第2课时 海水资源的开发利用
[目标导航] 1.了解海水淡化的方法及其意义。2.了解海水的主要组成元素。3.了解海水化学资源的开发和利用，熟知从海水中提取溴、碘、金属镁的原理。4.以海水资源的综合利用为例，了解化学方法在实现物质间转化中的作用。
一、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、电渗析法、离子交换法。
3．海水的蒸馏
(1)原理：
(2)注意事项
①烧瓶需垫石棉网加热。
②烧瓶所盛液体不能超过烧瓶容量的，也不能少于。
③需向烧瓶中加几粒沸石或几片碎瓷片，以防液体暴沸。
④冷凝器里的冷却水要从冷凝器的下口进、上口出。
【议一议】
1．若实现海水淡化供应饮用水，下列方法在原理上完全不可行的是( )
A．加明矾使海水中盐分沉淀而淡化
B．利用太阳能使海水蒸馏淡化
C．将海水电解，然后让两极气体燃烧得到饮用水
D．将海水通过离子交换树脂，以除去所含离子
答案 A
解析 明矾具有净水作用，可使海水中的悬浮物形成沉淀而除去，但不能使海水中盐分沉淀。
二、海水化学资源的开发利用
1．海水中的化学资源
海水中H、O两种元素，加上Cl、Na、K、Ca、Mg、S、C、F、B、Br、Sr等11种元素的总量超过99%，其他为微量元素，共计含有80多种。
2．海水制盐
海水粗盐精盐。
3．海带提碘
(1)流程：海带―→灼烧―→浸泡―→过滤氧化―→提纯―→碘单质。
(2)原理：
2I－＋Cl2===I2＋2Cl－。
4．海水提溴
(1)过程：浓缩―→氧化―→富集―→提取。
(2)原理：2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－。
5．海水提镁
(1)过程：浓缩沉淀―→过滤溶解―→结晶(MgCl2·6H2O)MgCl2晶体(金属镁)。
(2)原理：①Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
②Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
③MgCl2·6H2OMgCl2＋6H2O
④MgCl2(熔化)Mg＋Cl2↑
6．新能源的开发
(1)从海水中提取铀和重水，铀和重水是核能开发的重要原料。
(2)潮汐能、波浪能是待开发的新型能源。
【议一议】
2．判断下列说法正误
(1)海水中含有Br2。( )
(2)海带中含有碘，能使淀粉变蓝。( )
(3)用SO2溶液吸收溴蒸气，是利用了SO2具有漂白性。( )
答案 (1)× (2)× (3)×
一、海水中溴的提取
【例1】 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图：
(1)步骤①反应的离子方程式是________________________________________，
步骤③反应的化学方程式是_________________________________________。
(2)从理论上考虑，下列物质也能吸收Br2的是________。
A．NaOH
B．FeCl2
C．Na2SO3
D．H2O
(3)步骤③中氧化剂是____________，若反应中生成2
mol
HBr，则消耗________mol
SO2。
(4)根据上述反应判断SO2、Cl2、Br2三种物质氧化性由强到弱的顺序是________。
答案 (1)2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－ SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr
(2)ABC
(3)Br2 1 (4)Cl2>Br2>SO2
解析 (1)读懂流程图，可以写出2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－，SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。(2)只从理论上考虑，NaOH具有强碱性，能吸收Br2，Fe2＋、SO具有还原性也能吸收Br2，但Br2在水中的溶解度较小，不能充分吸收。(3)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2
mol
HBr，则消耗1
mol
SO2。(4)最后再向含HBr的溶液中通入适量Cl2，蒸馏得到Br2。经过上述反应过程知氧化性由强到弱的顺序为：Cl2>Br2>SO2。
规律小结
海水提溴四个过程
变式训练1 溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65
mg·L－1。实验室模拟海水中溴的提取。
实验方法：将适量新制氯水加入到20
mL富含溴离子的海水中(海水可以用0.1
mol·L－1的NaBr溶液代替)，把溴置换出来。氯水中的氯气作________________剂，涉及反应的离子方程式为__________。
得到的单质溴可以用有机溶剂在____________(仪器)中实现萃取富集，萃取试剂用____________、苯等，得到的有机层显__________色。
答案 氧化 Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2 分液漏斗 四氯化碳 橙
解析 把溴离子转化为溴单质时，溴离子发生氧化反应，因此需要氧化剂，氯气可以将Br－氧化为Br2。根据萃取的原理，要从水溶液中萃取某种溶质，所选择的萃取剂一定要和水互不相溶。溴单质在有机溶剂中的颜色是橙色到橙红色。
二、海水中碘的提取
【例2】 海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素。碘元素以碘离子的形式存在。实验室从海藻中提取碘的流程如下：
(1)指出从海藻中提取I2的实验操作名称：
①________________，③________________，
②的离子方程式______________________________________________。
(2)提取碘的过程中，可供选择的有机溶剂是( )
A．甲苯、酒精
B．四氯化碳、苯
C．汽油、乙酸
D．汽油、甘油
(3)为使海藻中I－转化为碘的有机溶液，实验室里有烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器。还缺少的仪器是________。
(4)从含碘的有机溶剂中提取碘，还要经过蒸馏，指出下列蒸馏装置中的错误之处_______________________________________________________________。
(5)进行蒸馏操作时，使用水浴加热的原因是________，最后晶态碘在________中。
答案 (1)过滤 萃取 2I－＋Cl2===I2＋2Cl－ (2)B (3)分液漏斗，普通漏斗 (4)见解析 (5)萃取剂沸点较低，I2易升华 烧瓶
解析 (1)为了从悬浊液中分离I－，应用过滤；从I2的水溶液中把它提取出来，应用萃取。
(2)A中酒精，C中乙酸，D中甘油，都是易溶于水的物质，所以不能用于萃取碘。
(3)萃取分液所必需的仪器是分液漏斗，过滤时所需仪器必有普通漏斗。
(4)蒸馏的三点错误：①没有石棉网；②温度计插入液面以下；③冷凝管进、出水方向颠倒。
(5)酒精、乙酸、甘油均不能做为I2的萃取剂。
知识拓展
海带中碘元素的检验
(1)反应原理：2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O
(2)实验步骤及证明方法
变式训练2 海带中的碘元素主要以I－的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2，再萃取出来。证明海带中含有碘的实验方法：
①用剪刀剪碎海带，用酒精湿润，放入坩埚中。
②灼烧海带至完全成灰，停止加热，冷却。
③将海带灰加蒸馏水溶解，搅拌、煮沸、过滤。
④在滤液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入几滴淀粉溶液。(涉及反应的离子方程式为2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O)
在实验过程中用到的玻璃仪器有___________________________________
__________________________________________________________________。
能证明海带中含有碘的实验操作是________(填序号)，现象是________。
答案 烧杯、玻璃棒、漏斗、酒精灯 ④ 滴入淀粉溶液后变蓝
三、海水中镁的提取
【例3】 下表是氧化镁和氯化镁的熔、沸点数据：
物质
氧化镁
氯化镁
熔点/℃
2
852
714
沸点/℃
3
600
1
412
请参考以上数据分析，从海水中提取镁，正确的方法是( )
A．海水Mg(OH)2Mg
B．海水MgCl2溶液―→MgCl2晶体Mg
