第10天自然资源的开发利用

寒假打卡第10天第八章第一节自然资源的开发利用一、金属矿物的开发利用1．金属元素在自然界中存在的形态2．金属冶炼原理与实质(1)原理：将金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料的过程。(2)实质：用不同的冶炼方法使化合态的金属得到电子变成金属单质。3．金属冶炼方法4．金属矿物资源的合理开发和利用(1)原因。①地球上金属矿物资源有限，且分布不均；②金属冶炼消耗很多能量，也易造成环境污染；③金属腐蚀造成大量金属损失。(2)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，防止金属的腐蚀；③加强废旧金属的回收和再利用；④使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量。【名师点拨】金属冶炼的方法金属活动性顺序决定了金属的冶炼方法，常见金属的冶炼方法如下：金属冶炼方法电解法热还原法热分解法富集法金属的活动性顺序KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAgPtAu方法选择原因单质还原性强弱阳离子氧化性弱强还原剂或特殊措施直流电强制提供电子H2、CO、C、Al等(加热或高温)加热物理富集(或化学方法)【典例示范】【例1】金属的冶炼体现了人类文明的发展历程，下列关于工业冶炼金属说法正确的是()A．制Na：高温分解NaCl制备NaB．制Al：将Al(OH)3溶于盐酸中，电解所得AlCl3溶液C．制Fe：用焦炭和空气反应产生的CO在高温下还原铁矿石中的铁的氧化物D．制Cu：“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”，原理为2Fe+3Cu2+=3Fe3++3Cu【答案】C【解析】钠元素的金属性强，不能用高温分解制备金属钠，所以工业上用电解熔融氯化钠的方法制备金属钠，A错误；电解氯化铝溶液生成氢氧化铝、氢气和氯气，不能用于制备金属铝，所以工业上用电解熔融氧化铝的方法制备金属铝，B错误；铁是较活泼金属，工业上用焦炭和空气反应产生的一氧化碳在高温下还原铁矿石中的铁的氧化物制备金属铁，C正确；“熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”制备铜发生的反应为铁与硫酸铜溶液发生置换反应生成硫酸亚铁和铜，离子方程式为Fe+Cu2+=Fe2++Cu，D错误。二、海水资源的开发利用1．海水水资源的开发利用(1)直接利用：海水进行循环冷却。(2)海水淡化：主要方法有蒸馏法、反渗透法和电渗析法等。2．海水化学资源的开发利用(1)海水化学资源的特点。①多样性：海水中含有多种元素。②分散性：海水中元素的种类很多，总储量很大，但许多元素的富集程度很低。(2)海水制盐。①海水粗盐精盐。②食盐化工用途。(3)海水提溴。①海水提溴的方法(吹出法)基本操作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、吸收环节主要离子方程式：2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－、SO2＋Br2＋2H2O=4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2Br－。【典例示范】【例2】从海水中制备纯碱和金属镁的流程如下图所示：下列说法错误的是()A．流程I中依次向粗盐水中加入过量Ca溶液、Na2CO3溶液和适量稀盐酸去除杂质B．流程Ⅱ先吸氨是使溶液呈碱性，有利于吸收二氧化碳C．上述流程涉及到三种基本反应类型D．流程Ⅳ、Ⅴ是通过化学方法富集氯化镁【答案】C【解析】粗盐水中主要含有氯化钙和硫酸镁等杂质，加入过量Ca溶液除去硫酸镁，Na2CO3溶液除去氯化钙，适量稀盐酸中和Ca与Na2CO3，A正确；二氧化碳溶于水后为酸性溶液，流程Ⅱ吸氨是使溶液呈碱性，有利于吸收二氧化碳，B正确；上述流程中，碳酸氢钠分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，是分解反应，氢氧化镁和盐酸反应生成氯化镁和水，是复分解反应，没有置换反应和化合反应，C错误；流程Ⅳ、V是通过化学方法富集氯化镁，D正确。三、煤、石油和天然气的综合利用1．煤的综合利用(1)煤的组成。(2)综合利用。