新教材2023年高中化学第8章化学与可持续发展第1节自然资源的开发利用第1课时金属矿物的开发利用　海水资源的开发利用提能作业新人教版必修第二册

第八章第1节第1课时基础达标一、选择题(每小题只有一个选项符合题意)1．我国古代炼丹家魏伯阳所著《周易参同契》是世界上现存最早的一部炼丹专著。书中描写到：“金入于猛火，色不夺精光。”这句话的意思是指黄金的性质在强热条件下(B)A．活泼 B．稳定C．易氧化 D．易还原2．海水淡化可采用膜分离技术。如图所示，对淡化膜右侧的海水加压，水分子可以透过淡化膜进入左侧淡水池，而海水中其他各种离子不能通过淡化膜，从而得到淡水。对加压后右侧海水成分变化分析正确的是(B)A．溶质质量增加 B．溶剂质量减小C．溶液质量不变 D．溶质质量分数减小3．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气(或H2或CO)法；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜；现代有(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁。对它们的冶炼方法的分析不正确的是(B)A．(Ⅰ)用① B．(Ⅱ)用②C．(Ⅲ)用③ D．(Ⅳ)用④解析：对于(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)发生的反应分别是(Ⅰ)：Cu2(OH)2CO3eq\o(=,\s\up7(△))2CuO＋CO2↑＋H2O、C＋2CuOeq\o(=,\s\up7(△))2Cu＋CO2↑，符合①；(Ⅱ)：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu，符合③；(Ⅲ)：Cr2O3＋2Aleq\o(=,\s\up7(高温))2Cr＋Al2O3，符合③；(Ⅳ)：先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2：MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑，符合④。4．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。已知锌的熔点为420℃、沸点为906℃。则下列说法不正确的是(D)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解析：“升炼倭铅”的反应：ZnCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CO2↑＋ZnO、CO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))2CO、ZnO＋COeq\o(=,\s\up7(高温))Zn(g)＋CO2。由一种物质生成两种或多种物质的反应是分解反应，有电子转移的反应是氧化还原反应，根据以上分析知，ZnCO3eq\o(=,\s\up7(高温))CO2↑＋ZnO是分解反应、CO2＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))2CO、ZnO＋COeq\o(=,\s\up7(高温))Zn(g)＋CO2为氧化还原反应，故A正确；“锌火”是未反应完的CO和Zn蒸气从“兜室”逸出燃烧，故B正确；Zn易被空气氧化，为防止Zn被氧化而用“泥封”隔绝空气，故C正确；反应区温度达到1100～1300℃，Zn变为蒸气与杂质分离，在“兜室”冷凝为液体流出(冷凝区温度高于Zn的熔点)，故D错误。5．铝的活泼性较强，直到十八世纪人类才开始将Al从它的化合物中冶炼出来。当时铝价格十分昂贵，拿破仑的头盔就是用铝制作的，现在还保存在大英博物馆中，下列冶炼铝的方法正确的是(A)A．Al2O3(熔融)eq\o(→,\s\up7(电解))AlB．Al2O3eq\o(→,\s\up7(盐酸))AlCl3(熔融)eq\o(→,\s\up7(电解))AlC．Al(OH)3eq\o(→,\s\up7(H2),\s\do5(高温))AlD．