8-1-自然资源的开发与利用(精讲)高一化学(人教版2019必修第二册)(解析版)

8.1自然资源的开发与利用（精讲）思维导图思维导图常见考点常见考点考点一金属矿物的开发利用【例1-1】（2022上海长宁）下列有关金属的工业制法中，不正确的是A．制钠：以海水为原料制得NaCl，再电解熔融NaCl得钠B．制铁：以焦炭和铁矿石为原料，用CO还原铁矿石得铁C．制铬：以三氧化二铬在高温下与铝反应可以制得铬D．制镁：以海水为原料，经一系列过程制得氯化镁，用H2还原MgCl2得镁【答案】D【解析】A．制钠：钠是活泼性很强的金属，常以海水为原料制得NaCl，再电解熔融NaCl得钠，故A正确；B．制铁：铁是活泼性金属，用热还原法得到，常以焦炭和铁矿石为原料，用CO还原铁矿石得铁，故B正确；C．制铬：铬是熔沸点高的金属，用铝热反应得到，常以三氧化二铬在高温下与铝反应可以制得铬，故C正确；D．制镁：镁是活泼性很强的金属，以海水为原料，经一系列过程制得氯化镁，用电解熔融MgCl2得镁，故D错误。综上所述，答案为D。【例1-2】（2022秋·高一课时练习）某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并放出耀眼的光芒”、“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。查阅《化学手册》知：Al、Al2O3、Fe、Fe2O3的熔点、沸点数据如表所示：物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/℃660205415351462沸点/℃246729802750——(1)该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释是否合理：___________(填“合理”或“不合理”)。(2)将铝与Fe2O3混合后放入漏斗中，然后引发铝热反应的实验操作是___________。(3)设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是___________，反应的离子方程式为___________。(4)实验室溶解该熔融物，下列试剂中最好的是___________(填序号)。A．浓硫酸B．稀硫酸C．稀硝酸D．氢氧化钠溶液【答案】(1)合理(2)加少量KClO3，插上镁条并将其点燃(3)

NaOH溶液

(4)B【解析】（1）由表中数据可知，铝的熔点远远低于铁。则反应的高温条件是铝未反应的铝熔化，与铁水熔在一起，故解释合理。（2）引发铝热反应的实验操作是加少量KClO3，插上镁条并将其点燃。（3）检验铁铝合金中是否含有铝，可以利用铝能与碱溶液反应，而铁不能来检验，故实验所用的试剂是NaOH溶液，铝与NaOH溶液反应的离子方程式为。（4）若用A、C溶解样品会产生SO2、NO等有毒气体，用D，则Fe不会与NaOH溶液反应，而用B既能将样品全部溶解，又不会生成有害气体，故选B。【一隅三反】1．（2022春·吉林长春·高一统考期末）下列关于金属冶炼的说法不正确的是A．利用该铝热反应炼铁：B．银的金属性弱，利用热分解法，加热的方法冶炼C．工业上可用电解熔融态的、来制备Mg、AlD．废旧金属的回收利用有利于减轻污染【答案】C【解析】A．利用铝热反应炼铁是将铝单质和氧化铁在高温下发生置换反应生成铁单质，反应方程式为，故A正确；B．Ag的活泼性较弱，其氧化物Ag2O受热易发生分解生成Ag和O2，可利用加热氧化物的方式制备银单质，故B正确；C．工业上可用电解熔融态的MgCl2来制备Mg，但AlCl3为共价化合物，熔融状态不导电，通过电解熔融氧化铝冶炼铝，故C错误；D．废旧金属如不重新利用就是金属垃圾，因此回收废旧金属减少了金属垃圾的产生，有利于减轻污染，故D正确；故选：C。2．（2022春·陕西西安·高一统考期末）下表中金属的冶炼原理与方法都正确的是选项冶炼原理方法热还原法热分解法C电解法热氧化法【答案】B【解析】A．中氧气不是氧化剂，所以采用的不是热还原法，故A错误；B．Hg为不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来，故B正确；C．Al为活泼金属，通常用电解熔融的金属化合物的方法冶炼，但氧化铝的熔点较高，加入冰晶石的目的是降低熔点，氯化铝是共价化合物，故C错误；D．铝的还原性大于铁，可利用铝热反应产生的高温来冶炼，属于热还原法，故D错误；故选：B。3．（2023·高一课时练习）冶炼金属常用以下几种方法：a．以C、CO或H2作还原剂还原；b．利用铝热反应原理；c．电解法；d．热分解法。(1)下列金属各采用哪种方法冶炼最佳？①Fe、Zn、Cu等较不活泼金属_______；②Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属_______；③Hg、Ag等不活泼金属_______；④V、Cr、Mn、W等高熔点金属_______。(2)工业上生产钾不能用电解熔融KCl的方法制得，因金属钾易溶于熔融态的KCl中而有危险，难获得钾，且降低电解效率。现生产钾是用金属钠和熔化的KCl反应制取。有关数据如下表：熔点/℃沸点/℃密度/(g·cm－3)Na97.88830.97K63.77740.86NaCl80114132.165KCl77015001.984工业上生产金属钾的化学方程式是：KCl＋NaNaCl＋K。工业上制金属钾主要运用到上表所列的哪些物理常数？_______；其选择范围是_______。【答案】(1)