2．天然气的综合利用(1)天然气的组成和利用。(2)天然气水合物。天然气水合物又称为“可燃冰”，是天然气与水在高压、低温条件下形成的类冰状结晶物质，主要成分是甲烷水合物，其组成可表示为CH4·nH2O。3．石油的综合利用【名师点拨】【典例示范】【例3】下列说法不正确的是()A．煤的气化、液化和干馏都是物理变化B．天然气的主要成分甲烷在高温下可分解为炭黑和氢气C．沥青来自于石油经减压分馏后的剩余物质D．在催化剂作用下利用太阳能光解水可以制取氢气【答案】A【解析】煤的气化、液化和干馏过程都有新物质生成，都是化学变化，A错误；甲烷为天然气的主要成分，高温条件下发生反应：CH4C+2H2，B正确；石油经常压分馏后可以得到未被蒸发的剩余物重油，重油经减压分馏可以得到重柴油、石蜡、燃料油等，最后剩余的物质即为沥青，C正确；水有氢元素和氧元素，在催化剂作用下利用太阳能可以将水分解产生氧气和氢气，D正确。判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。(1)金属被人类开发利用的大致年限主要取决于金属在地壳中的含量。()(2)金属冶炼的实质是金属阳离子得到电子被还原成金属原子。()(3)可以通过电解熔融的MgO和AlCl3来制备金属Mg、Al。()(4)钠是活泼金属，在工业上常采用电解熔融NaCl的方法制取钠。()(5)铝热反应的本质是用铝将比铝活泼性弱的金属从其化合物中置换出来。()(6)海水中含量最多的两种元素为Na元素和Cl元素。()(7)利用半透膜，采用反渗透法可使海水淡化。()(8)海水蒸发制海盐的过程中发生了化学变化。()(9)从海水中得到的NaCl除食用外，还用于生产烧碱、钠和氯气。()(10)海水中各种化学资源的开发过程中，必须都要发生化学反应。()(11)煤俗称煤炭，因此可看作碳元素形成的单质。()(12)把煤加强热使之分解的过程为煤的干馏。()(13)石油经裂解得到的汽油、煤油、柴油属于混合物。()(14)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。()(15)在一定条件下，煤可以和氢气直接反应生成液体燃料。()【答案】(1)×(2)√(3)×(4)√(5)√(6)×(27)√(8)×(9)√(10)×(11)×(12)×(13)×(14)×(15)√(限时30分钟)一、选择题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．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【答案】D【解析】天然气的主要成分是甲烷。3．下列过程主要目的是将金属从化合态转化为游离态的是()A．将镁、铝等制成合金B．电解法冶炼铝C．铝饮料罐回收铝D．废旧钢铁用于炼钢【答案】B【解析】工业上用电解熔融的氧化铝的方法冶炼铝，铝元素的化合价由+3价降低到0价，铝元素从化合态转化为游离态，B选项正确；其余选项的过程发生的都是物理变化，没有化合价的变化。4下表中金属的冶炼原理与方法完全正确的是()选项方法冶炼原理A湿法炼铜CuSO4+2K＝Cu+K2SO4B热分解法炼铜Cu2S+O2＝2Cu+SO2C电解法炼铝2Al2O34Al+3O2↑D热还原法冶炼钡BaO+H2Ba+H2O【答案】C【解析】在水溶液中K会迅速和水反应，不能置换出硫酸铜溶液中的铜，湿法炼铜是用铁做还原剂，把硫酸铜溶液中的铜置换出来，故A不选；用Cu2S煅烧冶炼铜是火法炼铜，故B不选；电解熔融的氧化铝可以冶炼金属铝，故C选；钡是非常活泼的金属，不能用氢气从氧化钡中把钡置换出来，故D不选。5．下列有关物质的工业制法中，错误的是()A．制硅：用焦炭还原二氧化硅得硅B．制钠：以海水为原料制得NaCl，再电解熔融NaCl得钠C．制铁：以焦炭和铁矿石为原料，用CO还原铁矿石得铁D．制铝：以铝土矿为原料，经一系列过程制得AlCl3，再电解熔融AlCl3得铝【答案】D【解析】工业用焦炭还原二氧化硅生产硅：SiO2+2CSi+2CO↑，故A正确；工业上以海水为原料制得NaCl，然后电解熔融NaCl：2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑，制得钠，故B正确；工业上常用焦炭和铁矿石为原料，碳首先燃烧生成二氧化碳，二氧化碳高温下与碳反应转化为CO，CO在高温下还原铁矿石炼铁：3CO+Fe2O32Fe+3CO2，制得铁，故C正确；工业制铝是电解熔融的氧化铝：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑，氯化铝是共价化合物，在熔融状态下不导电，故D错误。