第21讲 8.1金属矿物的开发利用 海水资源的开发利用（含答案）-2024年高中化学同步精讲义（必修二）

第21讲8.1金属矿物的开发利用海水资源的开发利用（含答案）-2024年高中化学同步精品讲义（必修二）第八章化学和可持续发展第一节自然资源的开发利用第1课时金属矿物的开发利用海水资源的开发利用1．了解金属在自然界中的存在形式，理解金属冶炼的一般原理，掌握活泼性不同的金属冶炼的一般方法。2．了解海水的主要组成元素，了解海水资源及开发利用的主要方式，掌握从海水中提取溴的化学反应原理及实验方法。一、金属矿物的开发利用1．金属元素在自然界中的存在形态极少数以__________形式存在，如金、铂等，绝大多数以__________形式存在。2．金属的冶炼(1)概念：将金属矿物中的金属从其化合物中__________出来的过程。(2)原理：利用氧化还原反应原理，在一定条件下，使金属离子__________电子被__________成金属原子，从而获得金属单质。即Mn＋＋ne－=M。3．金属的冶炼方法金属活泼性与冶炼方法的关系如下：(1)热分解法——冶炼不活泼金属①分解HgO制取Hg：______________________________②分解Ag2O制取Ag：______________________________(2)电解法——冶炼活泼金属①冶炼钠：______________________________②冶炼镁：______________________________③冶炼铝：______________________________(3)热还原法——高温还原热还原法常用的还原剂有__________、__________、__________、一些活泼金属等。①高炉炼铁：CO还原Fe2O3的化学方程式为______________________________②铝热反应：Al还原Fe2O3的化学方程式为______________________________(4)其他方法湿法炼铜：Fe与CuSO4溶液反应制取铜的化学方程式为______________________________4．金属矿物资源的开发和利用措施(1)提高金属矿物的利用率。(2)开发环保高效的金属冶炼方法。(3)防止金属的腐蚀。(4)使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量。(5)加强废旧金属的回收和再利用。二、海水资源的开发利用1．海水水资源的开发利用(1)利用途径：海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却等。(2)海水淡化：通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有__________、__________、________________和膜分离法等。其中__________的历史最久。(3)海水的蒸馏①主要仪器：A__________，B__________，C__________。②冷却水的流向：______口进，______口出。③B中加入碎瓷片的目的是____________________。2．海水中化学资源的开发利用(1)海水制盐从海水中制得的氯化钠，可以食用，同时也是生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸等的化工原料。①氯碱工业：电解饱和食盐水，可生产氢氧化钠、氢气和氯气。化学方程式：________________________________________。②制钠和氯气：________________________________________。③制盐酸：________________________________________。④制漂白剂(84消毒液)：________________________________________。⑤制纯碱：______________________________________；______________________________________。(2)海水提溴①海水提溴的方法(吹出法)浓缩海水晒盐和海水淡化的过程中副产物Br－得到浓缩氧化向浓缩的海水中通入Cl2，将Br－氧化成Br2吹出利用溴的挥发性，通入热空气和水蒸气，吹出溴蒸气吸收吹出的溴蒸气用SO2吸收蒸馏再用Cl2将HBr氧化得到产品溴后蒸馏分离②氧化、吸收环节主要的离子方程式：________________________________________、________________________________________。3．海水中其他资源的开发利用(1)制备化工产品：制备Mg、K、I2及其他化工产品。(2)获取能量物质：提取铀和重水用来开发核能。(3)开发利用新型能源：潮汐能、波浪能等。►问题一金属的冶炼原理及应用【典例1】金属元素的原子结构决定了金属元素的性质、在自然界中的存在形式及冶炼方法。(1)金属的冶炼一般有下列方法：a．焦炭法 b．水煤气(氢气和一氧化碳)法c．活泼金属置换法 d．电解法请从上述四种方法中选择相应的字母填入表中空格：高炉炼铁湿法炼铜铝热法炼铬工业上冶炼铝写出Al与Cr2O3反应的化学方程式：_______________________________________。(2)铜在地壳中的含量远低于铝，但人类利用铜的历史远早于铝，这与古代发生的森林大火有一定的关系，因为人类在大火之后的灰烬中会发现红色发亮的物质。现在人们认识到，这种物质就是孔雀石[主要成分为Cu2(OH)2CO3，热稳定性差]在大火中转化而生成的铜，写出大火中与铜元素有关的三个化学方程式：__________________________________________。【归纳小结】(1)在金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，其阳离子越容易被还原，金属的位置越靠前，其阳离子越难被还原。(2)冶炼Mg时只能电解MgCl2，不能电解MgO(熔点太高)。(3)冶炼Al时只能电解Al2O3，不能电解AlCl3(共价化合物，熔融时不导电)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。【变式练1-1】从本质上讲，工业上冶炼金属的反应一定都属于()A．氧化还原反应 B．置换反应C．分解反应 D．复分解反应【变式练1-2】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()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【变式练1-3】如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：(1)写出该反应的化学方程式：______________________________。(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应_________(填“能”或“不能”)发生，理由是__________________________。(3)若将所得产品置于足量的NaOH溶液中，可能看到的现象是_______________________________，写出铝热反应的一种主要用途：__________________。(4)假设铝足量且反应充分，设计一种实验方案，证明本实验中有单质铁生成：______________________________________________________________________。►问题二海水资源的开发利用【典例2】海水中溴元素以Br－形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如下图所示：(1)步骤①反应的离子方程式是__________________________。