a

c

d

b(2)

熔点和沸点

801℃<T<883℃【解析】（1）①Fe、Zn、Cu等较不活泼金属以C、CO或H2作还原剂还原冶炼，故选a；②Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属电解法电解NaCl、MgCl2等，故选c；③Hg、Ag等不活泼金属热分解法，例如热分解HgO，故选d；④V、Cr、Mn、W等高熔点金属利用铝热反应原理，故选b；（2）要进行反应Na＋KCl=NaCl＋K，最佳选择是使K作为气体逸出，而其他物质仍然保留在体系中，这样，根据化学平衡，反应可不断正向进行。根据表中数据可知，在801℃<T<883℃时，Na、KCl、NaCl均为液态，而钾为气态，根据熔点和沸点进行分离。考点二海水资源的开发与利用【例2-1】（2023·高一课时练习）从海水中可提取多种化工原料，下图是工业上对海水的几项综合利用的示意图。试回答下列问题：(1)写出用海滩上的贝壳制Ca(OH)2的化学方程式：_______；_______。(2)以上海水的综合利用过程中，哪一种操作肯定会引起氧化还原反应的发生？_______。(3)电解无水MgCl2可制取镁和氯气，其中副产品氯气和粉末状熟石灰可制得漂白粉，制漂白粉的化学方程式为_______。(4)用海滩上的贝壳制Ca(OH)2，而不从异地山中开凿石灰石制取，主要考虑到_______问题。(5)从经济效益角度看，该化工厂厂址应选在_______。【答案】(1)

CaCO3CaO＋CO2↑

CaO＋H2O=Ca(OH)2(2)电解(3)2Cl2＋2Ca(OH)2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O(4)经济效益(5)海边【解析】（1）贝壳的主要成分为CaCO3，对其煅烧制得CaO，CaO加水即可制得Ca(OH)2，方程式为：CaCO3CaO＋CO2↑、CaO＋H2O=Ca(OH)2；（2）电解饱和食盐水和熔融MgCl2属于氧化还原反应；（3）制漂白粉的方法是向石灰乳中通入氯气，反应生成次氯酸钙、氯化钙和水，反应方程式为：2Cl2＋2Ca(OH)2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O；（4）用海滩上的贝壳制取Ca(OH)2，而不从异地山中开凿石灰石制取，主要考虑到经济效益问题；（5）从经济效益角度看，该化工厂厂址应选在海边，因为其原料在海水和海滩上。【例2-2】（2022秋·陕西渭南·高一校考期末）海水中有非常丰富的化学资源，从海水中可提取多种化工原料。某工厂对海水资源综合开发利用的部分工艺流程如图所示，回答下列问题(1)海水中的镁、溴、碘元素都处于_______(填“化合”或“游离”)态。(2)步骤②④中通入Cl2，能制得单质溴，说明Cl2的氧化性比Br2_______(填“强”或“弱”)，发生反应的离子方程式为_______。(3)步骤③中鼓入热空气分离出Br2，利用了Br2的_______性。(4)步骤③中发生反应的离子方程式为_______，当转移3.01×1023个电子时，吸收Br2的物质的量为_______moL。(5)步骤⑤中加入的物质是_______(填物质名称)。【答案】(1)化合(2)

