過濾；
③ 向濾液中加入一種金屬粉末。
根據上述實驗方案，試回答：
（1）第①步反應中可觀察到的現象是什么？
（2）第③步加入的金屬粉末可以是什么？說明理由；
（3）設計從濾液中獲得銅的另外一種方案。
10．以紅金石（主要成分TiO2）為原料生產金屬鈦的步驟主要有：
（1）在高溫下，向紅金石與焦炭的混合物中通入Cl2，得到TiCl4和一種可燃性氣體；
（2）在稀有氣體（如氬）氛圍和加熱的條件下，用鎂與TiCl4反應可得到鈦。
請寫出上述兩步反應的化學方程式，并分析反應（2）時稀有氣體氛圍的作用。
第二節 資源綜合利用 環境保護
1．通常用來衡量一個國家石油化學工業發展水平的標志是（ ）
A．石油年產量 B．乙烯的年產量
C．合成纖維的年產量 D．硫酸的年產量
2．下列過程屬于物理變化的是（ ）
A．煤的干餾 B．石油分餾 C．石油裂化 D．乙烯聚合
3．石油裂化的目的是（ ）
A．使長鏈烴分子斷裂為短鏈烴分子 B．除去石油中的雜質
C．使直鏈烴轉化為芳香烴 D．提高汽油的產量和質量
4．酸雨的形成主要是由于（ ）
A．森林遭到亂砍亂伐，破壞了生態環境 B．含硫化石燃料的大量燃燒
C．大氣中二氧化碳的含量增大 D．汽車排出大量尾氣
5．我國許多城市已經推廣使用清潔燃料，如壓縮天然氣（CNG）類，液化石油氣（LPG）類。這兩類燃料的主要成分是（ ）
A．醇類 B．一氧化碳 C．氫氣 D．烴類
6．甲基丙烯酸甲酯是合成有機玻璃的單體。
舊法合成的反應是：
(CH3)2C=O + HCN (CH3)2C(OH)CN
(CH3)2C(OH)CN + CH3OH + H2SO4 CH2=C(CH3)COOCH3 + NH4HSO4
新法合成的反應是：
CH≡CH + CO + CH3OH CH2=C(CH3)COOCH3
與舊法比，新法的突出優點是（ ）
A．原料無爆炸危險 B．原料都是無毒物質
C．沒有副產物，原料利用率高 D．對設備腐蝕性小
7．空氣質量已經是政府和公眾普遍關注的問題。
（1）目前，環保部門監測和公布的大氣污染物主要有________________；
（2）在汽油中加入某種含鉛化合物可以提高汽油的抗爆性，但我國已明令禁止生產、銷售和使用含鉛汽油，其主要原因是_________________；
（3）控制城鎮空氣污染可以從哪些方面考慮？舉例說明可行的措施。
8．氯乙烯（ CH2==CHCl ）、苯乙烯（ ）分別發生反應生成聚氯乙烯
和聚苯乙烯，試寫出反應的表達式。
9．以原油為原料生產聚烯烴的幾個步驟如下：
（1）請寫出含有10個氫原子的烷烴的分子式；
（2）在第①步得到的烴類混合物中，只含有7種不同的物質嗎？為什么？請舉例說明。
（3）在第③步發生了什么反應？
10．20世紀70年代以來，人們逐漸認識到，如果繼續過多地依賴石油作為主要能源，遲早會出現嚴重的能源危機，因此，必須在節約使用的同時，尋找新的替代能源。請回答下列有關的問題：
（1）以石油為例，請你分析和歸納，作為一種比較好的能源應該具有哪些特點？
（2）如果用煤、天然氣、氫能、生物質能、核能、風能等來替代石油作為主要能源，這樣做可能面臨或可能帶來的主要問題分別是什么？你認為應該怎樣做會更好些？
（3）煤、石油和天然氣等化石燃料是應該作為能源使用，還是應該作為原料加工成醫藥、化工產品？對這樣有爭議的問題，你的看法是什么？請查閱有關數據和資料說明你的觀點。
復習題
1．為實現消除碘缺乏癥的政府目標，衛生部規定食鹽必須加碘，其中的碘以碘酸鉀（KIO3）形式存在。已知在溶液中IO3－可和I－發生反應：IO3－+5I－+6H+==3I2+3H2O。根據上述反應，可用試紙和一些生活中常見的物質進行實驗，證明在食鹽中存在IO3－。可供選用的物質有：①自來水；②藍色石蕊試紙；③碘化鉀淀粉試紙；④淀粉；⑤食糖；⑥食醋；⑦白酒。進行上述實驗時必須使用的物質是（ ）
A．①③ B．③⑥ C．②④⑥ D．①②④⑤⑦
2．一種甲烷水合物晶體中，平均每46個水分子構成8個分子籠，每個分子籠可容納1個甲烷分子或水分子，若這8個分子籠中有6個容納的是甲烷分子，另外2個被水分子填充，這種可燃冰的平均組成可表示為____________。
3．一氧化氮是大氣污染物之一。目前，有一種治理方法是：在400℃左右、有催化劑存在的情況下，使氨跟一氧化氮反應生成無污染的氮氣和水。請寫出該反應的化學方程式。
4．鉛丹（Pb3O4）可作為防銹用涂料，呈紅褐色。
（1）鉛丹可用PbO在空氣中加熱制備，請寫出有關反應的化學方程式；
（2）鉛丹曾用于鐵制品防銹，請舉例說明鐵制品防銹的其他兩種方法；