C．海水Mg(OH)2MgOMg
D．海水Mg(OH)2MgCl2溶液MgCl2(熔融)Mg
答案 D
解析 解答本题既要知道镁是由电解熔融的MgCl2得到，还要知道实际生产中从海水提取MgCl2的途径及原料的合理使用(用石灰乳而不用NaOH)。
知识归纳
海水提镁的生产流程可表示为
变式训练3 从海水中可提取多种化工原料，下面是工业上对海水资源综合利用的示意图。试回答下列问题：
(1)粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SO等杂质离子，精制时所用试剂为A.盐酸；B.BaCl2溶液；C.NaOH溶液；D.Na2CO3溶液。则加入试剂的顺序是________(填序号)。
(2)写出用海滩上的贝壳制Ca(OH)2的化学方程式：________________________
_________________________________________________________________。
(3)电解无水MgCl2可制取镁和Cl2，其中副产品Cl2和Ca(OH)2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，主要考虑到什么问题？________________________________________________________。
(5)从经济效益角度看，该化工厂厂址应选在_________________________
__________________________________________________________________。
答案 (1)B—C—D—A或C—B—D—A或B—D—C—A
(2)CaCO3CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca(OH)2
(3)2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O
(4)经济效益
(5)海边
解析 化工生产是综合利用化学知识解决实际问题的过程，在此过程中，除运用到我们所学的化学知识外，还要从环境保护、能源利用、经济效益等方面考虑。
(1)该小题属离子除杂题。除杂原则是在除去Ca2＋、Mg2＋、SO时，不能带入新的杂质离子。所以，解此题的关键是把握好加入离子的顺序：①Ba2＋必须在CO之前加入；②CO、OH－必须在H＋之前加入，所以B、C不分先后，而D、A本身既分先后，又必须放在B、C之后才能满足条件。
(2)由贝壳→Ca(OH)2的反应为CaCO3→CaO→Ca(OH)2。
(3)漂白粉的主要成分为CaCl2和Ca(ClO)2，可将Cl2通入石灰乳中制得。
(4)海滩上的物质为海水综合利用创造了便利条件，不用运输，就地取材，从经济效益角度考虑是有利的。
(5)由此可见，应在海滩建化工厂或在沿海陆地建厂。
1．下列关于海水的知识不正确的是
( )
A．海水资源的利用包括海水水资源利用和化学资源利用
B．海水既苦又涩，不能直接利用
C．海水中某些金属元素总储量很大，但富集程度却很低
D．海水淡化应同化工生产结合，同能源技术结合
答案 B
解析 海水可直接利用，如冲厕、作冷却水等。
2．某同学设计实验从海带中提取碘：
①滴加稀硫酸和双氧水 ②在海带中加入少量酒精，点燃使其燃烧为灰烬，在灰烬中加水搅拌 ③加四氯化碳并振荡 ④过滤 ⑤分液
该实验的合理操作顺序是
( )
A．①③⑤②④
B．②①③④⑤
C．②④①③⑤
D．③①②⑤④
答案 C
解析 从海带中提取I2的流程为
海带(加少量酒精)海带灰含I－的水溶液I2的水溶液I2的有机溶液，故正确步骤为②④①③⑤，选C。
3．下列有关说法不正确的是
( )
A．工业上可利用海水制取镁
B．实验室可以海带为原料获得碘
C．工业上可用还原剂还原赤铁矿(含Fe2O3)获得铁
D．从海水中提取溴元素(以Br－形式存在)，可以考虑向其中通入F2
答案 D
解析 海水中含大量Mg2＋，海带中含碘元素，因此工业上可利用海水制镁，实验室中用海带制碘，A、B正确；赤铁矿主要成分为Fe2O3，可用还原剂如焦炭还原Fe2O3获得铁，C正确；因F2能与水剧烈反应，反应方程式：2F2＋2H2O===4HF＋O2，因此D错误。
4．海水提取镁的最基本方法是往海水中加____________，得到________沉淀，将沉淀分离出来后再加入________把它变成________；之后，经过结晶、______、干燥、______，就可得到金属镁。
答案 碱 氢氧化镁 盐酸 氯化镁 过滤 电解
5．海水是可以综合利用的。从海水中提取食盐和溴的过程如下：
(1)请写出一种海水淡化的方法：_____________________________________。
(2)步骤Ⅰ获取Br2的离子方程式为___________________________________。
(3)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Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，在该反应中，还原剂是________________(填化学式)。若反应中生成4
mol
HBr，则消耗________mol
SO2。
答案 (1)蒸馏法 (2)Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－ (3)SO2 2
解析 海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。海水淡化后得到NaCl，电解其熔融态可生成Na和Cl2，利用生成的Cl2氧化浓缩海水中的Br－得到Br2，离子反应方程式为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，然后通入空气，吹出Br2，再用SO2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4
mol
HBr，则消耗2
mol
SO2，最后再向含HBr的溶液中通入适量Cl2，蒸馏得到Br2。
[经典基础题]
题组1 海水的综合利用
1．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从海水中获得的物质是
( )
A．Cl2、Br2、I2
B．Na、Mg、Al
C．食盐、淡水
D．NaOH、H2
答案 C
解析 A、B、D中的物质必须经化学变化，才能够从海水中获取。
2．海水是一个巨大的化学资源宝库，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可以得到钾单质
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Cl2
D．利用潮汐发电是将化学能转化为电能
答案 C
解析 海水中的钾元素是以化合态形式存在，要求化合态转化为游离态，一定发生氧化还原反应，A不正确；海水蒸发制海盐，是发生了物理变化，B错误；电解熔融NaCl可以制得Na和Cl2，C正确；潮汐发电是将机械能转化为电能，因此D也不正确。
3．NaCl是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
( )
①烧碱 ②纯碱 ③金属钠 ④氯气 ⑤盐酸
A．①②③④⑤
B．①②③④
C．①②③⑤
D．①②④⑤
答案 A
解析 在氯碱工业中，2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，H2与Cl2化合被水吸收可得盐酸。2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。在制纯碱工业中主要利用如下原理：NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl；2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑。
题组2 海水提取溴碘及其性质应用
4．从海水中提取的溴约占世界溴年产量的，从海水中提取溴的主要步骤可表示为
( )
A．氧化→吸收→吹出
B．氧化→吹出→吸收
C．吹出→氧化→吸收
D．吹出→吸收→氧化
答案 B
解析 从海水中提取溴，先用氧化剂将溴离子氧化为溴单质，再用热空气吹出后用碱液吸收。
5．海水提溴过程中将Br－氧化成Br2，可向其中加入氧化剂，合适的是
( )
A．酸性KMnO4溶液
B．氯水
C．FeCl3溶液
D．碘水
答案 B
解析 Fe3＋和I2的氧化性都不如Br2的强，C、D不正确；酸性KMnO4溶液能氧化Br－，但不适合工业生产用，KMnO4价格比较贵。
6．从海带中提取碘的实验过程中涉及下列操作，其中正确的是
( )
答案 D
解析 灼烧海带应用坩埚，A项错误；过滤时应用玻璃棒引流，B项错误；苯的密度比水的小，萃取后的混合溶液中苯在上层，应从分液漏斗上口倒出，C项错误。