强

Cl2+2Br-=2Cl-+Br2(3)挥发性(4)

SO2+Br2+2H2O=4H++SO+2Br-

0.25(5)石灰乳【解析】（1）海水中的镁、溴、碘元素以Mg2+、Br-、I-存在，都处于化合态，答案：化合；（2）通入Cl2，制得单质溴，Cl2做氧化剂，Br2为氧化产物，Cl2的氧化性比Br2强，离子方程式Cl2+2Br-=Br2+2Cl-，答案：强；Cl2+2Br-=Br2+2Cl-；（3）溴单质有挥发性，用热空气将Br2吹出，答案：挥发性；（4）用SO2吸收溴单质，离子方程式SO2+Br2+2H2O=4H++SO+2Br-，当吸收1molBr2转移2mol电子，当转移3.01×1023个电子，即0.5mol电子，消耗Br20.25mol，答案：SO2+Br2+2H2O=4H++SO+2Br-；0.25；（5）步骤⑤是沉淀镁离子，生成，应加入碱，工业生成中要控制成本，所以应加入价格比较便宜的石灰乳，答案：石灰乳；【一隅三反】1．（2022秋·福建厦门·高一厦门一中校考期中）为除去粗盐中的、、及泥沙等杂质，某同学设计了一种制备精盐的实验方案，流程如图，下列说法正确的是A．第①步操作A是溶解，第⑦步操作C是过滤 B．第①⑤⑦步操作都用到一种相同的仪器C．第④步只发生 D．第⑥步可以调至第④步和第⑤步之间【答案】B【解析】A．第①步操作A是溶解，第⑦步操作C是蒸发结晶，A错误；B．第①步操作是溶解，用到烧杯和玻璃棒，第⑤步操作为过滤，用到玻璃棒和漏斗、烧杯，第⑦步操作是蒸发结晶，用到蒸发皿和玻璃棒，三步操作都用到玻璃棒，B正确；C．第④步加碳酸钠除去Ca2+及过量的Ba2+，发生离子反应方程式为、，C错误；D．若第⑥步调至第④步和第⑤步之间，稀盐酸会溶解碳酸钡、碳酸钙、氢氧化镁等沉淀，又引入杂质离子，因此不能调换顺序，D错误；故选：B。2．（2022春·四川遂宁·高一统考期末）海洋中蕴藏着巨大的化学资源，下列有关海水综合利用的说法正确的是A．海水提镁时，向海水中加入氢氧化钙，然后过滤得到氢氧化镁，再灼烧得MgO，电解熔融的MgO就可以得单质MgB．利用海水制盐，制得的NaCl溶于水，然后电解可以生产金属钠、氯气等化工产品C．海水提溴时，向海水中通入氯气，然后加入CCl4萃取、分液蒸馏就可以得到D．海带提碘时，需先将海带在坩埚中灼烧，然后用水溶解，过滤，然后再进行其它操作【答案】D【解析】A．熔融MgO时需要耗费大量的能量，生产成本较大，因此通常将氢氧化镁转化为氯化镁，再电解氯化镁制取单质镁，A错误；B．电解氯化钠的水溶液无法得到金属钠和氯气等化工产品，B错误；C．氯气和溴离子反应生成溴，溴易挥发，二氧化硫和溴发生氧化还原反应生成HBr，氯气与HBr反应生成溴，最后通过萃取、分液、蒸馏得到溴单质，C错误；D．海带提碘时，需先将海带再坩埚中灼烧，然后用水溶解，过滤得到含碘离子的溶液，再进行其他操作，D正确；故答案选D。3．（2022春·四川成都·高一校考阶段练习）地球的表面积为5.1亿平方公里，其中海洋的面积为3.67亿平方公里，占整个地球表面积的70.8%。海洋是一个巨大的化学资源宝库，请回答下列问题：(1)请列举海水淡化的一种方法________。下面是海水资源综合利用的部分流程图：(2)步骤①中，粗盐中含有等杂质离子，精制时常用的试剂有：a稀盐酸；b氯化钡溶液；c氢氧化钠溶液；d碳酸钠溶液。加入试剂的顺序正确的是________(填字母)；(3)反应④由无水制取金属镁的常用工业方法是________(用化学方程式表示)；(4)步骤⑤已经获得，步骤⑥又将还原为，其目的是________；写出步骤⑥反应的离子方程式________；由海水提溴过程中的反应可得出还原性由强到弱的顺序是________。海带灰中富含以形式存在的碘元素。实验室提取的途径如图所示：(5)灼烧海带至灰烬时所用的主要仪器名称是________；(6)向酸化的滤液中加过氧化氢溶液，写出该反应的离子方程式________。反应结束后，再加入作萃取剂，振荡、静置，可以观察到层呈________色。【答案】(1)蒸馏法/电渗析法/离子交换法(2)bcda或bdca或cbda(3)(4)