(2)步骤③反应的化学方程式是___________________________________。(3)步骤②中，用热空气将Br2吹出，利用溴的性质为___________________________，从步骤②到步骤④的目的是_________________________。(4)从理论上考虑，下列物质也能充分吸收Br2的是________(填字母)。A．NaOHB．FeCl2C．Na2SO3D．H2O(5)步骤⑤蒸馏过程中，温度应控制在80～90℃。温度过高或过低都不利于生产，若温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水分增加；若温度过低，则_________________________。【变式练2-1】海水是一个巨大的化学资源库，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能得到钾单质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NaD．利用潮汐发电是将化学能转化为电能【变式练2-2】从海带中提取碘单质，工艺流程如下。下列关于海带制碘的说法错误的是()干海带eq\o(→,\s\up7(灼烧))海带灰eq\o(→,\s\up7(沸水),\s\do5(浸泡))悬浊液eq\o(→,\s\up7(过滤))滤液eq\o(→,\s\up7(H＋),\s\do5(H2O2))碘水eq\o(→,\s\up7(CCl4))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，发生的离子反应为2I－＋H2O2=I2＋2OH－D．可以用淀粉溶液检验碘水中的I2【基础强化】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()A．活泼B．稳定C．易氧化D．易还原2．下列金属冶炼的反应原理不正确的是()A．MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑B．Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2C．2HgOeq\o(=,\s\up7(△))2Hg＋O2↑D．2AlCl3(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))2Al＋3Cl2↑3．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()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4．钛(Ti)有“未来钢铁”之称，工业上常以反应：TiCl4＋2Mgeq\o(=,\s\up7(△))Ti＋2MgCl2获得海绵状钛，该反应进行时是在()A．稀有气体中B．空气中C．氮气中D．CO2气体中5．下列化学反应在金属冶炼工业中还没有得到应用的是()A．2NaCl(熔融)eq\o(=====,\s\up7(电解),\s\do5())2Na＋Cl2↑B．Al2O3＋3Ceq\o(========,\s\up7(2125℃),\s\do5())2Al＋3CO↑C．Fe2O3＋3COeq\o(=====,\s\up7(高温),\s\do5())2Fe＋3CO2D．2Ag2Oeq\o(=====,\s\up7(△),\s\do5())4Ag＋O2↑6．海洋又被称为绿色宝库，下列关于海洋的说法正确的是()A．海洋约占地球表面积的71%B．海水中元素仅为有限的十几种C．蒸馏是海水淡化的唯一方法D．海水因有腐蚀性而不能冷却循环使用7．据报道，挪威和荷兰正在开发一种新能源——盐能。当海水和淡水混合时，温度将升高0.1℃，世界所有入海口的这种能源相当于电力需求的20%。海水和淡水混合时，温度升高最可能的原因是()A．发生了盐分解反应 B．发生了水分解反应C．由于浓度差产生放热 D．盐的溶解度增大8．如图所示，NaCl是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是()A．石灰乳与Cl2的反应中，Cl2既是氧化剂又是还原剂B．25℃时，NaHCO3在水中的溶解度比Na2CO3大C．Cl2与过量的铁反应生成FeCl2D．图示转化反应都是氧化还原反应9．工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，还有少量的Fe2O3等杂质)提取氧化铝作冶炼铝的原料，提取的操作过程如下：(1)Ⅰ和Ⅱ步骤中分离溶液和沉淀的操作为__________，所用到的玻璃仪器是_____________。(2)沉淀M中除含有泥沙外，一定还含有________，固体N是________。(3)滤液X中，含铝元素的溶质的化学式为__________，它属于________(填“酸”“碱”或“盐”)类物质。(4)实验室里常往AlCl3溶液中加入__________(填“氨水”或“NaOH溶液”)来制取Al(OH)3。10．海水是巨大的资源宝库，可以进行综合利用。从海水中提取淡水、食盐和溴的过程如下：(1)步骤Ⅰ获得Br2的化学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______________________。【能力提升】1．铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅，工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝：下列说法错误的是()A．①②中除加试剂外，还需要进行过滤操作B．a、b中铝元素的化合价相同C．③中需要通入过量的氨气D．④进行的操作是加热，而且d一定是氧化铝2．诺贝尔化学奖获得者施罗克等人发现金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。工业上冶炼钼的化学反应过程为①2MoS2＋7O2eq\o(=,\s\up7(高温))2MoO3＋4SO2②MoO3＋2NH3·H2O=(NH4)2MoO4＋H2O③(NH4)2MoO4＋2HCl=H2MoO4↓＋2NH4Cl④H2MoO4eq\o(=,\s\up7(高温))MoO3＋H2O⑤用还原剂将MoO3还原成金属钼则下列说法正确的是()A．MoS2煅烧产生的尾气可直接排放B．MoO3是金属氧化物，也是碱性氧化物C．H2MoO4是一种强酸D．利用H2、CO和Al分别还原等量的MoO3，所消耗还原剂的物质的量之比为3∶3∶23．从海带中提取I2的实验方案如下。下列说法中不正确的是()A．实验方案中2次使用到过滤操作B．向滤液中加入双氧水的作用是将I－氧化为I2C．I－和IOeq\o\al(－,3)在酸性条件下发生反应的离子方程式为I－＋IOeq\o\al(－,3)＋2H＋=I2＋H2OD．含I2的溶液经3步转化为I2的悬浊液，其目的是富集碘元素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()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5．海水是巨大的资源宝库，海水淡化及其综合利用具有重要意义。请回答下列问题：(1)请列举除蒸馏法外海水淡化的一种方法：__________________________。(2)步骤Ⅰ中，粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)等杂质离子，精制时常用的试剂有①稀盐酸；②氯化钡溶液；③氢氧化钠溶液；④碳酸钠溶液。下列加入试剂的顺序正确的是________(填字母)。A．①②③④B．②③④①C．②④③① D．③④②①(3)步骤Ⅱ已经获得Br2，步骤Ⅲ又将Br2还原为Br－，其目的是___________________________。(4)写出步骤Ⅲ反应的离子方程式：_________________________________________。