第一节 开发利用金属矿物和海水资源
第1课时 金属矿物的开发利用
(时间:30分钟)
测控导航表
知识点
题号(难易度)
金属的回收与利用
4(易)
铝热反应
7(易)
金属冶炼原理、方法
1(易),2(易),5(易),6(易),10(易)
综合应用
3(易),8(中),9(中),11(易),12(中)
双基检测
1.目前工业上冶炼铝通常采用的方法是( C )
A.CO或H2还原法 B.铝热反应法
C.电解法 D.热分解法
解析:目前工业上冶炼金属铝采用的是电解熔融的Al2O3来得到金属铝。
2.下列说法中正确的是( C )
A.金属的冶炼都是把金属单质从其矿物中分离出来
B.金属冶炼过程中,被冶炼的金属一定被氧化
C.金属冶炼过程中,被冶炼的金属可能被还原
D.金属冶炼过程中,被冶炼的金属既可被氧化,也可被还原
解析:金属的冶炼是将金属从其化合物中还原出来,金属在化合物中只能显正价。冶炼时化合价只可能降低,被还原。
3.下列有关化学能与热能的说法中正确的是( B )
A.铝热反应属于吸热反应
B.H2→H+H的变化需要吸收能量
C.凡经加热而发生的化学反应都是吸热反应
D.若某反应生成物的总能量大于反应物的总能量,则该反应为放热
反应
解析:A中,铝热反应属于放热反应;C中,某些化学反应需要加热,但却是放热反应,如碳的燃烧。D中,生成物的总能量大于反应物的总能量时,反应为吸热反应。
4.下列说法中错误的是( A )
A.回收照相业中的废定影液可提取镁
B.回收不锈钢可提取铬或镍以及铁
C.回收可口可乐易拉罐可回收铝
D.回收精炼铜的阳极泥可得金、银等贵重金属
解析:A中,照相业中的定影液主要含有硫代硫酸钠(Na2S2O3),能与底片上的感光材料上未感光的AgBr形成络离子,溶解在定影液中。然后将定影液中的Ag+转化为单质银而回收。B中,不锈钢主要含有Fe、Cr、Ni等金属;C中易拉罐主要成分是Al;D中阳极泥含有未溶解的不活泼金属Au、Ag等。
5.下表中金属的冶炼原理与方法不完全正确的是( C )
冶炼原理
方法
A
2HgO2Hg+O2↑
热分解法
B
2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
电解法
C
Cu2S+O22Cu+SO2
热分解法
D
Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3
热还原法
解析:C中,反应Cu2S+O22Cu+SO2是火法炼铜,利用的是氧化还原反应原理,将Cu2S中+1价铜转化为单质铜,该反应不属于分解反应,不是热分解法。
6.氧化还原反应广泛用于金属的冶炼。下列说法中不正确的是( C )
A.冶炼铁的主要原料有铁矿石、焦炭、空气、石灰石等,其中石灰石的作用是除去铁矿石中的脉石(二氧化硅)
B.湿法炼铜与火法炼铜的反应中,铜元素都发生还原反应
C.Mg可由电解熔融的MgO制取,Na也可由电解熔融的NaCl制取
D.铝热法还原铁的反应中,放出的热量能使铁熔化
解析:SiO2+CaCO3CO2↑+CaSiO3,A正确;因MgO熔点很高,工业上制取金属Mg是电解熔融的氯化镁,C错误。
7.用铝热法还原下列氧化物,制得金属各1 mol,消耗铝最少的是( D )
A.MnO2 B.WO3 C.Cr2O3 D.Co3O4
解析:用铝热法还原金属氧化物时,Al作还原剂,金属氧化物作氧化剂。在反应中金属氧化物被还原为单质,显然,在氧化物中金属化合价越高,变为单质时需获得的电子越多,消耗铝越多;金属化合价越低,得电子数越少,消耗铝越少。以上金属氧化物中金属的化合价分别为:Mn(+4)、W(+6)、Cr(+3)、Co(+)。Co化合价最低,消耗铝最少。
8.在熔融状态下,Na与KCl存在可逆反应:Na+KClNaCl+K,通过调整温度,可利用金属Na来制取K。
物质
K
Na
KCl
NaCl
熔点(℃)
63.6
97.8
770
801
沸点(℃)