6．许多国家十分重视海水资源的综合利用。不需要化学变化就能够从海水中获得的物质是()A．氯、溴、碘B．钠、镁、铝C．烧碱、氢气D．食盐、淡水【答案】D【解析】题目中A、B、C中物质只能通过化学变化取得，食盐可以通过海水的蒸发结晶得到，淡水可以通过蒸馏获得。7．下列关于海水资源利用的认识，错误的是()A．海水中金、锶、碳、铜、铁等元素属于微量元素B．海底多金属结合矿含有铁、锰、钴等多种金属元素C．通过蒸馏法、电渗析法、离子交换法等可以实现海水的淡化D．海水提溴过程中溴元素依次发生氧化反应、还原反应、氧化反应【答案】A【解析】海水中金、铁、铜属于微量元素，锶、碳为常量元素，A错误。8．铝热反应有广泛的用途，实验装置如图1所示。下列说法错误的是()A．铝热反应的能量变化可用图2表示B．和铝粉的混合物被称为铝热剂C．铝热反应只能用于冶炼铁、锰、铬、镁等熔点较高的金属D．铝热反应可用于焊接铁轨，反应的化学方程式为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe【答案】C【解析】铝热反应是放热反应，能量变化可用图2表示，A正确；Fe2O3和铝粉的混合物被称为铝热剂，B正确；，镁的活泼性大于Al，不能用铝热反应冶炼金属镁，C错误；铝热反应可用于焊接铁轨，反应的化学方程式为2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe，D正确。9．“吹出法”提溴工艺流程示意图如下：下列说法不正确的是()A．“氧化”过程中Cl2使Br—转化为Br2B．“吹出”过程中利用了Br2的挥发性C．“吸收”过程中化学方程式：Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO3D．“蒸馏”的目的是得到液溴【答案】C【解析】“氧化”过程中，Cl2+2Br—=2Cl+Br2，A正确；“吹出”过程中通入空气，使Br2挥发出来，B正确；“吸收”过程中化学方程式：Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4，C不正确；“蒸馏”的目的是得到液溴，D正确。10．煤被誉为“工业的粮食”，下列关于煤的说法正确的是()A．煤中含有苯、甲苯、二甲苯等芳香烃B．煤的液化是在高温时将固体煤熔化为液体煤C．煤的气化在一定程度上实现了煤的高效、清洁利用D．向煤中加入适量CaSO4，可大大减少燃烧产物中SO2的量【答案】C【解析】煤干馏可以得到苯、甲苯、二甲苯等芳香烃，但煤本身不含有这些芳香烃，A错误；煤的液化是煤在高温高压的条件下转化为液体燃料的过程，分为直接液化和间接液化，B错误；C煤气化生成CO、H2，CO和H2的燃烧高效、清洁，C正确；向煤中加入适量CaCO3、CaO或Ca(OH)2，可大大减少燃烧产物中SO2的量，D错误。11．下列说法正确的是()A．液化石油气的主要成分为甲烷B．石油的分馏和蒸馏的原理是相似的C．煤的干馏可分离出煤中含有的煤焦油D．石油经过分馏得到的汽油是纯净物【答案】B【解析】液化石油气的主要成分为丙烷、丁烷等，故A错误；石油的分馏和蒸馏的原理是相似的，都是根据物质的沸点不同分离液体混合物，故B正确；煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，属于化学变化，煤焦油是煤干馏的产物，煤中不含煤焦油，故C错误；石油经过分馏得到的汽油仍然是混合物，故D错误。12．下列有关煤、石油及其产品的说法正确的是()A．煤的气化和液化都属于物理变化B．将煤在空气中加强热使之分解的过程，称为煤的干馏，也叫煤的焦化C．将石油分馏得到大量的乙烯、丙烯等重要化工原料D．用溴的四氯化碳溶液可鉴别分馏获得的汽油和裂化获得的汽油【答案】D【解析】煤的气化和液化都属于化学变化，A错误；煤在隔绝空气加强热的条件下分解的过程称为煤的干馏，而不是在空气中，B错误；石油分馏主要得到汽油、煤油等，乙烯、丙烯等可通过石油裂化、裂解获得，C错误；分馏获得的汽油主要成分是饱和烃，裂化获得的汽油中含有不饱和烃，二者可用溴的四氯化碳溶液鉴别，D正确。13．塑料、合成橡胶和合成纤维这三大合成材料，都主要是以石油、煤和天然气为原料生产的，下列有关说法错误的是()A．