7．甲、乙、丙三溶液各含有一种X－(X－为Cl－、Br－或I－)，向甲中加入淀粉溶液和氯水，则溶液变为橙色，再加丙溶液，颜色无明显变化。则甲、乙、丙依次含有
( )
A．Br－、I－、Cl－
B．Br－、Cl－、I－
C．I－、Br－、Cl－
D．Cl－、I－、Br－
答案 A
解析 向甲中加入淀粉溶液和氯水，溶液变为橙色，应是溴水的颜色，则甲中必含有Br－，被Cl2置换生成了Br2，由此否定了C、D；再加丙溶液，颜色无明显变化，说明丙溶液中不含I－，否则加入后应被Br2所置换，生成I2，溶液应为蓝色，与题给条件不符，则丙溶液只能含有Cl－，I－必在乙溶液中。因此甲、乙、丙溶液依次含有Br－、I－、Cl－。
8．检验海带中碘元素的实验中，发生如下反应：2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O，下列对该反应的叙述中不正确的是
( )
A．I2为氧化产物
B．H2O2既作氧化剂又作还原剂
C．氧化性强弱顺序为H2O2>I2
D．生成1
mol
I2时转移2
mol电子
答案 B
解析 2I－＋H2O2＋2H＋===I失2×e－2＋2H2O得2×e－，该反应中I2为氧化产物，H2O2作氧化剂，根据氧化性由强到弱的顺序为氧化剂>氧化产物，所以氧化性H2O2>I2；反应中每生成1
mol
I2，转移2
mol电子。
[能力提升题]
9．全球海水中溴的储藏量丰富，约占地球溴总储藏量的99%，故溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65
mg·L－1。其工业提取方法有：
(1)空气吹出纯碱吸收法。方法是将氯气通入到富含溴离子的海水中，把溴置换出来，再用空气将嗅吹出，用纯碱溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到溴单质。该方法涉及的反应有①______________________(写出化学方程式)；②3Br2＋3CO===BrO＋5Br－＋3CO2↑；③BrO＋5Br－＋6H＋===3Br2＋3H2O。其中反应②中氧化剂是________；还原剂是________。
(2)空气吹出SO2吸收法。该方法基本同(1)，只是将溴吹出后是用SO2来吸收的，使溴转化为氢溴酸，然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质溴。写出溴与二氧化硫反应的化学方程式：__________________________________________
______________________________。
(3)溶剂萃取法。该法是利用单质溴在水中和溶剂中溶解度的不同的原理来进行的。实验室中萃取用到的实验仪器名称是________。下列可以用于海水中溴的萃取的溶剂是________(填序号)。
①乙醇 ②四氯化碳 ③硝酸
答案 (1)Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2 Br2 Br2
(2)Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4
(3)分液漏斗 ②
解析 工业上提取溴的原理：将氯气通入到富含溴离子的海水中，把溴置换出来，然后被某些溶液吸收，再提纯即可得到。Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2，溴与二氧化硫反应的化学方程式：Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4，方法(3)是利用物理方法，用有机溶剂溶解，因为溴易溶于有机溶剂，作为海水中萃取溴的溶剂只能是②四氯化碳。
10．海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：
(1)Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去？写出实验步骤。__________________________________________________________________
(2)实验室将粗盐制成精盐的过程中，溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的：
①溶解：
_________________________________________________________。
②过滤：_________________________________________________________。
③蒸发：__________________________________________________________。
答案 (1)加入MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤 (2)搅拌，加速固体溶解 引流，防止液体外溅 搅拌，防止因局部过热而使液体或晶体飞溅
解析 (1)为防止引入新杂质，可用MgCl2溶液或Mg(NO3)2溶液将Ca(OH)2转化为Mg(OH)2，然后过滤洗涤得Mg(OH)2。
(2)溶解固体时使用玻璃棒是为了加速固体的溶解；在过滤时使用玻璃棒引流，可防止液体外溅；蒸发结晶过程中，使用玻璃棒搅拌，可防止因局部过热而使液体或晶体飞溅。
11．镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的。主要步骤如下：
(1)为了使MgSO4转化为Mg(OH)2，试剂①可以选用________，要使MgSO4完全转化为沉淀，加入试剂的量应为________________。
(2)加入试剂①后，能够分离得到Mg(OH)2沉淀的方法是_________________
_______________________________________________________。
(3)试剂②选用________；写出其反应的离子方程式_______________________
_________________________________________________________________。
(4)无水MgCl2在熔融状态下，通电后产生镁和氯气，该反应的化学方程式为_________________________________________________________________。
答案 (1)石灰乳 过量 (2)过滤 (3)盐酸 Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O (4)MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
解析 (1)工业上常加入廉价的石灰乳使海水中的MgSO4转化为Mg(OH)2；为使MgSO4完全转化为Mg(OH)2，应加入过量石灰乳。
(2)加入石灰乳产生Mg(OH)2，通过过滤将Mg(OH)2分离出来。
(3)用盐酸溶解Mg(OH)2，反应的离子方程式为Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O
(4)工业上电解熔融MgCl2制取Mg，反应的化学方程式为MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
12．空气吹出法工艺，是目前“海水提溴”的最主要方法之一。其工艺流程如下：
(1)步骤③的离子方程式：__________________________________________。
(2)步骤⑤中溴蒸气冷凝后得到液溴与溴水的混合物，可利用它们的相对密度相差很大的特点进行分离。分离仪器的名称是________。
(3)溴水混合物Ⅱ中溶有一定量的氯气，因此在步骤⑤中可将蒸馏产生的气体通过________(填试剂名称)溶液，以除去氯气。
(4)步骤⑤的蒸馏过程中，温度应控制在80～90
℃。温度过高或过低都不利于生产，请解释原因：_________________________________________________
________________________________________________________________。
(5)步骤①中用硫酸酸化可提高Cl2的利用率，理由是______________
________________________________________________________________。
(6)提取溴单质，采用蒸馏“溴水混合物Ⅱ”而不是蒸馏“溴水混合物Ⅰ”，请说明原因：_______________________________________________________
_________________________________________________________________。
答案 (1)Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO
(2)分液漏斗 (3)溴化铁(或其他含Br－的盐类物质)
(4)温度过高，大量水蒸气被蒸出，溴蒸气中水增加；温度过低，溴不能完全蒸出，吸收率低
(5)酸化可抑制Cl2、Br2与水反应
(6)将“溴水混合物Ⅰ”转变为“溴水混合物Ⅱ”是Br2的浓缩过程，可提高效率，减少能耗，降低成本
解析 海洋是资源的宝库，海水化工是考试的热点。占地球储量99%的溴分布在海洋中，从海水中提取溴，一般要经过浓缩、氧化、提取三个步骤。
步骤①的氯气氧化发生的反应是Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2，生成的溴仍溶解在海水中，怎样才能把溴提取出来呢？根据溴的沸点比水低的性质，可以鼓入热空气(步骤②)，使它和热空气一起挥发出来，再用SO2吸收(步骤③)：Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO，这样可以得到较大浓度的含Br－的溶液，进一步用氯气氧化(步骤④)，得到Br2，然后蒸馏便得到了液溴。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
[目标导航] 1.了解金属在自然界中的存在形式，掌握金属冶炼的一般方法和原理。2.掌握铝热反应原理及实验步骤。3.了解金属回收和资源保护的意义。4.认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。
一、金属的冶炼
1．金属在自然界中存在的形态
除了金、铂等极少数金属以外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。
2．金属冶炼的原理
金属的冶炼是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
(1)热分解法：适用于金属活动顺序表中Hg及其以后的金属。
2HgO2Hg＋O2↑；2Ag2O4Ag＋O2↑。
(2)热还原法：适用于金属活动顺序表中Zn、Cu之间的金属。
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2；
WO3＋3H2W＋3H2O；
Cr2O3＋2AlAl2O3＋2Cr。
(3)电解法：适用于金属活动顺序表中Al及其以前的金属。
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑；
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
拓展延伸 ①电解熔融的NaCl和电解NaCl溶液的产物不同。
②工业上冶炼镁是电解MgCl2而不是MgO的原因是MgO的熔点比MgCl2的高，冶炼铝是电解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融状态不导电。
【议一议】
1．判断下列说法是否正确
(1)黄金的冶炼可用热分解法。( )
(2)金属阳离子被还原，一定会得到金属单质。( )
(3)工业上电解MgCl2溶液制取Mg。( )
答案 (1)× (2)× (3)×
2．利用CO冶炼铁的反应是置换反应吗？
答案 3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，不是置换反应
二、金属资源的合理开发利用
1．合理开发利用金属资源
金属的冶炼需要消耗大量的资源和能源，还会造成环境污染，地球上的金属资源是有限的，是不可再生的，因此金属资源应合理地开发利用。
2．有效利用金属资源的途径
(1)提高金属的利用率，减少金属的使用量；
(2)加强金属资源的回收和再利用；
(3)使用其他材料代替金属材料。
【议一议】
3．请你列举身边常见的金属制品的成分，并讨论它们被人类使用的历史。
(1)铜：使用历史悠久；
(2)铁：比铜的使用稍晚；
(3)铝：近代才开始广泛使用；
(4)镁合金、锂电池：现代才开始使用。
一、金属冶炼的原理与方法
【例1】 下列金属冶炼原理错误的是( )
A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
B．MgO＋H2Mg＋H2O
C．Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2
D．2HgO2Hg＋O2↑
答案 B
解析 Na、Mg通常用电解法制取，Fe用还原剂法制取，Hg可用加热其化合物的方法制取。Mg的活动性比H2强，H2不能置换出Mg，B项错。
规律归纳
1．金属的冶炼原理：金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属阳离子得到电子被还原为金属单质的过程，即：Mn＋＋ne－===M。
2．金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系：
金属的活动性顺序
K、Ca、Na、Mg、Al
Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu
Hg、Ag
Pt、Au
金属原子失电子能力
强→弱
金属离子得电子能力
弱→强
主要冶炼方法
电解法
热还原法
热分解法
物理方法
3.常用的热还原法：
变式训练1 冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法 ②水煤气(或氢气，或一氧化碳)法 ③活泼金属置换法 ④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜；现代有(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是( )
A．(Ⅰ)用①
B．(Ⅱ)用②
C．(Ⅲ)用③
D．(Ⅳ)用④
答案 B
解析 选择金属的冶炼方法要考虑金属在自然界中存在的状态及金属的活动性。
(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)发生的反应分别是
(Ⅰ)：Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O，C＋2CuO2Cu＋CO2↑，符合①；
(Ⅱ)：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，符合③；
(Ⅲ)：2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr，符合③；
(Ⅳ)：先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑，符合④。
二、铝热反应
【例2】 如图为铝热反应的实验装置，
请回答下列问题：
(1)该实验装置中还缺________。引发铝热反应的操作为__________________
______________________________________________________。
(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)铝热反应的用途有哪些____________________________________________。
答案 (1)镁条和氯酸钾 在混合物中间插一根镁条，将氯酸钾放在混合物上镁条的周围，点燃镁条
(2)不能 镁比铝活泼，铝不能置换镁
(3)用于焊接钢轨；冶炼某些熔点高的金属
解析 (1)利用镁条燃烧放热从而引发铝热反应，同时促使KClO3分解产生O2，使镁条快速燃烧。
(2)Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。
知识归纳
1．铝热反应
(1)概念：铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应。
(2)原理：Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来。
(3)铝热剂：铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物。
(4)反应特点：
①在高温下进行。
②反应迅速并放出大量的热。
③新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离。
(5)应用：冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等。
2．铝热反应实验
实验操作
实验现象
(1)镁条剧烈燃烧(2)氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应(3)反应放出大量的热，并发出耀眼的白光(4)纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
实验结论
在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热