774
883
1 500
1 413
根据上表的熔点和沸点,确定由Na与KCl反应制取K的合适温度为( C )
A.770 ℃ B.801 ℃
C.850 ℃ D.770~801 ℃
解析:K、Na的活泼性相近,要从上述可逆的置换反应中制取K,主要是利用K的沸点比Na的低而控制温度使K气化。其余三种物质均为液体,便于生成的K蒸气不断逸出,使反应向生成K的方向进行而制得K。在801~883 ℃合理。
9.有0.4 g铁的氧化物,用足量的CO在高温下将其还原,把生成的CO2全部通入足量澄清石灰水中,得到0.75 g沉淀。这种铁的氧化物的化学式是( B )
A.FeO B.Fe2O3
C.Fe3O4 D.FeO和Fe2O3
解析:CO和铁的氧化物反应时,氧化物中的1 mol O原子对应1 mol CO2分子,1 mol CO2分子对应1 mol CaCO3,所以有下列的关系式,假设0.4 g该氧化物中含x g O原子。
O ~ CO2 ~ CaCO3
16 100
x g 0.75 g
解得x=0.12
N(Fe)∶N(O)=∶=2∶3。
故此氧化物的化学式为Fe2O3。
能力提升
10.古代的“药金”外观与金相似,常误以为是金子。冶炼方法如下:将碳酸锌、赤铜矿(Cu2O)和木炭混合加热至800 ℃得金光闪闪的“药金”。
(1)“药金”的主要成分是 。?
(2)有关的化学方程式是?
解析:混合物加热至800 ℃时,ZnCO3受热分解产生ZnO,在加热条件下木炭还原ZnO和Cu2O生成Zn和Cu,因此“药金”的主要成分是Cu和Zn。
答案:(1)Cu、Zn (2)ZnCO3ZnO+CO2↑,
ZnO+CZn+CO↑,Cu2O+C2Cu+CO↑
11.根据CO还原铁的氧化物的实验装置图(如下图所示),回答下列问题:
(1)怎样知道硬质玻璃管中Fe2O3已开始反应?
。?
(2)在A处点燃,可观察到的现象是 ,为什么要在A处点燃??
。?
(3)实验结束时应注意的操作是 。?
①先停止通入CO
②先熄灭酒精喷灯,并继续通入CO
③熄灭酒精喷灯,同时停止通入CO
④先熄灭酒精喷灯,继续通入CO至被还原的铁粉冷却,并点燃排出的CO气体
解析:(1)开始发生反应时,硬质玻璃管中红色物质逐渐变黑,B中澄清石灰水开始变浑浊;(2)CO燃烧可见浅蓝色的火焰;因CO有毒,为防止CO污染空气,必须点燃处理未反应的CO;(3)先熄灭酒精喷灯,继续通入CO至被还原的铁粉冷却,并点燃排出的CO气体,这样可以防止铁在冷却过程中被氧化及CO污染空气或使人中毒。
答案:(1)当硬质玻璃管中红色物质开始变黑时,B中澄清石灰水开始变浑浊,说明开始发生反应
(2)有浅蓝色的火焰 因CO有毒,为防止CO污染空气,必须点燃处理未反应的CO
(3)④
12.关于“铝热反应”的现象有这样的描述:“反应放出大量的热,并发出耀眼的光芒。”、“纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中。”又已知,Al、Fe2O3、Al2O3、Fe的熔点、沸点数据如下:
物质
Al
Fe2O3
Al2O3
Fe
熔点(℃)
660
1 462
2 054
1 535
沸点(℃)
2 467
—
2 980
2 750
(1)某同学推测,铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。理由是:该反应放热能使铁熔化,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?答: (填“合理”或“不合理”)。?
(2)设计一个简单实验方案,证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝,填写下列表格:
所用试剂
实验操作及现象
有关反应的化学方程式
(3)实验室欲在常温下溶解此熔融物,下列试剂中最好的是 (填序号),理由是: 。?
