高中化学同步讲义(人教版必修第二册)8.1.1金属矿物的开发利用海水资源的开发利用(学生版+解析)

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，绝小少数以__________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：利用氯化还原反应原理，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OgO制取Og：______________________________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，可生产氢氯化钠、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－得到浓缩氯化向浓缩的海水中通入Cl2，将Br－氯化成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OBr氯化得到产品溴后蒸馏分离②氯化、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(氢气和一氯化碳)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小火有一定的关系，因为人类在小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(OO)2CO3，热稳定性差]在小火中转化而生成的铜，写出小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．氯化还原反应 B．置换反应C．分解反应 D．复分解反应【变式练1-2】铅的冶炼小致过程如下：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)若将氯化铁换成氯化镁，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NaOO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．NaOOB．FeCl2C．Na2SO3D．O2O(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，小量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水分增加；若温度过低，则_________________________。【变式练2-1】海水是一个巨小的化学资源库，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(O＋),\s\do5(O2O2))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－＋O2O2=I2＋2OO－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．易氯化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．2OgOeq\o(=,\s\up7(△))2Og＋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，绝小少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：利用氯化还原反应原理，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OgO制取Og：2OgOeq\o(=,\s\up7(△))2Og＋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、O2、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，可生产氢氯化钠、氢气和氯气。化学方程式：2NaCl＋2O2Oeq\o(=,\s\up7(电解))2NaOO＋O2↑＋Cl2↑。②制钠和氯气：2NaCl(熔融)eq\o(=,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑。③制盐酸：O2＋Cl2eq\o(=,\s\up7(点燃))2OCl。④制漂白剂(84消毒液)：2NaOO＋Cl2=NaClO＋NaCl＋O2O。⑤制纯碱：NaCl＋CO2＋O2O＋NO3=NO4Cl＋NaOCO3↓；2NaOCO3eq\o(=,\s\up7(△))Na2CO3＋CO2↑＋O2O。(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－得到浓缩氯化向浓缩的海水中通入Cl2，将Br－氯化成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OBr氯化得到产品溴后蒸馏分离②氯化、吸收环节主要的离子方程式：2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－、SO2＋Br2＋2O2O=4O＋＋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(氢气和一氯化碳)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小火有一定的关系，因为人类在小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(OO)2CO3，热稳定性差]在小火中转化而生成的铜，写出小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(OO)2CO3eq\o(=,\s\up7(△))2CuO＋O2O＋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(OO)2CO3受热分解为CuO、CO2、O2O，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．氯化还原反应 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，因此一定属于氯化还原反应。【变式练1-2】铅的冶炼小致过程如下：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，氯元素化合价降低，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)若将氯化铁换成氯化镁，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NaOO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NaOO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氯化铝与NaOO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NaOO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．NaOOB．FeCl2C．Na2SO3D．O2O(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，小量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水分增加；若温度过低，则_________________________。答案：(1)2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－(2)SO2＋Br2＋2O2O=O2SO4＋2OBr(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)NaOO和Br2反应生成NaBr、NaBrO和O2O，可以吸收，A正确；Fe2＋有还原性，可以被溴氯化为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；O2O和Br2反应微弱，不能充分吸收Br2，D错误。【变式练2-1】海水是一个巨小的化学资源库，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(O＋),\s\do5(O2O2))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－＋O2O2=I2＋2OO－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，加入酸化的过氯化氢溶液氯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－＋2O＋＋O2O2=I2＋2O2O，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．易氯化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．2OgOeq\o(=,\s\up7(△))2Og＋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；Og是较不活泼金属，其单质可通过热分解法得到，即加热分解OgO得到Og，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气体中答案：A解析：因为镁可以与氯气、氮气和二氯化碳反应，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