第八章化学和可持续发展第一节自然资源的开发利用第1课时金属矿物的开发利用海水资源的开发利用1．了解金属在自然界中的存在形式，理解金属冶炼的一般原理，掌握活泼性不同的金属冶炼的一般方法。2．了解海水的主要组成元素，了解海水资源及开发利用的主要方式，掌握从海水中提取溴的化学反应原理及实验方法。一、金属矿物的开发利用1．金属元素在自然界中的存在形态极少数以游离态形式存在，如金、铂等，绝大多数以化合态形式存在。2．金属的冶炼(1)概念：将金属矿物中的金属从其化合物中还原出来的过程。(2)原理：利用氧化还原反应原理，在一定条件下，使金属离子得到电子被还原成金属原子，从而获得金属单质。即Mn＋＋ne－=M。3．金属的冶炼方法金属活泼性与冶炼方法的关系如下：(1)热分解法——冶炼不活泼金属①分解HgO制取Hg：2HgOeq\o(=,\s\up7(△))2Hg＋O2↑②分解Ag2O制取Ag：2Ag2Oeq\o(=,\s\up7(△))4Ag＋O2↑(2)电解法——冶炼活泼金属①冶炼钠：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑②冶炼镁：MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑③冶炼铝：2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解),\s\do5(冰晶石))4Al＋3O2↑(3)热还原法——高温还原热还原法常用的还原剂有焦炭、CO、H2、一些活泼金属等。①高炉炼铁：CO还原Fe2O3的化学方程式为Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2②铝热反应：Al还原Fe2O3的化学方程式为2Al＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))Al2O3＋2Fe(4)其他方法湿法炼铜：Fe与CuSO4溶液反应制取铜的化学方程式为Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu4．金属矿物资源的开发和利用措施(1)提高金属矿物的利用率。(2)开发环保高效的金属冶炼方法。(3)防止金属的腐蚀。(4)使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量。(5)加强废旧金属的回收和再利用。二、海水资源的开发利用1．海水水资源的开发利用(1)利用途径：海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却等。(2)海水淡化：通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法和膜分离法等。其中蒸馏法的历史最久。(3)海水的蒸馏①主要仪器：A冷凝管，B蒸馏烧瓶，C锥形瓶。②冷却水的流向：a口进，b口出。③B中加入碎瓷片的目的是防止液体暴沸。2．海水中化学资源的开发利用(1)海水制盐从海水中制得的氯化钠，可以食用，同时也是生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸等的化工原料。①氯碱工业：电解饱和食盐水，可生产氢氧化钠、氢气和氯气。化学方程式：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。②制钠和氯气：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑。③制盐酸：H2＋Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃))2HCl。④制漂白剂(84消毒液)：2NaOH＋Cl2=NaClO＋NaCl＋H2O。⑤制纯碱：NaCl＋CO2＋H2O＋NH3=NH4Cl＋NaHCO3↓；2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O。(2)海水提溴①海水提溴的方法(吹出法)浓缩海水晒盐和海水淡化的过程中副产物Br－得到浓缩氧化向浓缩的海水中通入Cl2，将Br－氧化成Br2吹出利用溴的挥发性，通入热空气和水蒸气，吹出溴蒸气吸收吹出的溴蒸气用SO2吸收蒸馏再用Cl2将HBr氧化得到产品溴后蒸馏分离②氧化、吸收环节主要的离子方程式：2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－、SO2＋Br2＋2H2O=4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2Br－。3．海水中其他资源的开发利用(1)制备化工产品：制备Mg、K、I2及其他化工产品。(2)获取能量物质：提取铀和重水用来开发核能。(3)开发利用新型能源：潮汐能、波浪能等。►问题一金属的冶炼原理及应用【典例1】金属元素的原子结构决定了金属元素的性质、在自然界中的存在形式及冶炼方法。(1)金属的冶炼一般有下列方法：a．焦炭法 b．水煤气(氢气和一氧化碳)法c．活泼金属置换法 d．电解法请从上述四种方法中选择相应的字母填入表中空格：高炉炼铁湿法炼铜铝热法炼铬工业上冶炼铝写出Al与Cr2O3反应的化学方程式：_______________________________________。(2)铜在地壳中的含量远低于铝，但人类利用铜的历史远早于铝，这与古代发生的森林大火有一定的关系，因为人类在大火之后的灰烬中会发现红色发亮的物质。现在人们认识到，这种物质就是孔雀石[主要成分为Cu2(OH)2CO3，热稳定性差]在大火中转化而生成的铜，写出大火中与铜元素有关的三个化学方程式：__________________________________________。答案：(1)accd2Al＋Cr2O3eq\o(=,\s\up7(高温))Al2O3＋2Cr(2)Cu2(OH)2CO3eq\o(=,\s\up7(△))2CuO＋H2O＋CO2↑、2CuO＋Ceq\o(=,\s\up7(高温))2Cu＋CO2↑、CuO＋COeq\o(=,\s\up7(高温))Cu＋CO2解析：(1)高炉炼铁的反应原理是3CO＋Fe2O3eq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2，属于焦炭法；湿法炼铜的反应原理为Fe＋Cu2＋=Fe2＋＋Cu，属于活泼金属置换法；铝热法炼铬的反应原理为2Al＋Cr2O3eq\o(=,\s\up7(高温))Al2O3＋2Cr，属于活泼金属置换法；工业上冶炼铝的反应原理为2Al2O3(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解),\s\do5(冰晶石))4Al＋3O2↑，属于电解法。(2)Cu2(OH)2CO3受热分解为CuO、CO2、H2O，树木燃烧时会有CO、C生成，然后C或CO还原CuO生成Cu。【归纳小结】(1)在金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，其阳离子越容易被还原，金属的位置越靠前，其阳离子越难被还原。(2)冶炼Mg时只能电解MgCl2，不能电解MgO(熔点太高)。(3)冶炼Al时只能电解Al2O3，不能电解AlCl3(共价化合物，熔融时不导电)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。【变式练1-1】从本质上讲，工业上冶炼金属的反应一定都属于()A．氧化还原反应 B．置换反应C．分解反应 D．复分解反应答案：A解析：金属冶炼的本质是金属阳离子得电子被还原生成金属单质，因此一定属于氧化还原反应。