A.浓硫酸 B.稀硫酸
C.硫酸铜溶液 D.NaOH溶液
解析:铁熔化的温度是1 535 ℃,而铝的沸点是2 467 ℃,说明此时铝已经熔化但是没有汽化,即铝以液体的形式存在,所以能够形成合金,解释合理。(2)要证明所得到的铁中含有单质铝,只需加入NaOH溶液,看有无气泡产生即可。(3)铝和铁遇到浓硫酸在常温下会发生钝化现象;而硫酸铜溶液能够溶解两种金属,但是同时置换出单质铜,NaOH溶液不能和铁反应,只能溶解铝。
答案:(1)合理
(2)氢氧化钠溶液 取适量样品置于试管中,加入NaOH溶液;有气泡产生
2Al+2NaOH+2H2O2NaAlO2+3H2↑(其他合理答案均可)
(3)B 稀硫酸能够完全溶解此熔融物,并且不会造成环境污染
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点击进入课后限时训练第2课时 海水资源的开发利用
(时间:30分钟)
测控导航表
知识点
题号(难易度)
海水综合利用及产物
1(易),5(易),6(易),
8(易),9(易),10(中)
海水蒸发利用及产物
2(易),7(易),11(中)
水资源管理与利用
3(易)
综合题
4(易)
双基检测
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中正确的是( C )
A.利用潮汐发电是将化学能转化为电能
B.海水蒸发制海盐的过程中发生了化学变化
C.从海水中可以得到MgCl2,电解熔融MgCl2可制备Mg
D.海水中含有溴元素,只需经过物理变化就可以得到溴单质
解析:A中,潮汐发电是将潮汐能转化为电能。B中,海水蒸发制海盐过程中只有物理变化。D中,海水中溴元素以溴离子(Br-)形式存在,要得到单质溴必须发生化学变化才能实现。
2.下列各组物质,不需要经过化学变化就能够从海水中获得的是( D )
A.氯、溴、碘 B.钠、镁、铝
C.烧碱、氢气 D.食盐、淡水
解析:海水经过蒸发即可得到食盐和淡水。A、B选项中,海水中存在Cl-、Br-、I-、Na+、Mg2+、Al3+,要获得它们的单质必须失去或得到电子才能实现。C中,需要电解饱和食盐水获取。
3.2012年3月22日是第二十届“世界水日”,联合国确定2012年“世界水日”的宣传主题是“水与粮食安全”。我国纪念“世界水日”和“中国水周”活动的宣传主题是“大力加强农田水利,保障国家粮食安全”。下列有关活动不符合这一主题的是( D )
A.大力提倡全民节约用水,加强城市生活污水处理,坚持达标排放
B.加强工业用水净化系统工程的改造,提高水的重复利用率
C.加快产业结构调整,建立水资源节约型、环保型的国民经济体系
D.大力推广使用纯净水代替自来水作为生活用水,以保障用水安全
解析:纯净水代替自来水作为生活用水,并不能从源头上保障用水安全,同时对水资源造成大量浪费。
4.从海水中可以提取溴,但得到的液溴中常溶有少量氯气,除去氯气应该采用的方法是( D )
A.加入适量的KI溶液 B.通入溴蒸气
C.加入适量的氢氧化钠溶液 D.加入适量的溴化钠溶液
解析:要除去液溴中少量的氯气,可加入适量的溴化钠溶液:Cl2+2NaBr2NaCl+Br2。
5.下列说法中不正确的是( D )
A.海洋是一个远未完全开发的巨大化学资源宝库
B.海水中金的储存量很大,但它的富集程度却很低
C.从海水中可以提取铀和重水等核原料
D.海水中的溴、氟等元素均为微量元素,但仍有提取的价值
解析:海水中金元素的储量为5×107 t,但1 t海水中的含量仅为4×10-6 g,所以说它的富集程度很低,海洋是一个远未完全开发的巨大化学资源宝库,另外还可从海水中提取铀和重水等核原料,故A、B、C正确;海水中的Br、F等元素为常量元素,D错误。
6.某课外小组将灼烧海带的灰浸泡后过滤,得到澄清的滤液,他们设计了如下几个方案,你认为能证明灼烧海带的灰中含有碘元素的是( D )
A.取适量滤液,蒸干,观察是否有紫色固体生成
B.取适量滤液,加入苯,振荡、静置,苯层无色,证明不含碘元素
C.取适量滤液,向其中加入淀粉溶液,无明显现象,证明不含碘元素
D.取适量滤液,加入酸化的H2O2,再加入淀粉溶液,呈蓝色,证明含有碘元素
解析:海带灰中碘元素以I-形式存在,应先加入氧化剂将其氧化为I2,再加入淀粉溶液检验。
7.NaCl是从海水中提取出来的一种重要物质,除食用外,它还是一种工业原料,下列以NaCl为原料的产品(或物质)是( A )
①烧碱 ②纯碱 ③金属钠 ④氯气 ⑤盐酸
A.①②③④⑤ B.仅①②③④
C.仅①②③⑤ D.仅①②④⑤