（3）鉛丹加強熱可以分解為PbO2和O2，你怎樣證明產物中有氧氣生成，如何檢驗反應是否完成？
（4）鉛丹與濃鹽酸反應生成PbCl2、Cl2和H2O，請寫出反應的化學方程式，說明如何檢驗反應中有氯氣生成？
5．汽油是常見的車用燃料，如果將它作為化工原料開發利用，則其用途更加廣泛。
（1）每升汽油燃燒時能產生約3.5×104 kJ的能量，汽缸只能將其中的部分能量轉化為有用功，損耗的能量主要轉化成了什么？
（2）由汽油裂解得到的乙烯、丙烯是重要的化工原料，請寫出下列轉化反應的化學方程式，并注明其反應類型：
① 乙烯 → 1，2-二氯乙烷；
② 丙烯 → 聚丙烯。
（3）乙烯、丙烯既可以分別發生反應形成聚合物，也可以按一定比例相互反應形成聚合物，請寫出這三種聚合物的結構式；
（4）舉例說明上述產品的一些用途。
6．沼氣在我國一些農村有廣泛的應用。
在一定溫度、濕度、pH條件下，秸稈、雜草、人畜糞便等在沼氣池經隔絕空氣發酵產生沼氣。沼氣是一種混合氣體，其中CH4含量約為55% ~ 70%，CO2含量約為45% ~ 30%。沼氣池中主要發生下列一些變化（過程不以編號為序）：
（1）沼氣細菌將一些有機酸變為甲烷；
（2）動、植物廢棄物中含有纖維素、蛋白質和脂肪，細菌將它們變成可溶性化合物；
（3）成酸菌將這些可溶性化合物轉變為有機酸；
（4）發酵池中產生的液體是很好的肥料；
（5）發酵池中還產生CO2、H2S等氣體。
根據以上描述，將畫線部分的物質填入下面圖示中的合適位置。
7．煤的干餾實驗如圖所示：
（1）指出煤干餾后得到的固體、液體和氣體分別主要含有什么物質？
（2）煤焦油經過分餾可以得到萘（ ），請寫出萘的相對分子質量及完全燃燒后的產物。
（3）如何證明所得水層中含有氨？若用硫酸回收氨，計算得到的這種化肥中氮的含量；
（4）煤干餾會產生H2S等有害氣體，請設計一種方案以使H2S轉化為硫磺，從而化害為利。
*8．通過下列方法可以測定金屬錫樣品的純度：
（1）將試樣溶于鹽酸中，發生的反應為：Sn + 2HCl == SnCl2 + H2↑
（2）加入過量的FeCl3溶液，發生的反應為：SnCl2 + 2FeCl3 == SnCl4 + 2FeCl2
（3）用已知濃度的K2Cr2O7溶液滴定生成的Fe2+，發生的反應為：
6FeCl2 + K2Cr2O7 + 14HCl == 6FeCl3 + 2KCl + 2CrCl3 + 7H2O
現有金屬錫樣品0.613 g，經上述各步反應后，共用去0.100 mol/L K2Cr2O7溶液16.0 mL。求試樣中錫的質量分數（假定雜質不參加反應）。
*9．鹵塊的主要成分是MgCl2，此外還含Fe3+、Fe2+、Mn2+等離子。若以它為原料按下圖所示工藝流程進行生產，可制得輕質氧化鎂。
如果要求產品盡量不含雜質離子，而且成本較低。請根據表1和表2提供的資料，填寫空白：
表1 生成氫氧化物沉淀的pH
物 質
開始沉淀
沉淀完全
Fe(OH)3
2.7
3.7
Fe(OH)2
7.6
9.6*
Mn(OH)2
8.3
9.8
Mg(OH)2
9.6
11.1
*Fe2+氫氧化物呈絮狀，不易從溶液中除去，所以常將它氧化成為Fe3+，生成沉淀Fe(OH)3而除去。
表2 原料價格表
物質
價格/元·噸-1
漂液（含25.2% NaClO）
450
雙氧水（含30% H2O2）
2400
燒堿（含98% NaOH）
2100
純堿（含99.5% Na2CO3）
600
（1）在步驟②中加入的物質X，最佳選擇應是 ，其作用是 ；
（2）在步驟③中加入的試劑應是 ；之所以要控制pH=9.8，其目的是 ；
（3）在步驟④中加入的試劑Z應是 ；
（3）在步驟⑤中發生的反應是 。
10．腈綸織物廣泛地用作衣服、床上用品等。腈綸是由CH2＝CH—CN聚合而成的，CH2＝CH—CN可以由下列反應制得：
2CH3—CH＝CH2 + 2NH3 + 3O2 → 2CH2＝CH—CN + 6H2O
丙烯可以由石腦油裂解制得：C10H22 → 2C3H6 + X
（1）寫出上述反應式中X的名稱和結構簡式；
（2）合成高分子化合物（如腈綸等）部分地取代了棉、麻等天然材料，為什么前者作為廢棄物易產生環境污染，而后者卻不會？
（3）生物質含有葡萄糖、淀粉和纖維素等糖類，也稱碳水化合物，綠色植物將二氧化碳和水變成碳水化合物的過程稱為什么？寫出由二氧化碳、水變成葡萄糖的化學方程式。

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