【变式练1-2】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()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电子答案：B解析：浮选法富集方铅矿的过程中没有新物质生成，属于物理变化，故A错误；将1molPbS冶炼成Pb的过程中，根据化学方程式得出，2PbS～2PbO～C～2Pb,1molPbS冶炼成Pb理论上至少需要0.5mol碳，即需要6g碳，故B正确；方铅矿焙烧反应：2PbS＋3O2eq\o(=,\s\up7(高温))2PbO＋2SO2中，PbS中S元素化合价升高，是还原剂，氧元素化合价降低，还原产物有PbO和SO2，故C错误；整个冶炼过程中，根据Pb原子守恒，1molPbS转化为1molPbO，转移电子6mol,1molPbO转化为1molPb，转移电子2mol，所以制取1molPb共转移8mol电子，故D错误。【变式练1-3】如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：(1)写出该反应的化学方程式：______________________________。(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应_________(填“能”或“不能”)发生，理由是__________________________。(3)若将所得产品置于足量的NaOH溶液中，可能看到的现象是_______________________________，写出铝热反应的一种主要用途：__________________。(4)假设铝足量且反应充分，设计一种实验方案，证明本实验中有单质铁生成：______________________________________________________________________。答案：(1)Fe2O3＋2Aleq\o(=,\s\up7(高温))Al2O3＋2Fe(2)不能镁比铝活泼，铝不能置换出镁(3)部分固体溶解，有气泡产生焊接钢轨(或冶炼某些熔点高的金属，合理即可)(4)取适量反应后的固体混合物，先用NaOH溶液除去铝，再加入稀硫酸，有气泡冒出，说明有铁生成(或用磁铁靠近固体，有固体可被磁铁吸引，说明有铁生成)解析：(2)Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。(3)若铝过量，剩余的铝及反应生成的氧化铝与NaOH溶液反应，可看到部分固体溶解，且溶液中有气泡产生。(4)可取适量反应后的固体混合物，先用NaOH溶液除去铝，再加入盐酸或稀硫酸，根据有气泡冒出确定有铁生成；也可用磁铁靠近固体，根据固体可被磁铁吸引判断有铁生成。►问题二海水资源的开发利用【典例2】海水中溴元素以Br－形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如下图所示：(1)步骤①反应的离子方程式是__________________________。(2)步骤③反应的化学方程式是___________________________________。(3)步骤②中，用热空气将Br2吹出，利用溴的性质为___________________________，从步骤②到步骤④的目的是_________________________。(4)从理论上考虑，下列物质也能充分吸收Br2的是________(填字母)。A．NaOHB．FeCl2C．Na2SO3D．H2O(5)步骤⑤蒸馏过程中，温度应控制在80～90℃。温度过高或过低都不利于生产，若温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水分增加；若温度过低，则_________________________。答案：(1)2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－(2)SO2＋Br2＋2H2O=H2SO4＋2HBr(3)易挥发将溴浓缩，提高Br2的提取率(4)ABC(5)溴不能完全蒸出，产率太低解析：(4)NaOH和Br2反应生成NaBr、NaBrO和H2O，可以吸收，A正确；Fe2＋有还原性，可以被溴氧化为Fe3＋，Br2被还原为Br－，可以吸收Br2，B正确；Na2SO3可以和Br2反应，将Br2还原为Br－，能吸收Br2，C正确；H2O和Br2反应微弱，不能充分吸收Br2，D错误。【变式练2-1】海水是一个巨大的化学资源库，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能得到钾单质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NaD．利用潮汐发电是将化学能转化为电能答案：C解析：钾为活泼金属，在海水中没有单质钾，无法用物理方法制得钾单质，A错误；海水蒸发制海盐只发生了物理变化，未发生化学变化，B错误；Na为活泼金属，电解熔融的NaCl可制备Na，C正确；潮汐发电是将海水的动能转化为电能，D错误。【变式练2-2】从海带中提取碘单质，工艺流程如下。下列关于海带制碘的说法错误的是()干海带eq\o(→,\s\up7(灼烧))海带灰eq\o(→,\s\up7(沸水),\s\do5(浸泡))悬浊液eq\o(→,\s\up7(过滤))滤液eq\o(→,\s\up7(H＋),\s\do5(H2O2))碘水eq\o(→,\s\up7(CCl4))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，发生的离子反应为2I－＋H2O2=I2＋2OH－D．可以用淀粉溶液检验碘水中的I2答案：C解析：干海带灼烧得到海带灰，海带灰溶于沸水，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，并使之溶解更充分，B正确；由滤液获得碘水，正确的离子方程式为2I－＋2H＋＋H2O2=I2＋2H2O，C错误；淀粉遇I2变蓝，D正确。【基础强化】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()A．活泼B．稳定C．易氧化D．易还原答案：B解析：金的性质稳定，在强热条件下也不反应。2．下列金属冶炼的反应原理不正确的是()A．MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑B．Fe2O3＋3COeq\o(=,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2C．2HgOeq\o(=,\s\up7(△))2Hg＋O2↑D．2AlCl3(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))2Al＋3Cl2↑答案：D解析：金属镁可通过电解熔融的MgCl2得到，A正确；高炉炼铁的主要原理是用CO在高温条件下还原Fe2O3得到Fe，B正确；Hg是较不活泼金属，其单质可通过热分解法得到，即加热分解HgO得到Hg，C正确；AlCl3熔融状态下不会电离，不能导电，无法通过电解AlCl3得到Al，D不正确。3．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()A．溶质质量增加 B．溶剂质量减小C．溶液质量不变 D．溶质质量分数减小答案：B解析：根据题目信息“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”可知，加压后右侧溶剂质量减小，溶质质量不变，溶液质量减小，溶质质量分数增大。4．钛(Ti)有“未来钢铁”之称，工业上常以反应：TiCl4＋2Mgeq\o(=,\s\up7(△))Ti＋2MgCl2获得海绵状钛，该反应进行时是在()A．稀有气体中B．空气中C．氮气中D．CO2气体中答案：A解析：因为镁可以与氧气、氮气和二氧化碳反应，所以应选择没有这些气体存在的反应环境，故A正确。5．下列化学反应在金属冶炼工业中还没有得到应用的是()A．2NaCl(熔融)eq\o(=====,\s\up7(电解),\s\do5())2Na＋Cl2↑B．