天然气的主要成分是甲烷，它属于化石燃料B．裂化汽油可以用来萃取溴水中的溴C．石油分馏得到的汽油、煤油、柴油都是混合物，没有固定的熔沸点D．煤炭是赋存于地下的非再生性化石能源资源，素有“工业粮食”之称【答案】B【解析】煤、石油和天然气是三大化石燃料，其中天然气的主要成分是甲烷，A正确；裂化汽油含有不饱和键，具有烯烃的性质，不能用于萃取溴水中的溴，易发生加成反应，B错误；石油的馏分仍然是多种烃的混合物，故无固定的熔沸点，C正确；煤炭是赋存于地下的非再生性化石能源资源，素有“工业粮食”之称，D正确。14．合理开发和利用海水资源是世界各国研究的课题。下列对于海水利用的认识错误的是()A．海水中蕴藏有丰富的资源，人类可以大量开发，以弥补资源的短缺B．淡化海水的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法C．可以用太阳能电解海水以获取氢能源D．以海水中提纯出的NaCl为原料可以生产烧碱、纯碱、金属钠、氯气、盐酸等化工产品【答案】A【解析】A项，海洋是人类宝贵资源，人类可以提取海水的各种元素，例如：海水中的镁盐是提炼金属镁的原料；磷灰石结核是磷肥工业的重要原料；锰结核含锰、铁、钻、镍等20多种元素是重要的冶金原料；海水所含的重氢，是核聚变的燃料，也是人类正在开发的新能源，但大量开发海水中的物质，会破坏海洋生态平衡和能耗导致全球的能源缺乏，A错误；B项，现在所用的海水淡化方法有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法、电渗析法等，B正确；C项，水中氢和氧结合非常牢固，要释放出氢需要很高的能量，太阳能是地球上能量的最终来源，既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染，可以用太阳能电解海水以获取氢能源，C正确；D项，烧碱、氯气可以通过电解NaCl水溶液得到，纯碱用侯氏制碱法制得，金属钠通过电解熔融氯化钠得到，盐酸可由氢气和氯气反应制得，都需要用到NaCl，D正确；故选A。二、非选择题15．废旧金属的综合利用有利于节约资源、保护环境。现有废弃物(含Al2O3、FeO、CuO)，实验室要回收三种金属，工艺流程如图所示。已知：Na[Al(OH)4]+CO2(过)=NaHCO3+Al(OH)3↓回答下列问题。(1)“碱溶”时发生反应的离子方程式为________________________________。(2)“操作1”用到的玻璃仪器有________________、________________、玻璃棒。(3)“沉铝”时加入适量盐酸，该步骤为避免因盐酸控制不当(过量)而导致Al(OH)3溶解，实际操作中可用过量________________(填化学式)气体代替。

(4)“沉铁”时通入空气的目的是________________；证明“沉铁”的溶液中没有Fe3+的操作为________________。(5)“灼烧”时可在__________(填仪器名称)中进行，写出该反应的化学方程式：________________。【答案】(1)Al2O3+2OH+3H2O=2[Al(OH)4](2)普通漏斗烧杯(3)CO2(4)将Fe2+氧化成Fe3+取少量滤液于试管中，加入几滴KSCN溶液，无明显现象(5)坩埚2Al(OH)3Al2O3+3H2O【解析】(1)向废弃物(含Al2O3、FeO、CuO)中加入NaOH溶液，其中FeO、CuO与NaOH不反应，Al2O3与NaOH反应的离子方程式为Al2O3+2OH+3H2O=2[Al(OH)4]。(2)“碱溶”时FeO、CuO与NaOH不反应，Al2O3与NaOH反应，通过过滤得到FeO、CuO和含Na[Al(OH)4]的溶液；“操作1”为过滤，用到的玻璃仪器有普通漏斗、烧杯、玻璃棒。(3)“沉铝”时加入适量盐酸，使[Al(OH)4]转化为Al(OH)3，因盐酸控制不当(过量)会导致Al(OH)3溶解，根据已知Na[Al(OH)4]+CO2(过)=NaHCO3+Al(OH)3↓，实际操作中可用过量CO2气体代替。(4)“置换”时，加入适量Fe，发生反应Fe+Cu2+=Fe2++Cu，析出Cu，得到硫酸亚铁溶液，通入空气将Fe2+氧化成Fe3+，并加入NaOH溶液，过滤得到Fe(OH)3和滤液，证明溶液中不存在铁离子的操作为取少量滤液于试管中，加入几滴KSCN溶液，无明显现象。(5)“灼烧”时在高