富集

SO2＞＞(5)坩埚、酒精灯、泥三角(6)

紫红【解析】海水淡化就是使海水中的离子浓度降低，目前淡化海水的方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法、结晶法，要除去粗盐中含有​、、等杂质离子，需加入​溶液除去，加入​溶液除去，为了保证杂质离子除净，加入试剂应过量，所以需加入​溶液除去过量的​及​，过滤后，再向滤液中加入适量的盐酸调节酸碱性除去过量的​和​，金属镁为活泼金属，常采用电解熔融的MgCl2，SO2具有还原性与Br2反应生成溴离子，氯气和溴化钠置换出溴单质，则还原性为SO2＞＞；海带中提取碘，步骤①灼烧是为了增大碘的溶解度，灼烧的仪器为坩埚、泥三角、酒精灯，在“氧化”步骤中加入过氧化氢使变为碘单质，碘易溶于CCl4且密度较大在下层，则下层为紫红色，据此答题。（1）海水淡化就是使海水中的离子浓度降低，目前淡化海水的方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法、结晶法；（2）要除去粗盐中含有​、、等杂质离子，需加入​溶液除去，加入​溶液除去，为了保证杂质离子除净，加入试剂应过量，所以需加入​溶液除去过量的​及​，过滤后，再向滤液中加入适量的盐酸调节酸碱性除去过量的​和​，则加入的顺序为在的前面，盐酸最后加入，氢氧化钠在盐酸的前面，加入顺序为：bcda、(或bdca)、（或cbda）；（3）反应④中，金属镁为活泼金属，常采用电解熔融的MgCl2制得，反应方程式为：；（4）①因母液中溴化钠的浓度低，步骤⑤得到的溴单质浓度低，将溴用热空气吹出后，用二氧化硫的水溶液吸收，将​还原为​，增大溶液中溴离子浓度，起到浓缩、提纯溴元素(或富集溴元素)的目的；②SO2具有还原性与Br2反应生成溴离子，步骤⑥吸收的离子方程式为：；③方程式可得，还原性SO2＞，方程式可得，还原性＞，综上所述，还原性SO2＞＞；（5）步骤①灼烧是为了增大碘的溶解度，灼烧的仪器为坩埚、泥三角、酒精灯；（6）①在“氧化”步骤中加入过氧化氢使变为碘单质，发生反应的离子方程式为：；②用CCl4萃取碘水中的碘，碘易溶于CCl4且密度较大在下层，则下层为紫红色。考点三煤、石油天然气的综合运用【例3-1】（2023广东）实验室用下列仪器组装一套石油分馏的装置，并进行相关实验，可以得到汽油和煤油。(1)写出下列仪器的名称：①________；②________；③________。(2)将以上仪器按从左到右的顺序，用字母a、b、c……进行连接：e接()接()接()接()接()接()接()接()接()。(3)仪器②中A是________(填“进水口”或“出水口”，下同)，B是________。(4)蒸馏时，温度计水银球应在________(位置)。(5)在①中注入原油后，加几片碎瓷片的目的是_______(6)在实验结束后，为了探究石油中是否含有烯烃，某学生用③中的物质做了一个探究实验，其操作、现象及结论是________【答案】