Al2O3＋3Ceq\o(========,\s\up7(2125℃),\s\do5())2Al＋3CO↑C．Fe2O3＋3COeq\o(=====,\s\up7(高温),\s\do5())2Fe＋3CO2D．2Ag2Oeq\o(=====,\s\up7(△),\s\do5())4Ag＋O2↑答案：B解析：目前金属铝的制备方法是电解氧化铝；其他选项中所涉及的内容均符合理论和生产实际。6．海洋又被称为绿色宝库，下列关于海洋的说法正确的是()A．海洋约占地球表面积的71%B．海水中元素仅为有限的十几种C．蒸馏是海水淡化的唯一方法D．海水因有腐蚀性而不能冷却循环使用答案：A解析：迄今已发现的海水中的元素总计含有80多种，B项错误；海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等，C项错误；海水水资源的利用，主要包括海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却等，D项错误。7．据报道，挪威和荷兰正在开发一种新能源——盐能。当海水和淡水混合时，温度将升高0.1℃，世界所有入海口的这种能源相当于电力需求的20%。海水和淡水混合时，温度升高最可能的原因是()A．发生了盐分解反应 B．发生了水分解反应C．由于浓度差产生放热 D．盐的溶解度增大答案：C解析：海水与淡水混合时，不可能发生化学反应，故A、B两项错误；温度升高可以使盐的溶解度增大，而盐的溶解度增大不可能使温度升高，所以D选项错误。8．如图所示，NaCl是一种化工原料，可以制备一系列物质。下列说法正确的是()A．石灰乳与Cl2的反应中，Cl2既是氧化剂又是还原剂B．25℃时，NaHCO3在水中的溶解度比Na2CO3大C．Cl2与过量的铁反应生成FeCl2D．图示转化反应都是氧化还原反应答案：A9．工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，还有少量的Fe2O3等杂质)提取氧化铝作冶炼铝的原料，提取的操作过程如下：(1)Ⅰ和Ⅱ步骤中分离溶液和沉淀的操作为__________，所用到的玻璃仪器是_____________。(2)沉淀M中除含有泥沙外，一定还含有________，固体N是________。(3)滤液X中，含铝元素的溶质的化学式为__________，它属于________(填“酸”“碱”或“盐”)类物质。(4)实验室里常往AlCl3溶液中加入__________(填“氨水”或“NaOH溶液”)来制取Al(OH)3。答案：(1)过滤烧杯、漏斗、玻璃棒(2)Fe2O3Al2O3(3)NaAlO2盐(4)氨水解析：铝土矿中加入浓NaOH溶液，Fe2O3和氢氧化钠不反应，氧化铝与NaOH反应生成NaAlO2，步骤Ⅰ利用过滤除去Fe2O3等不溶物，沉淀M为氧化铁等不溶物，滤液X含有偏铝酸钠；步骤Ⅱ通入二氧化碳将AlOeq\o\al(－,2)转化为氢氧化铝沉淀，过滤得氢氧化铝，加热分解氢氧化铝得到氧化铝。(1)Ⅰ和Ⅱ步骤中分离固体与溶液的方法为过滤，所用到的玻璃仪器为烧杯、漏斗、玻璃棒。(2)由工艺流程可知，沉淀M中还含有Fe2O3，固体N为Al2O3。(3)由工艺流程可知，滤液X中，含铝元素的溶质的化学式为NaAlO2，NaAlO2属于盐。(4)氢氧化铝溶于强碱，实验室通常用氨水与氯化铝制备氢氧化铝沉淀，反应的化学方程式为AlCl3＋3NH3·H2O=Al(OH)3↓＋3NH4Cl。10．海水是巨大的资源宝库，可以进行综合利用。从海水中提取淡水、食盐和溴的过程如下：(1)步骤Ⅰ获得Br2的化学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______________________。答案：(1)Cl2＋2Br－=2Cl－＋Br2(2)Br2＋SO2＋2H2O=H2SO4＋2HBrBr21(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，发生的离子反应为Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－，然后通入空气吹出Br2再用SO2水溶液吸收Br2，发生反应的化学方程式为Br2＋SO2＋2H2O=H2SO4＋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。【能力提升】1．铝土矿的主要成分为氧化铝、氧化铁和二氧化硅，工业上经过下列工艺可以冶炼金属铝：下列说法错误的是()A．①②中除加试剂外，还需要进行过滤操作B．a、b中铝元素的化合价相同C．③中需要通入过量的氨气D．④进行的操作是加热，而且d一定是氧化铝答案：C解析：反应①后的体系中含有固体SiO2，需要过滤除去，反应②后的体系中含有Fe(OH)3沉淀，需要过滤除去，A正确；a、b中Al元素分别以AlCl3和NaAlO2的形式存在，其中铝元素的化合价都是＋3价，B正确；由NaAlO2制备Al(OH)3需要通入过量CO2，C错误；由Al(OH)3制备Al2O3，加热即可，D正确。2．诺贝尔化学奖获得者施罗克等人发现金属钼的卡宾化合物可以作为非常有效的烯烃复分解催化剂。工业上冶炼钼的化学反应过程为①2MoS2＋7O2eq\o(=,\s\up7(高温))2MoO3＋4SO2②MoO3＋2NH3·H2O=(NH4)2MoO4＋H2O③(NH4)2MoO4＋2HCl=H2MoO4↓＋2NH4Cl④H2MoO4eq\o(=,\s\up7(高温))MoO3＋H2O⑤用还原剂将MoO3还原成金属钼则下列说法正确的是()A．MoS2煅烧产生的尾气可直接排放B．MoO3是金属氧化物，也是碱性氧化物C．H2MoO4是一种强酸D．利用H2、CO和Al分别还原等量的MoO3，所消耗还原剂的物质的量之比为3∶3∶2答案：D解析：A项，生成物SO2对环境污染严重，不符合题意；B项，根据②可知，MoO3与碱反应生成盐和水，故MoO3不属于碱性氧化物，不符合题意；C项，根据反应③H2MoO4是一种不溶性酸，溶液中c(H＋)不可能很大，故H2MoO4不可能是强酸，不符合题意；D项，1molH2、1molCO和1molAl作还原剂时，失去的电子数分别为2NA、2NA和3NA，还原等量的MoO3时，则H2、CO和Al转移电子数相同，此时n(H2)∶n(CO)∶n(Al)＝3∶3∶2，符合题意。3．从海带中提取I2的实验方案如下。下列说法中不正确的是()A．实验方案中2次使用到过滤操作B．向滤液中加入双氧水的作用是将I－氧化为I2C．I－和IOeq\o\al(－,3)在酸性条件下发生反应的离子方程式为I－＋IOeq\o\al(－,3)＋2H＋=I2＋H2OD．含I2的溶液经3步转化为I2的悬浊液，其目的是富集碘元素答案：C解析：根据分析可知，海带灰加热水后过滤得到滤液，I2的悬浊液过滤，分离得到粗碘，因此实验方案中2次使用到过滤操作，A正确；I－具有还原性，在酸性条件下被H2O2氧化为I2，B正确；I－和IOeq\o\al(－,3)在酸性条件下发生反应，正确的离子方程式为5I－＋IOeq\o\al(－,3)＋6H＋=3I2＋3H2O，C错误；含I2的溶液经3步转化为I2的悬浊液，其目的是提高I2的浓度，达到富集碘元素的目的，D正确。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()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答案：D解析：“升炼倭铅”的反应：ZnCO3eq\o(=====,\s\up7(高温),\s\do5())CO2↑＋ZnO、CO2＋Ceq\o(=====,\s\up7(高温),\s\do5())2CO、ZnO＋COeq\o(=====,\s\up7(高温),\s\do5())Zn(g)＋CO2。A.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),\s\do5())CO2↑＋ZnO是分解反应、CO2＋Ceq\o(=====,\s\up7(高温),\s\do5())2CO、ZnO＋COeq\o(=====,\s\up7(高温),\s\do5())Zn(g)＋CO2为氧化还原反应，故A正确；B.