解析:从海水中得到的NaCl,可作化工原料,工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2,并以它们为原料生产一系列化工产品,称为氯碱工业。化学方程式分别为:2NaCl+2H2O2NaOH+Cl2↑+H2↑,2NaCl(熔融)
2Na+Cl2↑,NaCl+NH3+H2O+CO2NaHCO3↓+NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,Cl2+H22HCl。
8.已知MgO、MgCl2的熔点分别为2 800 ℃、604 ℃,将MgO、MgCl2加热熔融后通电电解,都可得到金属镁。海水中含有MgCl2,工业上从海水中提取镁正确的方法是( D )
A.海水Mg(OH)2Mg
B.海水MgCl2溶液MgCl2(熔融)Mg
C.海水Mg(OH) 2MgOMg
D.海水Mg(OH)2MgCl2溶液MgCl2(熔融) Mg
解析:工业上提取镁除从理论上可行外还要考虑设备、原料、成本等问题。从理论上看A项中使用NaOH成本高,且Mg(OH)2是一种不溶性碱,加热熔融时会发生分解,因此不可行;B项中得不到MgCl2;C项中电解MgO时,由于MgO的熔点很高,耗能大,所以经济效益差。
9.从海水中提取的溴占世界溴年产量的左右。已知溴水呈橙色,将SO2气体通入溴水时,可以使溴水褪色。则下列有关叙述中正确的是( B )
A.SO2使溴水褪色,显示了SO2的漂白性 B.SO2使溴水褪色,显示了SO2的还原性
C.从溴水中提取单质溴,可以用乙醇进行萃取 D.SO2是形成酸雨的唯一原因
解析:因为SO2具有较强的还原性,而溴单质具有较强的氧化性,将SO2气体通入溴水时,发生反应:SO2+Br2+2H2OH2SO4+2HBr而使溴水褪色。由于乙醇和水互溶,故不能作萃取剂(从溴水中提取溴)。酸雨有硫酸酸雨(主要由SO2导致)和硝酸酸雨(主要由NO和NO2导致)两种。
能力提升
10.(1)如图所示的蒸馏装置中,如果有错误请指出并加以改正:
① ;?
② ;?
③ ;?
④ 。?
(2)一化学兴趣小组的同学通过如下实验提取海带中的碘:
a.粉碎海带,加一定量的氢氧化钠溶液后高温灰化;
b.用水浸泡海带灰,过滤;
c.用盐酸酸化滤液,加入碘酸钾(KIO3)氧化溶液中的碘离子(I-),生成碘单质;
d.用四氯化碳溶液萃取水溶液中的碘。
请回答下列问题:
①实验步骤c中相关反应的离子方程式为:? 。
?
②实验步骤c中也可用H2O2代替KIO3,相关反应的离子方程式为: 。?
③检验用四氯化碳萃取碘后的水溶液中是否还含有碘单质的实验方法是: 。?
解析:(2)①中,由于KIO3中碘元素为+5价(高价态),碘离子(I-)为-1价(低价态),二者在酸性条件下可发生氧化还原反应,生成单质碘:I+5I-+6H+3I2+3H2O。
②中,用H2O2代替KIO3,同样发生氧化还原反应:
2I-+H2O2+2H+I2+2H2O。
③中,利用单质碘遇淀粉变蓝的性质,可用淀粉溶液或淀粉试纸检验。
答案:(1)①蒸馏烧瓶中温度计水银球应在支管口处,而不应插在液面下
②冷凝管的冷水流向是错误的,应从a处流入,b处流出
③接收容器应用小口的锥形瓶,而不应用大口的烧杯,以免蒸气挥发太多
④没用石棉网
(2)①I+5I-+6H+3I2+3H2O
②2I-+H2O2+2H+I2+2H2O
③取少量水溶液放入试管,向其中滴入几滴淀粉溶液,若溶液变蓝,则说明水溶液中还含有I2;反之,不含有I2(或:用玻璃棒蘸取溶液,点在淀粉试纸中部,若试纸变蓝,则说明水溶液中还含有I2;反之,不含有I2)
11.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 。?
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;(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:2Cl2+2Ca(OH)2CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O;(4)(5)在工业生产中主要考虑经济效益问题。
答案:(1)CaCO3CaO+CO2↑
CaO+H2OCa(OH)2
(2)电解
(3)2Cl2+2Ca(OH)2CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O
(4)经济效益 (5)海边
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