（1）蒸馏烧瓶

冷凝管

锥形瓶

c

d

a

k

l

b

f

g

w

进水口

出水口

蒸馏烧瓶支管口处

防止暴沸

用一支洁净的试管，取约2～3mL容器③中的馏出物，再向试管中滴加3～4滴酸性KMnO4溶液(或溴水)，若溶液颜色不消失，则石油中不含有烯烃；若溶液颜色消失，则石油中含有烯烃【解析】(1)蒸馏需要仪器有酒精灯、蒸馏烧瓶、铁架台、温度计、导管、冷凝管、橡胶管、牛角管、锥形瓶，根据常见仪器的名称可知，①为蒸馏烧瓶，②为冷凝管，③为锥形瓶；(2)按组装仪器顺序从左到右，从下到上，该装置为蒸馏石油的装置，冷凝管在中间，并用铁架台固定冷凝管，右边为锥形瓶，故连接顺序为e接c接d接a接k接l接b接f接g接w；(3)冷凝水应是下进上出，延长热量交换时间，使热量能更充分，即A口用于进水，B口用于出水；(4)蒸馏装置的温度计插在蒸馏烧瓶中且下端在支管口处；(5)防止烧瓶内液体受热不均匀而局部突然沸腾（爆沸）冲出烧瓶，需要在烧瓶内加入几块沸石；(6)探究石油中是否含有烯烃的方法：用一支洁净的试管，取约2~3mL容器③中的馏出物，再向试管中滴加3~4滴酸性KMnO4溶液（或溴水），若溶液颜色不消失，则石油中不含有烯烃；若溶液颜色消失，则石油中含有烯烃。【例3-2】（2022秋·山东济南·高一统考开学考试）回答下列问题：(1)2022年2月27日11时06分，我国在文昌卫星发射场用长征八号遥二运载火箭，成功将22颗卫星分别送入预定轨道、创造了我国一箭多星发射的新纪录。①“长征八号”运载火箭—子级所用燃料是以煤炭为原料制得的煤基航天煤油，其化学式可用CH3(CH2)nCH3来表示(式中n=8~16)，下列有关叙述中，正确的是____(填选项序号A、B、C、D之一)。a.航天煤油属于无机物b.由煤炭制取航天煤油属于化学变化c.航天煤油中含多种分子d.CH3(CH2)8CH3和CH3(CH2)16CH3的性质有差异A．只有ab

B．只有abd

C．只有bcd

D．只有cd②该发动机工作时发生的反应为：CH3(CH2)nCH3+O2(n+2)CO2+(n+3)H2O，则该反应属于______反应(填“化合”“分解”“复分解”“氧化”“置换”之一)。③2022年6月5日，长征二号F运载火箭(CZ－2F)将神舟十四号载人飞船成功发射。该运载火箭是以偏二甲肼(C2H8N2)和四氧化二氢(N2O4)作推动剂，发生反应的化学方程式为C2H8N2+2N2O43X+CO2+H2O，请在方框内填写该反应的化学计量数，完成化学方程式的配平，写出X单质的化学式：____。(2)2021年2月10日19时52分，中国首次火星探测任务“天问一号”探测器成功进入环火轨道，成为中国第一颗人造火星卫星。试回答下列问题：①“天问一号”已着陆火星并成功释放火星车。火星车主要采用太阳能电池板供电，电池中的半导体材料高纯硅，可以利用石英砂(主要成分是SiO2)制得。在高温下，SiO2和碳可以发生化学反应，生成硅和一氧化碳，请写出该反应的化学方程式：_____。②“天问一号”采用了我国自主研制的高性能碳化硅增强铝基复合材料。工业上制取碳化硅，是用二氧化硅和碳为原料，在高温条件下反应，生成碳化硅(SiC)和一氧化碳。该化学反应方程式为______。③“天问一号”使用工程塑料、玻璃钢等作为隔热材料，用二硫化铝(MoS2)固体润滑剂等作为运动部件的润滑材料。已知MoS2中硫元素的化合价为-2价，则其中银元素(Mo)的化合价为____价。【答案】(1)

c

氧化

N2(2)