变式训练2 如图所示，用两张圆形滤纸分别折
叠成漏斗状，套在一起，使四周都有四层。把内层漏斗取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上，下面放置盛沙的蒸发皿。把5
g炒干的氧化铁粉末加2
g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条。
观察发生的现象。通过以上实验信息，回答下列问题。
(1)写出该反应的化学方程式：______________________________________
________________________________________________________________，
在该反应中______________是氧化剂，________是还原剂，该反应称为________反应。
(2)选出该实验的实验现象(填写在横线上)：________。
①镁条剧烈燃烧；②放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射；③纸漏斗的下部被烧穿；④有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体。
(3)写出下列操作或物质的作用：内层纸漏斗底部剪一个孔：__________________；蒸发皿盛沙：__________________________________
______________________________________；
镁条：______________________；氯酸钾：____________________________
____________________________________________。
(4)如何用简单的方法证明生成物中有金属铁？
答案 (1)2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3 Fe2O3 Al 铝热 (2)①②③④ (3)使熔融物易于落下 防止溅落物炸裂蒸发皿，同时防止溅落物迸溅过远对周围人造成伤害 引燃剂，引起氯酸钾分解 助燃剂，为镁条继续燃烧提供氧气，引发铝热反应 (4)用磁铁吸引生成物，磁铁上有黑色物质被吸附，则证明生成物中有金属铁。
1．下列金属元素在自然界中可以游离态形式存在的是
( )
A．K
B．Na
C．Ca
D．Au
答案 D
2．下列说法错误的是
( )
A．对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用
B．提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步
C．活泼金属的冶炼都是通过电解其盐溶液
D．热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等
答案 C
解析 活泼金属的冶炼是电解其熔融盐(如MgCl2、NaCl等)或熔融氧化物(如Al2O3等)制得的，电解其盐溶液得不到金属单质，C错误。
3．用铝热法还原下列化合物，若获得金属各1
mol，消耗铝最少的是
( )
A．MnO2
B．Cr2O3
C．WO3
D．CuO
答案 D
解析 制备1
mol金属，根据氧化还原反应中得失电子数相等的原理，金属离子得电子数越多，需要铝的质量越大。而生成1
mol金属，该金属在化合物中化合价越高，则消耗铝越多；反之则越少。在这四种化合物中只有D项中Cu的化合价最低，故选D。
4．下列说法中，正确的是
( )
A．简单地说，金属的冶炼就是把金属单质从其矿物中分离出来
B．金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被氧化
C．金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被还原
D．金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原
答案 C
解析 金属冶炼的原理是利用氧化还原反应，把金属矿物中的金属阳离子还原成金属单质，因此，金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被还原。
5．(1)Al与Fe3O4发生铝热反应的化学方程式为____________________________
_________________________________________________________________，
该反应中氧化剂是____________，还原剂是____________________________。
(2)工业上电解冶炼铝的化学方程式为__________________________________
_________________________________________________________________。
若电路中通过1
mol电子，可以得到Al________g。
答案 (1)8Al＋3Fe3O44Al2O3＋9Fe Fe3O4 Al
(2)2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 9
[经典基础题]
题组1 金属及其冶炼方法的选择
1．从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。如图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限，之所以有先后，主要取决于
( )
A．金属的导电性强弱
B．金属在地壳中的含量多少
C．金属的化合价高低
D．金属的活动性强弱
答案 D
解析 由于人类掌握科学知识的局限性，越活泼的金属越难以冶炼，故发现年代越晚。
2．下列金属一般用电解熔融盐的方法冶炼的是
( )
A．活动性强的金属
B．活动性弱的金属
C．人类较早使用的金属
D．明代作货币的金属
答案 A
解析 金属活动性强的金属如Na、K、Mg、Ca等，一般用电解熔融盐的方法冶炼。
3．我国古代的湿法冶金术是世界闻名的。我国在世界上最先应用湿法冶金术冶炼出来的金属是
( )
A．Fe
B．Cu
C．Ag
D．Hg
答案 B
解析 铜的盐溶液与铁等较活泼的金属可发生置换反应。
4．下列冶炼方法中，不能将化合物中的金属元素还原为金属单质的是
( )
A．加热Al2O3
B．加热HgO
C．电解熔融NaCl
D．铝粉和Fe2O3共热
答案 A
解析 金属钠是活泼金属，用电解法制取，汞用加热HgO制取，A项中加热Al2O3难以分解；D项中铝粉和Fe2O3组成铝热剂，可将Fe2O3中的铁还原成单质。
5．下列化工生产原理错误的是
( )
①可以电解熔融的氯化钠来制取金属钠 ②可以将钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁 ③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝 ④炼铁时高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热
A．②③
B．①③
C．①②③
D．②③④
答案 D
解析 钠特别活泼，加入氯化镁溶液时钠先与水反应生成NaOH和H2，Mg2＋和OH－反应生成Mg(OH)2沉淀，②错；冶炼铝使用的是Al2O3，③错；高炉炼铁中所发生的反应是放热反应，但仍需要高温，④错。
6．金属K与Na金属性相近，用K与钠盐共熔时，很难将Na从混合物中分离。若调整温度到一定程度，则可用Na与KCl反应制取金属K。已知四种物质的熔、沸点如下：
K
Na
KCl
NaCl
熔点(℃)
63.65
97.8
770
801
沸点(℃)
774
882.9
1
500(升华)
1
431
根据平衡移动原理可推知，用Na与KCl反应制K的适宜温度是
( )
A．97.8～770
℃
B．770～774
℃
C．774～882.9
℃
D．1
413～1
500
℃
答案 C
解析 在金属活动性顺序表中，Na排在K的后面，似乎不能从K的熔融盐中置换出K。但将Na与KCl共熔，其共熔体中Na＋、K＋、Cl－和e－自由移动，如果继续加热，则Na、K、NaCl和KCl首先沸腾者先逸出。工业上，就是采用这种原理用Na还原K的，因为K的沸点比Na、NaCl、KCl的沸点都低，且低于NaCl的熔点。
题组2 铁的冶炼
7．实验室欲使1.6
g氧化铁完全还原，事先应准备的CO在标况下的体积为
( )
A．672
mL
B．336
mL
C．大于672
mL
D．小于336
mL
答案 C
解析 由3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2可知消耗CO
672
mL，但气体与固体反应不充分，反应前要先通入一会儿CO赶尽空气，Fe冷却要在CO的气氛中，故CO实际用量应大于672
mL。