Al2O3eq\o(→,\s\up7(C或CO),\s\do5(高温))Al解析：H2、CO、C等皆不能将Al2O3或Al(OH)3还原为Al，C、D不正确；AlCl3是共价化合物，熔融后不导电，B不正确。二、非选择题6．从海水中提取食盐和溴的过程如图所示：(1)请列举海水淡化的一种方法蒸馏法(或电渗析法、离子交换法)。(2)步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，其目的是富集Br2，提高Br2的浓度。(3)步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2吸收率可达95%，写出该反应的离子方程式SO2＋2H2O＋Br2=4H＋＋2Br－＋SOeq\o\al(2－,4)。(4)由此反应可知，除保护环境外，在工业生产中还应解决什么问题？强酸和溴对设备的腐蚀。解析：(1)海水淡化常用的方法为蒸馏法(或电渗析法、离子交换法)；(2)步骤Ⅰ中Br2的浓度很小，多次用SO2反复吸收，富集Br2，最终用Cl2处理则可获得大量的工业溴；(3)SO2水溶液吸收Br2的离子方程式为SO2＋2H2O＋Br2=4H＋＋2Br－＋SOeq\o\al(2－,4)；(4)溴具有强氧化性可以氧化SO2生成H2SO4，因此要注意强酸和溴对设备的腐蚀问题。7．在某次探究性学习中，老师要求同学们在实验室中用氧化铜、稀硫酸和铁来制取纯净的铜，并用所制得的铜进行一系列的探究性实验。甲、乙两位同学分别设计了如下两个制铜实验方案。甲：①CuO溶于适量稀硫酸中；②在①的溶液中加入稍过量的铁，充分反应后，过滤、烘干，得纯净的铜。乙：①铁与稀硫酸反应得氢气；②用氢气还原氧化铜，充分反应后即得纯净的铜。(1)若两位同学消耗的稀硫酸和铁的量分别相同，请判断他们所制得铜的质量大小关系B(填字母)。A．相同 B．甲多C．乙多 D．以上三种情况均有可能(2)丙同学认为上述两种方案都难以保证所制的铜的纯度，应对上述两种方案加以完善。甲同学的方案不完善的原因：铁过量，并且过滤后没有洗涤，产物中可能混有铁粉也可能混有FeSO4，完善乙同学的方案的一种方法是将所得的铜粉放入烧杯中，加入过量稀硫酸，不断搅拌，然后过滤、洗涤、干燥即得到纯净的铜。解析：(1)在用氢气还原氧化铜的反应中，应先通入H2，赶走空气，然后才能加热，并且反应结束后应先撤去酒精灯，再停止通入H2，因此所制得的H2并没有全部参与CuO的还原反应，故生成铜的质量少。(2)甲方案中铁过量，并且过滤后没有洗涤，产物中混有铁粉也可能混有FeSO4。而乙方案中可能混有CuO，应加入稀硫酸除去CuO。能力提升一、选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)1．海水是人类的资源宝库。下列关于海水知识不正确的是(BC)A．海水资源的利用包括海水水资源的利用和海水化学资源的利用B．海水既苦又涩，不能直接利用C．海水中某些金属元素的总储量很大，易提取冶炼D．海水淡化应同化工生产结合，同能源技术结合2．铅的冶炼大致过程如下：①富集：将方铅矿(PbS)进行浮选；②焙烧：2PbS＋3O2eq\o(=,\s\up7(高温))2PbO＋2SO2；③制粗铅：PbO＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))Pb＋CO↑；PbO＋COeq\o(=,\s\up7(高温))Pb＋CO2。下列说法正确的是(B)A．浮选法富集方铅矿的过程属于化学变化B．将1molPbS冶炼成Pb理论上至少需要6g碳C．方铅矿焙烧反应中，PbS是还原剂，还原产物只有PbOD．整个冶炼过程中，制取1molPb共转移2mol电子3．海水化学资源的利用具有非常广阔的前景。下列关于海水资源综合利用的说法中，正确的是(CD)A．可用海水晒盐的方法提取海水中的淡水资源B．只通过物理变化即可提取海水中的溴C．从海水中可以提取NaCl，可电解熔融NaCl制备NaD．利用海水、铝、空气发电是将化学能转化为电能解析：海水晒盐是从海水中提取食盐，此过程中水分蒸发散失，故A错误；海水中的溴以溴离子形式存在，将海水中的溴离子转化为溴单质的过程中，有新物质生成，属于化学变化，故B错误；从海水中可提取NaCl，用电解熔融NaCl的方法制备Na，故C正确；铝－空气－海水构成原电池，可将化学能转化为电能，故D正确。