“锌火”是未反应完的CO和Zn蒸气从“兜室”逸出燃烧，故B正确；C.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；D.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．海水是巨大的资源宝库，海水淡化及其综合利用具有重要意义。请回答下列问题：(1)请列举除蒸馏法外海水淡化的一种方法：__________________________。(2)步骤Ⅰ中，粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)等杂质离子，精制时常用的试剂有①稀盐酸；②氯化钡溶液；③氢氧化钠溶液；④碳酸钠溶液。下列加入试剂的顺序正确的是________(填字母)。A．①②③④B．②③④①C．②④③① D．③④②①(3)步骤Ⅱ已经获得Br2，步骤Ⅲ又将Br2还原为Br－，其目的是___________________________。(4)写出步骤Ⅲ反应的离子方程式：_________________________________________。答案：(1)电渗析法(或离子交换法等)(2)BC(3)浓缩、提纯溴元素(或富集溴元素)(4)Br2＋SO2＋2H2O=4H＋＋2Br－＋SOeq\o\al(2－,4)解析：(1)海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法和离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高。(2)粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)等杂质离子，精制时加入③氢氧化钠溶液，除去镁离子，②氯化钡溶液，除去硫酸根离子，④碳酸钠溶液，除去过量的钡离子和钙离子，最后过滤后加入①盐酸，除去过量的氢氧化钠和碳酸钠，其中③和②的顺序可以颠倒，故顺序为③②④①或②③④①或②④③①。(3)海水中溴元素含量低，步骤Ⅱ已经获得Br2，步骤Ⅲ又将Br2还原为Br－，其目的是浓缩、提纯溴元素(或富集溴元素)。(4)步骤Ⅲ反应的离子方程式为Br2＋SO2＋2H2O=4H＋＋2Br－＋SOeq\o\al(2－,4)。第2课时煤、石油和天然气的综合利用1．了解煤、石油、天然气的组成及综合利用的意义。2．了解煤、石油、天然气综合利用的内容。一、煤、石油的综合利用1．煤的组成煤是由__________和少量__________组成的复杂混合物，主要含有碳元素，还含有少量氢、氧、_____、______等元素。2．煤的综合利用(1)煤的干馏：将煤____________________使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化。主要产品：__________(包括焦炉气、粗氨水、粗苯)、__________、__________(2)煤的气化：定义：将煤转化为______________的过程。主要反应：______________________________(3)煤的液化：①直接液化：煤＋H2→__________；②间接液化：煤eq\o(→,\s\up7(气化))CO和H2eq\o(→,\s\up7(催化剂))__________等(4)煤的综合利用的意义①减少污染物的排放；减少煤燃烧产生的________、________、_______和_______等污染物的排放。②提高煤燃烧的效率；煤的气化、液化都是使煤变成__________的有效途径，煤的__________也有很大的提高。③获得重要的化工原料：通过煤的干馏，获得大量重要的__________原料。3．天然气的成分及应用(1)天然气是一种清洁的化石燃料，主要成分是________，常用作燃料，作为化工原料主要用于__________和生产__________等。(2)天然气水合物是天然气与水在__________、__________条件下形成的类似冰状物质，主要成分是________________，组成可表示为CH4·nH2O，甲烷分子处于由多个水分子形成的笼中。又称为“可燃冰”。二、石油的综合利用1．石油的组成由多种____________________组成的混合物。2．石油的综合利用(1)分馏概念：利用石油中各组分__________的不同进行分离的过程。目的：获得__________、__________、__________等轻质油。(2)裂化概念：将含碳原子________、沸点________的烃（重油）分裂为含碳原子________、沸点________的烃的过程。目的：提高____________________的产量，特别是__________的产量。原理：C16H34eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do7(加热、加压))____________________。十六烷辛烷辛烯(3)裂解概念：裂解就是深度裂化。目的：获得__________、__________、__________等重要的基本化工原料。原理：C4H10eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do7(加热、加压))CH4＋__________C4H10eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do7(加热、加压))C2H4＋__________。(4)催化重整概念：石油在________和________的作用下，可以通过结构的调整，使________转化为________。目的：获得_______、________等产品。3．化石能源与合成高分子材料(1)三大合成高分子材料：__________、__________、__________。(2)以煤、石油、天然气为原料，通过化学反应可以制得合成高分子材料。例如：①乙烯制聚乙烯：________________________________________②丙烯制聚丙烯：________________________________________。►问题一煤和天然气的综合利用【典例1】某实验小组在实验室中用下图模拟煤的干馏，按要求回答相关问题：(1)仪器d的作用是__________________，e处点燃的气体主要有____________________。(2)c中液体分层，其中水层里溶有____________，有机物层可以通过________的方法使其中的重要成分分离出来。【变式练1-1】我国在“煤变油”技术上已取得了重大突破，达到5吨煤可以合成1吨成品油的水平。下列叙述错误的是()A．煤的组成元素主要是碳，但煤是混合物B．“煤变油”的方法之一是使煤与H2作用生成液态有机物C．煤之所以能变“油”，是因为煤中含有大量的汽油、柴油和煤焦油D．煤变成成品油需要经过一系列工艺流程，发生复杂的物理、化学变化才能实现【变式练1-2】有关煤的综合利用如图所示。下列说法正确的是()A．煤和水煤气都属于化石燃料B．煤中含有焦炉气、煤焦油、焦炭等物质C．①是将煤在空气中加强热使其分解的过程D．②是煤的气化方式之一►问题二石油的综合利用【典例2】某研究学习小组在实验室中模拟石油的炼制，设计了如图的装置。实验过程中，可观察到b中试管内有少量液体凝结且闻到有汽油的气味，c中试管内酸性高锰酸钾溶液褪色。(1)实验研究小组模拟的是________________(填化工工艺名称)。(2)c中试管内酸性KMnO4溶液褪色，体现了酸性KMnO4溶液的________性。(3)写出十六烷裂化得到辛烷和辛烯的化学方程式：______________________________。