8．铁是地壳中含量很丰富的元素，金属铁是在高炉中冶炼的，在冶金工业中，常用焦炭来冶炼铁。
(1)写出焦炭在高炉中所参与的两个反应的化学方程式：
_________________________________________________________________。
(2)写出赤铁矿被CO还原成铁的化学方程式：__________________________
_________________________________________________________________。
(3)实验室中可用CO还原Fe2O3，在加热Fe2O3前应________，直到无________现象时才能点燃酒精灯加热，否则可能发生________现象，未反应完全的CO________(填“能”或“不能”)排放到大气中，应做________处理。
答案 (1)C＋O2CO2，C＋CO22CO
(2)3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2
(3)验纯 爆鸣 爆炸 不能 点燃
解析 (1)在冶炼铁的过程中，为提高C的利用率，先发生反应C＋O2CO2，再发生反应：CO2＋C2CO，用CO还原Fe2O3，接触更充分，效果更好。
(3)加热Fe2O3之前应先检验CO的纯度，否则会发生爆炸，由于CO有毒，故未完全反应的CO应点燃，以防污染环境。
题组3 稀有金属的冶炼
9．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＋7O22MoO3＋4SO2 ②MoO3＋2NH3·H2O===(NH4)2MoO4＋H2O ③(NH4)2MoO4＋2HCl===H2MoO4↓＋2NH4Cl ④H2MoO4MoO3＋H2O
⑤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项明显错误，生成物SO2对环境污染严重；B项，根据②中生成物(NH4)2MoO4可知，该化合物属于盐，对应的酸是H2MoO4，故MoO3不属于碱性氧化物，B项错；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；D项，1
mol
H2、1
mol
CO和1
mol
Al作还原剂时，失去的电子数分别为2
mol、2
mol和3
mol，还原等量的MoO3，故转移电子相同，此时n(H2)∶n(CO)∶n(Al)＝3∶3∶2。
10．钛是一种活泼金属，具有密度小、熔点高、可塑性强、机械强度高等性能。工业上常用硫酸分解铁钛矿石来制备二氧化钛，用以冶炼钛，主要有以下五个反应：
①FeTiO3＋2H2SO4===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O
②TiOSO4＋2H2O===H2TiO3↓＋H2SO4
③H2TiO3TiO2＋H2O
④TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4↑＋2CO↑
⑤TiCl4＋2Mg2MgCl2＋Ti
(1)针对以上五个反应，下列叙述错误的是________。
A．反应①是非氧化还原反应
B．反应②生成了两种酸
C．反应④中的TiO2是氧化剂
D．反应⑤表现了金属镁比金属钛的还原性强
(2)钛具有很强的耐腐蚀性，以下对其原因的分析正确的是________。
A．钛是像金、铂一样的不活泼金属
B．金属钛的表面易形成致密的氧化膜
C．钛与氧气、酸等腐蚀剂不反应
D．钛有很高的强度
答案 (1)C (2)B
解析 (1)在反应①中没有化合价的变化，反应②中，化学式H2TiO3符合酸的一般化学式，它是钛酸的化学式。反应④中，钛元素的化合价保持不变，氯气是氧化剂，碳是还原剂，反应⑤，镁是还原剂，钛是还原产物，所以镁的还原性强于钛。
(2)题目中一开始就指出：钛是一种活泼的金属，但是钛耐腐蚀性强，联系金属铝的性质，铝表面易形成致密的保护膜，阻止反应继续进行，以此类推钛，很容易选择B。
[能力提升题]
11．铁是应用最广泛的金属，自远古时代人类就学会了炼铁，到目前为止，人类研制出了很多炼铁的方法。某研究性学习小组同学在实验室中模拟工业炼铁的过程，实验装置如下：
(1)写出得到单质铁的化学方程式：___________________________________。
(2)实验过程中看到玻璃管内的粉末由红棕色逐渐变黑，请设计一个实验来验证生成了单质铁：___________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)装置末端气球的作用为__________________________________________。
实验结束时，应该先停止加热还是先停止通入CO？原因是什么？__________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案 (1)Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
(2)取少量粉末放于试管中，加少量盐酸，若产生无色无味气体，则证明生成了单质铁
(3)收集CO，防止污染空气 先停止加热，防止生成的铁再次被氧化
解析 检验是否生成单质，在反应结束后，待玻璃管内的固体冷却，取少量放于试管中，加少量盐酸，若产生无色无味气体(H2)，则证明生成了单质铁；反应结束后，得到的铁还是炽热的，若先停止通入CO，会导致铁又被氧化，所以，应该先停止加热，待玻璃管内的固体冷却后，再停止通入CO。
12．钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料。制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿，我国的钛铁储量居世界首位。含Fe2O3的钛铁矿(主要成分为FeTiO3)制备TiO2流程如下：
(1)步骤①加Fe的目的是__________；步骤②冷却的目的是________
________________________________________________________________。
(2)上述制备TiO2的过程中，可以利用的副产物是__________；考虑成本和废物综合利用因素，废液中应加入______处理。
(3)由金红石(TiO2)制取单质钛(Ti)，涉及到的步骤为
―→
反应TiCl4＋2Mg===2MgCl2＋Ti在Ar气氛中进行的理由是_______________
_________________________________________________________。
答案 (1)将Fe3＋还原为Fe2＋
析出绿矾(FeSO4·7H2O)
(2)绿矾(FeSO4·7H2O) 生石灰(或碳酸钙、废碱)
(3)防止高温下镁或钛与O2、N2等反应
解析 (1)分析框图知，铁最终转化成副产品绿矾，所以要将＋3价Fe转化为＋2价Fe，降温减小FeSO4·7H2O的溶解度，有利于绿矾结晶。
(2)水浸后发生的离子反应为TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋，废液主要呈酸性，所以应加入CaO、CaCO3或碱。
(3)反应后Ti和Mg易与空气中O2、N2等反应，故在Ar气氛中进行。章末检测
(时间：90分钟 满分：100分)
一、选择题(本题包括16个小题，每小题3分，共48分。每小题只有一个选项符合题意)
1．下列做法不能体现低碳生活的是
( )
A．减少食物加工过程
B．注意节约用电
C．尽量购买本地的、当季的食物
D．大量使用薪柴为燃料
答案 D
解析 薪柴燃烧释放出二氧化碳气体，不符合“低碳生活”的理念；减少食物的加工过程和节约用电，可少耗能量，减少释放二氧化碳的量，符合“低碳生活”的理念；购买本地和当季食物，可以减少运输过程的能量耗损，减少二氧化碳的排放，符合“低碳生活”的理念。
2．钠多以资源丰富的NaCl为原料来制备，下列方法中能够制备出金属钠的是
( )
A．加热NaCl晶体
B．用金属钾置换NaCl溶液中的Na＋
C．电解NaCl溶液
D．电解熔融的NaCl
答案 D
3．下列关于化学与生产、生活的认识不正确的是
( )
A．CO2、CH4、N2等均是造成温室效应的气体
B．使用清洁能源是防止酸雨发生的重要措施之一
C．节能减排符合低碳经济的要求
D．合理开发利用可燃冰(固态甲烷水合物)有助于缓解能源紧缺
答案 A
解析 由于N2不是造成温室效应的气体，所以A不正确。
4．下列不属于海水化学资源利用的是
( )
A．海水淡化
B．海水提盐
C．海水提溴
D．海水提碘
答案 A
解析 海水淡化是海水水资源的利用，而海水提盐、海水提溴、海水提碘等均是海水化学资源的利用。
5．下列氧化物不能跟铝粉组成铝热剂的是
( )
A．Cr2O3
B．MnO2
C．MgO
D．V2O5
答案 C
解析 MgO和Al不能在熔融状态发生置换反应。
6．下列说法正确的是
( )
A．禁止使用四乙基铅作汽油抗爆震剂，可减少汽车尾气污染