二、非选择题4．海带，又名纶布、昆布、江白菜，是多年生大型食用藻类。海带成本低廉，营养丰富，是一种重要的海生资源。海带是一种营养丰富的食用褐藻，含有60多种营养成分。某同学为了验证海带中含有碘元素，拟进行如下实验，请完成相关问题。(1)第1步：灼烧。操作是将足量海带灼烧成灰烬。该过程中不会用到的实验仪器有AGH(填代号)。A．试管B．瓷坩埚C．坩埚钳D．铁三脚架E．泥三角F．酒精灯G．烧杯H．量筒(2)第2步：I－溶液的获取。操作是将灰烬转移到烧杯中，加适量蒸馏水，用玻璃棒充分搅拌，煮沸，过滤得滤液。(3)第3步：氧化。操作是向滤液中依次加入稀硫酸和合适的氧化剂。下列氧化剂最好选用D(填代号)。A．浓硫酸 B．新制氯水C．酸性KMnO4溶液 D．H2O2理由是双氧水又称“绿色氧化剂”，其参加氧化还原反应时还原产物为H2O，无污染且不引入新的杂质。(4)第4步：碘单质的检验。操作是取少量第3步的溶液，滴加淀粉溶液，如果溶液显蓝色，则证明海带中含有碘元素。解析：(1)先分析灼烧固体物质所用的仪器有哪些，然后再选出不会用到哪些仪器。(2)海带灼烧后的灰烬中含有可溶性碘盐和难溶固体物质。要得到含有I－的溶液，须将灰烬充分溶解，并过滤以除去残渣。(3)浓硫酸、新制氯水、酸性KMnO4溶液、H2O2均能将I－氧化为I2。前三者会引入新杂质，而H2O2的还原产物为H2O，无其他物质生成，所以氧化剂最好选用H2O2。5．海水中化学资源的综合开发利用，已受到各国的高度重视。Br2和Mg等两种单质都可以从海水中提取，如图为提取它们的主要步骤：请回答：Ⅰ.从海水中提取的溴占世界溴年产量的三分之一，主要方法就是上述流程中的空气吹出法。(1)制取Br2时第一次通入Cl2发生反应的离子方程式是2Br－＋Cl2=2Cl－＋Br2。(2)吸收塔中反应的离子方程式是SO2＋2H2O＋Br2=4H＋＋2Br－＋SOeq\o\al(2－,4)，工业生产1molBr2，理论上需要Cl2的物质的量为2mol。(3)取10L海水经过提纯浓缩，向吸收塔吸收后的溶液中加入0.100mol·L－1AgNO3溶液8.0mL恰好完全反应，则海水中溴的含量为6.4mg·L－1(不考虑提纯过程中溴的损失)。Ⅱ.镁及其合金是用途很广的金属材料，而目前世界上60%的镁就是从海水中按上述流程提取的。(1)上述流程中为了使MgSO4完全转化为Mg(OH)2，试剂①可以选用Ca(OH)2(写化学式)。(2)步骤①包括加热、蒸发、冷却、结晶、过滤。(3)通电时无水MgCl2在熔融状态下反应的化学方程式是MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑。解析：浓缩海水中主要含MgSO4、NaCl、NaBr，加入试剂氢氧化钙沉淀镁离子，过滤得到混合溶液中通入氯气，得到低浓度的溴单质，进入吸收塔用二氧化硫吸收得到溴化氢，再通入氯气得到高浓度的溴单质，氢氧化镁沉淀中加入盐酸溶解得到氯化镁溶液，加热、蒸发、冷却、结晶、过滤得到氯化镁晶体，在氯化氢气流中加热失去结晶水得到氯化镁固体，电解熔融氯化镁得到镁和氯气。由上述分析可知：Ⅰ.(1)浓缩海水与试剂①反应得到氢氧化镁，剩余混合液中含有的是溴离子，通入氯气后，氯气与溴离子反应生成单质溴和氯离子，其离子方程式是Cl2＋2Br－=2Cl－＋Br2；(2)单质溴经过空气吹出后被富集在吸收塔中，通入的二氧化硫与单质溴反应生成硫酸和氢溴酸，其化学方程式是Br2＋SO2＋2H2O=H2SO4＋2HBr，离子方程式为Br2＋SO2＋2H2O=4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2Br－；由①Cl2＋2Br－=2Cl－＋Br2，②Br2＋SO2＋2H2O=4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2Br－，③Cl2＋2Br－=2Cl－＋Br2可知，工业生产1molBr2，需要2molCl2；(3)由反应Ag＋＋Cl－=AgCl↓，Cl2＋2Br－=2Cl－＋Br2，可知n(Ag＋)～n(Cl－)～n(Br－)，银元素的物质的量为0.100mol·L－1×8.0×10－3L＝0.8×10－3mol，则溴元素的物质的量也为0.8×10－3mol，溴元素的质量为0