(4)实验过程中，装置d中的溴水褪色，写出验证烯烃与溴水的反应是加成反应而不是取代反应的方法：________________________________________________________________________。【归纳小结】(1)煤的干馏、气化和液化都是化学变化。(2)石油分馏属于物理变化，由于石油中有些物质的沸点很接近，所以分馏产物一般为混合物。常压蒸馏的原料为石油，减压蒸馏的原料为重油。分馏时沸点低(相对分子质量小)的烃类先汽化，沸点高(相对分子质量大)的烃类后汽化。(3)石油分馏所得汽油为直馏汽油，多为饱和烃。石油裂化所得汽油叫裂化汽油，其中含有不饱和烃，能与卤素单质反应。(4)裂化是为了提高汽油等的产量和质量，而裂解采用比裂化更高的温度，是为了获得大量的乙烯、丙烯等不饱和气体产物作化工原料。【变式练2-1】下列关于化石燃料的说法不正确的是()A．石油是混合物，汽油也是混合物B．石油分馏可以得到乙烯，煤干馏可以得到苯C．“西气东输”的“气”指的是甲烷D．石油的分馏是物理变化，而裂化和裂解属于化学变化【变式练2-2】石油蒸馏装置如图所示，下列说法正确的是()A．仪器W的名称：圆底烧瓶B．碎瓷片的作用：催化剂C．冷却水的流向：X进水，Y出水D．收集到的60～150℃的馏分为混合物【基础强化】1．天然气水合物外形似冰，被人们称为“可燃冰”。天然气的主要成分是()A．氢气B．一氧化碳C．二氧化碳 D．甲烷2．下列属于物理变化的是()①石油的分馏②煤的干馏③石油的裂化④铝热反应⑤由乙烯制备聚乙烯⑥将氧气转化为臭氧⑦乙烯催熟果实⑧将苯加入溴水中⑨海水蒸馏制取淡水A．①②③④B．①②⑤⑦C．①⑧⑨ D．①②⑥⑨3．下列不属于煤的综合利用的是()A．将煤干馏制得煤焦油和焦炭B．在一定条件下将煤与氢气转化为液体燃料C．煤变为煤饼D．将煤气化为可燃性气体4．煤、石油、天然气等化石燃料都是不可再生资源。下列关于煤、石油、天然气等资源的说法正确的是()A．干馏所得气体中只含无机气体B．天然气、天然气水合物都是清洁的化石燃料C．石油裂解气中主要成分为甲烷D．石油产品都能发生加聚反应5．下列说法正确的是()A．煤和石油都是混合物，都只由碳和氢两种元素组成B．石油含有烷烃、环烷烃、芳香烃，煤含有苯、甲苯、二甲苯等有机物C．煤的气化、液化是使煤变成清洁能源、减小环境污染的有效途径D．沸点范围：汽油>煤油>柴油>重油6．下列说法错误的是()A．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B．含C18以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油C．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．石油裂化和裂解都属于物理变化7．“煤制油”的关键技术是煤的气化，而目前煤的气化主要是煤中的碳和水蒸气的反应：C(s)＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))CO(g)＋H2(g)，该反应是吸热反应，反应所需能量是由间歇进行的碳的燃烧(氧气用空气代替)来提供的：C＋O2eq\o(=,\s\up7(点燃))CO2。下面关于该过程的说法不正确的是()A．煤的气化可以减少煤直接燃烧对环境造成的粉尘污染B．第一个反应需要吸热，所以煤的气化从能量角度来看，得不偿失C．煤气化后作为燃料，燃烧充分，热利用率高D．上述两个反应，反应后的混合气体中除去CO、CO2后主要就是合成氨的两种原料气体8．石油化工是指石油的后处理，比如裂解，催化裂化以及后续的产品比如丙烯等精细产品的加工。下列说法错误的是()石油eq\o(――→,\s\up7(①),\s\do5())分馏产品eq\o(――→,\s\up7(②),\s\do5())乙烯eq\o(――→,\s\up7(③),\s\do5())CH2BrCH2BrA．石油主要是由烃组成的混合物B．①主要发生物理变化C．②包括裂化、裂解等过程D．③是加成反应，产物名称是二溴乙烷9．某市家用燃料的更新经历了如图几个过程：eq\x(\a\al(历史悠久的,燃料——煤))―→eq\x(\a\al(使用方便的燃料——,液化石油气或管道煤气))―→eq\x(\a\al(清洁的燃料,——天然气))请回答下列问题：(1)为了使煤充分燃烧，可采取的措施是________________________________。(2)煤的气化可产生管道煤气，其主要反应是碳与水蒸气在高温下生成两种常见的可燃性气体，这两种气体是____________。(3)液化石油气的主要成分是丙烷(C3H8)，丙烷完全燃烧的化学方__________________________________。(4)天然气作燃料比煤更清洁的原因是________________________________(答一条即可)。10．用石油裂化和裂解过程得到的乙烯、丙烯来合成丙烯酸乙酯的路线如下：根据以上材料和你所学的化学知识回答下列问题：(1)由CH2=CH2制得有机物A的化学反应类型是______________。(2)丙烯醛(CH2=CHCHO)中含有的官能团是________________(填名称)。(3)A与B合成丙烯酸乙酯反应的化学方程式是___________________________________________；该反应的类型是____________。(4)由石油裂解产物乙烯合成聚乙烯塑料的化学方程式是______________________________。【能力提升】1．化学在人类社会发展中发挥着重要作用，下列事实不涉及化学反应的是()A．利用废弃的秸秆生产生物质燃料乙醇B．利用石油生产塑料、化纤等高分子材料C．利用基本的化学原料生产化学合成药物D．利用反渗透膜从海水中分离出淡水2．C8H18在一定条件下受热可完全裂解生成CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C4H8五种气体的混合气，此混合气对相同条件下氢气的相对密度为()A．38B．57C．19D．无定值3．用石油和煤可以得到有机化工生产中需要的众多原料，例如用由石油得到的乙烯和由煤得到的苯可制取聚苯乙烯。其生产过程如下：①CH2=CH2＋→②eq\o(→,\s\up7(－H2))③n→下列说法不正确的是()A．通过裂解可以从石油中获得更多的乙烯B．煤干馏可以直接得到纯净的苯C．制聚苯乙烯的反应中①为加成反应D．反应③为加聚反应4．中科院研制出一种多功能催化剂，首次实现将CO2转化为汽油(主要成分是C5～C11的烃类混合物)，过程示意图如下。下列说法错误的是()A．该技术能助力“碳中和”(二氧化碳“零排放”)的战略愿景B．该多功能催化剂能加快化学反应速率C．a和b的一氯代物均有4种D．反应①的产物中含有水，反应②只有碳氢键的形成5．煤气化是有效利用化石能源的手段之一，有关反应为①C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高温))CO＋H2、②CO＋H2Oeq\o(,\s\up7(一定条件))CO2＋H2，获得的气体称为水煤气。某研究性学习小组为探究气体的成分，进行了如下实验：[实验]使水蒸气通过灼热的焦炭，收集反应后的气体。[提出假设]对气体的成分提出了三种假设。假设1：该气体是CO、H2、H2O。假设2：该气体是CO2、H2、H2O。(1)假设3：____________________________________。[设计实验方案，验证假设]拟用图中提供的仪器，选择必要的试剂，设计一个实验，验证上述假设3(加热装置和导管等在图中略去，实验前装置内部的空气已经排尽)。(2)按气流从左至右连接各仪器，用题中小写字母表示接口的连接顺序(仪器可重复使用)：混合气→dc→______→________→________→________→________→ij。(3)仪器A中需要加入的试剂名称为__________，其中反应的化学方程式可能有___________________________________________________________________。