B．聚乙烯可发生加成反应
C．煤的干馏和石油的分馏均属化学变化
D．石油分馏可获得乙烯、丙烯和丁二烯
答案 A
解析 铅是一种重要的污染物，A项正确；乙烯加聚反应生成聚乙烯后，双键变单键不能发生加成反应，B项错误；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，C项错误；石油分馏得到的是不同沸点的烃类化合物，如汽油、煤油、柴油等，只有通过裂解的方法可得到乙烯等不饱和的烃类物质，D项错误。
7．绿色化学概念从一提出来，就明确了它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各环节都实现净化和无污染的反应途径。下列化工生产中体现绿色化学内涵的是
( )
①减少“三废”排放量
②考虑有关原材料的再生利用
③出现污染问题再治理
④回收未反应的原料、副产物、助溶剂、稳定剂等非反应试剂
⑤拒绝使用无法替代、无法回收、无法再生和重复使用的有毒副作用、污染明显的原料
A．①③④
B．①②③⑤
C．①②④⑤
D．②③④⑤
答案 C
解析 对出现的污染问题及时治理属于环境治理的范畴，不能体现绿色化学的内涵。
8．下列说法中不正确的是
( )
A．石油化学工业是以石油为原料，既生产石油产品又生产化学用品的石油加
工业
B．石油裂化既能提高汽油产量，又能提高汽油的质量
C．石油的裂解和裂化都是化学变化，但二者的目的不一样
D．烷烃在裂解过程中既可发生断链裂解又可发生脱氢裂解
答案 A
解析 石油化学工业的原料是石油和天然气，A项不正确；石油裂化既能提高汽油的产量又能提高汽油的质量，裂解是深度裂化，以获取化工原料乙烯、丙烯、丁烯为生产目的，B、C项均正确；烷烃裂解方式有两种，即断链和脱氢，D项正确。
9．化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。下列说法正确的是( )
A．为提高农作物的产量和质量，应大量使用化肥和农药
B．绿色化学的核心是应用化学原理对环境污染进行治理
C．实现化石燃料清洁利用，就无需开发新能源
D．垃圾是放错地方的资源，应分类回收利用
答案 D
解析 化肥和农药可以提高农作物的产量和质量，但大量使用时会污染土壤；绿色化学的核心是实现零污染、零排放；化石燃料在自然界中不是取之不尽、用之不竭的，还需开发新能源。
10．下列说法中不正确的是
( )
A．金属的冶炼原理，就是运用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其
化合物中还原出来
B．冶炼金属时，必须加入一种物质作还原剂
C．金属由化合态变为游离态，一定是被还原
D．金属单质被发现和应用的越早，其活动性越弱
答案 B
解析 金属的冶炼就是把金属从其化合物中还原出来；有些金属冶炼时不需要还原剂，例如：Hg和Ag的冶炼，工业上用热分解法使HgO和Ag2O分解来获得Hg和Ag；金属在化合态中显正价，变成游离态化合价降低，被还原；金属活动性越弱，金属的获取越容易，金属单质被发现和应用的越早。
11．常见的污染物分为一次污染物和二次污染物。二次污染物是排入环境中的一次污染物在物理化学因素或微生物作用下，发生化学变化所生成的新污染物，如反应2NO＋O2===2NO2中，二氧化氮为二次污染物，下列三种物质：①硫化氢；②二氧化硫；③汽油，其中能生成二次污染物的是
( )
A．①②
B．②③
C．①③
D．全部都是
答案 A
解析 由2H2S＋3O22SO2＋2H2O，产生二次污染物SO2；SO2是形成酸雨的主要物质；汽油不是污染物，汽油燃烧生成CO等，是一次污染物，故答案为A。
12．保护环境是每个公民的责任和义务。引起下列环境污染的原因不正确的是
( )
A．重金属、农药和难分解有机物等会造成水体污染
B．装饰材料中的甲醛、芳香烃及氡等会造成居室污染
C．水体污染会导致地方性甲状腺肿
D．CO2和氟氯代烃等物质的大量排放会造成温室效应的加剧
答案 C
解析 地方性甲状腺肿是机体缺碘引起的，与环境污染无关。
13．工业制备铝一般是通过铝土矿制得纯净的Al2O3，然后得到铝。而不是电解氯化铝，其主要原因是
( )
A．AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电
B．电解AlCl3生成的Cl2会污染大气
C．用氢气还原氧化铝即可得到铝
D．AlCl3不存在
答案 A
解析 AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电，A正确；Cl2虽然会污染大气，但电解NaCl制金属钠时也产生Cl2，况且Cl2还是重要的化工原料，B错误；铝是活泼金属只能利用电解法制取，C错误；固体、溶液中均存在氯化铝，D错误。
14．煤是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境。最近，某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%)。下列有关说法正确的是
( )
①煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化 ②煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化 ③该技术实现了煤的清洁利用 ④该技术实现了煤的高效利用
A．①②③
B．①②④
C．①③④
D．②③④
答案 C
解析 煤粉加压气化是将煤变成以CO和H2为主要成分的合成气，此过程涉及化学变化和物理变化，减少了污染，提高了煤的利用率。
15．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．天然气作为化工原料主要用于合成氨和生产甲醇
B．煤可以直接液化，煤与氢气作用生成液体燃料
C．煤是以单质碳为主的复杂混合物，干馏时单质碳与混合的物质发生化学变
化
D．聚乙烯塑料的主要成分聚乙烯是由乙烯通过聚合反应制得的
答案 C
解析 煤是有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素。故选C项。
16．以下反应最符合绿色化学原子经济性要求的是
( )
A．乙烯聚合为聚乙烯高分子材料
B．甲烷与氯气制备一氯甲烷
C．以铜和浓硝酸为原料生产硝酸铜
D．用SiO2制备高纯硅
答案 A
解析 绿色化学原子经济性即反应不产生副产物和污染物。A项，nCH2===CH2?CH2—CH2?，符合题意；B项，CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl……副产物过多；C项，Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，NO2有毒，会产生污染；D项，SiO2制备高纯硅，SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，Si(粗)＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si＋4HCl，会生成CO及HCl气体，污染环境，故正确答案为A。
二、非选择题(本题共5个小题，共52分)
17．(10分)如何从石油中获得更多的轻质燃油一直是化学家探索的课题，将石油分馏得到的重油进行裂化可以获得更多的轻质燃油。
资料一 石蜡是含有20～30个碳原子的烷烃的混合物，常温下呈固态。
资料二 石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化剂。
某研究性学习小组在实验室中模拟石油的催化裂化，装置如图：实验过程中可观察到烧瓶中固体石蜡先熔化，试管Ⅱ中有少量液体凝结，试管Ⅲ中酸性高锰酸钾溶液褪色，实验后闻试管Ⅱ中液体气味，具有汽油的气味。
(1)该装置仪器连接的顺序应遵循的原则为__________________________，
为保证实验成功，实验前必须进行的操作是____________________________
_________________________________________________________________，
装置中较长导管的作用是___________________________________________。
(2)试管Ⅱ中少量液体凝结说明了_________________________________。
(3)试管Ⅲ中溶液褪色说明了________________________________________。
(4)能否用试管Ⅱ中的液体萃取溴水中的溴，理由是_______________________
_________________________________________________________________。
(5)写出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式________________________