SiO2+2CSi+2CO↑

SiO2+3CSiC+2CO↑

+4【解析】（1）①a．煤油是石油分馏的产物，属于有机物，故a错误；b．由煤炭制取航天煤油，生成了新物质，属于化学变化，故b正确；c．煤油分子中的n值不同，故煤油中含多种分子，故c正确；d．CH3(CH2)8CH3和CH3(CH2)16CH3的分子式不同，物理性质不同，化学性质相似，故d正确；故选C。②该发动机工作时发生的反应为：CH3(CH2)nCH3+O2(n+2)CO2+(n+3)H2O，该反应属于氧化反应。③根据元素守恒配平该反应的化学方程式为C2H8N2+2N2O43N2+2CO2+4H2O，故X单质的化学式N2。（2）①在高温下，SiO2和碳可以发生化学反应，生成硅和一氧化碳，该反应的化学方程式为：SiO2+2CSi+2CO↑。②“天问一号”采用了我国自主研制的高性能碳化硅增强铝基复合材料。工业上制取碳化硅，是用二氧化硅和碳为原料，在高温条件下反应，生成碳化硅(SiC)和一氧化碳。该化学反应方程式为SiO2+3CSiC+2CO↑。③已知MoS2中硫元素的化合价为-2价，根据化合物中化合价的代数和等于0可知，其中银元素(Mo)的化合价为+4价。【一隅三反】1．（2022春·上海黄浦·高一上海市光明中学校考期末）某研究性学习小组所做的石蜡油(17个碳原子以上的烷烃)分解实验如图所示。下列有关说法不正确的是A．装置Ⅱ中逸出的气体通入高锰酸钾溶液，发生氧化反应B．石蜡油分解生成的气体中只有烯烃C．十八烷完全分解为乙烷和最多乙烯时，二者物质的量之比为1∶8D．装置Ⅰ中硫酸铝和碎瓷片都是催化剂【答案】B【解析】A．装置II中逸出的气体通入高锰酸钾溶液，烯烃将发生氧化反应，A正确；B．石蜡油发生的是裂解反应，所以分解生成的气体中既有烯烃，又有烷烃，B不正确；C．十八烷完全分解为乙烷和最多乙烯时，按每两个碳原子作为一组，将碳碳单键打断，共可断为9截，其中8截为乙烯，一截为乙烷，乙烷与乙烯物质的量之比为1:8，C正确；D．装置Ⅰ中硫酸铝和碎瓷片都是催化剂，D正确。故选B。2．（2022春·浙江绍兴·高一校考期中）实验室可通过蒸馏石油得到沸点范围不同的多种馏分，装置如图所示。下列说法不正确的是A．沸点较低的汽油比沸点较高的柴油先馏出B．蒸馏烧瓶中放入沸石可防止蒸馏时发生暴沸C．冷凝管中的冷凝水应该从a口进b口出D．温度计水银球的位置应在蒸馏烧瓶支管口附近【答案】C【解析】A．石油是混合物，蒸馏时，沸点较低的馏分先气化馏出，所以沸点较低的汽油比沸点较高的柴油先馏出，故A正确；B．液体加热时易发生暴沸，沸石具有防暴沸作用，所以蒸馏时，蒸馏烧瓶中放入沸石可防止蒸馏时发生暴沸，减少安全事故的发生，故B正确；C．为增强冷凝效果，蒸馏时，冷凝管中水采用逆流方式，所以冷凝水应该b为进水口、a为出水口，故C错误；D．蒸馏时，温度计水银球的位置应在蒸馏烧瓶支管口附近用于