(4)仪器B中需加入试剂的名称是____________，其作用是_____________________________。(5)本实验的尾气需处理，处理的方法为_______________________________________。第2课时煤、石油和天然气的综合利用1．了解煤、石油、天然气的组成及综合利用的意义。2．了解煤、石油、天然气综合利用的内容。一、煤、石油的综合利用1．煤的组成煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含有碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。2．煤的综合利用(1)煤的干馏：将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化。主要产品：出炉煤气(包括焦炉气、粗氨水、粗苯)、煤焦油、焦炭(2)煤的气化：定义：将煤转化为可燃性气体的过程。主要反应：C+H2Oeq\o(=,\s\up7(高温))CO+H2(3)煤的液化：①直接液化：煤＋H2→液体燃料；②间接液化：煤eq\o(→,\s\up7(气化))CO和H2eq\o(→,\s\up7(催化剂))甲醇等(4)煤的综合利用的意义①减少污染物的排放；减少煤燃烧产生的SO2、NOx、CO和粉尘等污染物的排放。②提高煤燃烧的效率；煤的气化、液化都是使煤变成清洁能源的有效途径，煤的燃烧效率也有很大的提高。③获得重要的化工原料：通过煤的干馏，获得大量重要的化工原料。3．天然气的成分及应用(1)天然气是一种清洁的化石燃料，主要成分是CH4，常用作燃料，作为化工原料主要用于合成氨和生产甲醇等。(2)天然气水合物是天然气与水在高压、低温条件下形成的类似冰状物质，主要成分是甲烷水合物，组成可表示为CH4·nH2O，甲烷分子处于由多个水分子形成的笼中。又称为“可燃冰”。二、石油的综合利用1．石油的组成由多种碳氢化合物组成的混合物。2．石油的综合利用(1)分馏概念：利用石油中各组分沸点的不同进行分离的过程。目的：获得汽油、煤油、柴油等轻质油。(2)裂化概念：将含碳原子较多、沸点较高的烃（重油）分裂为含碳原子较少、沸点较低的烃的过程。目的：提高轻质液体燃料的产量，特别是汽油的产量。原理：C16H34eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do7(加热、加压))C8H18＋C8H16。十六烷辛烷辛烯(3)裂解概念：裂解就是深度裂化。目的：获得乙烯、丙烯、甲烷等重要的基本化工原料。原理：C4H10eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do7(加热、加压))CH4＋C3H6C4H10eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do7(加热、加压))C2H4＋C2H6。(4)催化重整概念：石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构的调整，使链状烃转化为环状烃。目的：获得苯、甲苯等产品。3．化石能源与合成高分子材料(1)三大合成高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维。(2)以煤、石油、天然气为原料，通过化学反应可以制得合成高分子材料。例如：①乙烯制聚乙烯：nCH2=CH2eq\o(→,\s\up7(催化剂))②丙烯制聚丙烯：nCH2=CH—CH3eq\o(→,\s\up7(催化剂))。►问题一煤和天然气的综合利用【典例1】某实验小组在实验室中用下图模拟煤的干馏，按要求回答相关问题：(1)仪器d的作用是__________________，e处点燃的气体主要有____________________。(2)c中液体分层，其中水层里溶有____________，有机物层可以通过________的方法使其中的重要成分分离出来。答案：(1)冷却H2、CO、CH4、C2H4(2)粗氨水蒸馏解析：该实验为煤的干馏，其产品为焦炉气、粗氨水、粗苯、煤焦油和焦炭，d装置为冷却作用，液体分层，水层中含有粗氨水，有机物层可以通过蒸馏加以分离。【变式练1-1】我国在“煤变油”技术上已取得了重大突破，达到5吨煤可以合成1吨成品油的水平。下列叙述错误的是()A．煤的组成元素主要是碳，但煤是混合物B．“煤变油”的方法之一是使煤与H2作用生成液态有机物C．煤之所以能变“油”，是因为煤中含有大量的汽油、柴油和煤焦油D．煤变成成品油需要经过一系列工艺流程，发生复杂的物理、化学变化才能实现答案：C【变式练1-2】有关煤的综合利用如图所示。下列说法正确的是()A．煤和水煤气都属于化石燃料B．煤中含有焦炉气、煤焦油、焦炭等物质C．①是将煤在空气中加强热使其分解的过程D．②是煤的气化方式之一答案：D解析：水煤气属于二次能源，不是化石燃料，A错误；煤干馏后能得到这些物质，但煤本身并不含这些物质，B错误；①是煤的干馏，需隔绝空气，C错误；煤的气化是将煤转化为气体燃料的过程，煤干馏得到的焦炭和水蒸气在高温下生成水煤气是煤的气化方式之一，D正确。►问题二石油的综合利用【典例2】某研究学习小组在实验室中模拟石油的炼制，设计了如图的装置。实验过程中，可观察到b中试管内有少量液体凝结且闻到有汽油的气味，c中试管内酸性高锰酸钾溶液褪色。(1)实验研究小组模拟的是________________(填化工工艺名称)。(2)c中试管内酸性KMnO4溶液褪色，体现了酸性KMnO4溶液的________性。(3)写出十六烷裂化得到辛烷和辛烯的化学方程式：______________________________。(4)实验过程中，装置d中的溴水褪色，写出验证烯烃与溴水的反应是加成反应而不是取代反应的方法：________________________________________________________________________。答案：(1)石油的裂化(2)氧化(3)C16H34eq\o(→,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))C8H18＋C8H16(4)向反应后的溶液中滴加石蕊溶液，溶液不变红，则说明该反应为加成反应而非取代反应【归纳小结】(1)煤的干馏、气化和液化都是化学变化。(2)石油分馏属于物理变化，由于石油中有些物质的沸点很接近，所以分馏产物一般为混合物。常压蒸馏的原料为石油，减压蒸馏的原料为重油。分馏时沸点低(相对分子质量小)的烃类先汽化，沸点高(相对分子质量大)的烃类后汽化。(3)石油分馏所得汽油为直馏汽油，多为饱和烃。石油裂化所得汽油叫裂化汽油，其中含有不饱和烃，能与卤素单质反应。(4)裂化是为了提高汽油等的产量和质量，而裂解采用比裂化更高的温度，是为了获得大量的乙烯、丙烯等不饱和气体产物作化工原料。【变式练2-1】下列关于化石燃料的说法不正确的是()A．石油是混合物，汽油也是混合物B．石油分馏可以得到乙烯，煤干馏可以得到苯C．“西气东输”的“气”指的是甲烷D．石油的分馏是物理变化，而裂化和裂解属于化学变化答案：B解析：石油是多种烃的混合物，汽油是石油的馏分，是多种液态短链烃的混合物，如辛烷、庚烷等，A正确；石油分馏可以得到的气态烃主要是石油气，乙烯是石油裂解的主要产品，煤干馏指煤在隔绝空气条件下加强热使之分解，生成焦炭、煤焦油、粗苯、焦炉气等产物的过程，可以得到苯，B不正确；“西气东输”的“气”指的是天然气，主要成分是甲烷，C正确；石油的分馏是利用各成分沸点的不同分离石油，属于物理变化，而裂化和裂解是将长链烃转化为短链烃，属于化学变化，D正确。【变式练2-2】石油蒸馏装置如图所示，下列说法正确的是()A．仪器W的名称：圆底烧瓶B．碎瓷片的作用：催化剂C．冷却水的流向：X进水，Y出水D．收集到的60～150℃的馏分为混合物答案：D解析：A错，仪器W的名称是蒸馏烧瓶；B错，碎瓷片的作用是防止暴沸，不是催化剂；C错，冷凝管中冷却水从下口通入，上口流出，故X是出水口，Y是进水口；D对，石油分馏得到汽油、煤油、柴