________________________________________________________________。
(6)石油裂化的重要意义是__________________________________________。
答案 (1)从下往上，从左往右 检查装置的气密性 导气和冷凝气体
(2)裂化生成了碳原子数大于4的烃
(3)裂化生成了碳原子数小于5的烯烃
(4)不能，因为裂化产物中有烯烃，易与溴发生加成反应
(5)C20H42C10H22＋C10H20
(6)可提高石油产品中轻质燃油，特别是汽油的产量和质量
解析 仪器连接的顺序应遵循从下往上，从左到右的原则，装入药品之前要检查装置的气密性。依据石油分馏工业的分馏塔原理，设置了长导管，其作用除导气外，兼起冷凝气体的作用；试管Ⅱ中有液体生成，说明生成4个碳原子数以上的烃，因为常温、常压下，4个碳原子数以上的烃大都呈液态，试管
Ⅲ中酸性KMnO4溶液褪色说明生成常温、常压下呈气态的5个碳原子数以下的烯烃；由于裂化产物中有烯烃生成，易与溴发生加成反应，所以不能用来萃取卤素单质；从以上变化可以看出，石油裂化的主要目的是为了获得更多的轻质燃油，特别是提高汽油的产量和质量。
18．(10分)某研究性学习小组对铝热反应实验展开研究。查阅有关资料后得知，“铝热反应”的现象为“反应放出大量的热，并发出耀眼的白光”、“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的熔点和沸点数据如下：
物质
Al
Al2O3
Fe
Fe2O3
熔点/℃
660
2
054
1
535
1
462
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：该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁的低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释________(填“合理”或“不合理”)。
(2)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____________________
________________________________。
(3)实验室溶解该熔融物，最适宜采用下列试剂中的________(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)NaOH溶液 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ (3)B
19．(10分)在一定条件下，可实现下图所示物质之间的转化：
请完成下列问题：
(1)孔雀石的主要成分是CuCO3·Cu(OH)2(碱式碳酸铜)，受热易分解。图中的F是________(填化学式)。
(2)写出明矾溶液与过量NaOH溶液反应的离子方程式：
________________________________________________________________。
(3)写出B―→E＋D的反应方程式：___________________________________
_____________________________________。
(4)图中所得C和D都为固体，混合后在高温下可发生反应，写出该反应的化学方程式：_______________________________________________________，
该反应消耗了1
mol
C，则转移的电子数为__________________________
______________________________________________。
答案 (1)CO2 (2)Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O
(3)2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
(4)3CuO＋2Al3Cu＋Al2O3 2NA(或1.204×1024)
解析 首先由题意和题图分析出：
孔雀石：CuCO3·Cu(OH)22CuO＋CO2↑＋H2O；明矾与过量NaOH反应：Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O；A与F反应：AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO，沉淀加热为2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。B电解：2Al2O3(熔融)
4Al＋3O2↑，由此可确定A为NaAlO2，F为CO2，C为CuO，B为Al2O3，E为O2，D为Al。CuO与Al发生铝热反应，消耗1
mol
CuO，转移电子数为2NA。
20．(10分)已知A、B、F是家庭中常见的有机物，E是石油化工发展水平的标志，F是一种常见的高分子材料。根据下面转化关系回答下列问题：
(1)操作⑥、操作⑦的名称分别为________、________。
(2)下列物质中沸点最高的是________。
A．汽油
B．煤油
C．柴油
D．重油
(3)在①～⑤中属于取代反应的是________；原子利用率为100%的反应是________。(填序号)
(4)写出结构简式：A________、F________。
(5)写出反应③的离子方程式：___________________________________
_____________________________________。
(6)作为家庭中常见的物质F，它给我们带来了极大的方便，同时也造成了环境污染，这种污染称为__________。
答案 (1)分馏 裂解 (2)D
(3)①②③ ④⑤
(4)CH3COOH ?CH2—CH2?
(5)CH3COOCH2CH3＋OH－―→CH3COO－＋C2H5OH
(6)白色污染
解析 石油经过分馏可生产石油气、汽油、柴油等产品，而上述产品再经过高温裂解可制得乙烯、丙烯等化工产品，而E是石油化工发展水平的标志，故E为乙烯，则F为聚乙烯，B为乙醇。由框图知C为乙醇与酸A发生酯化反应生成的酯，且A为家庭中常见有机物，故A为乙酸，C为乙酸乙酯，其他答案可依次推出。
21．(12分)海水是巨大的资源宝库，从海水中提取食盐和溴的过程如下：
(1)请列举海水淡化的两种方法：________、________。
(2)步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，其目的是_____________
_________________________________________________________________。
(3)步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式为_______________________________________________________________，
由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是__________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(4)某化学研究性学习小组为了了解从工业溴中提纯溴的方法，查阅了有关资料知：Br2的沸点为59
℃，微溶于水，有毒并有强腐蚀性。他们参观生产过程后，画了如下装置简图：
请你参与分析讨论：
图中仪器B的名称是____________。
②整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因是___________
____________________________________________________________。
③实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件？
_________________________________________________________________。
④C中液体颜色为________________。为除去该产物中仍残留的少量Cl2，可向其中加入NaBr溶液，充分反应后，再进行的分离操作是________________。
答案 (1)蒸馏法 电渗析法 离子交换法及其他合理答案中的任意两种
(2)富集溴元素
(3)Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－ 强酸对设备的严重腐蚀
(4)①冷凝管 ②Br2腐蚀橡胶 ③控制温度计b的温度，并收集59
℃的馏分 ④深红棕色 分液(或蒸馏)
解析 橡胶中含有碳碳双键，可以与溴发生加成反应而被腐蚀。(共46张PPT)
本章重难点突破
第四章 化学与自然资源的开发利用
内容索引
一 金属的冶炼方法
二 海水资源的综合利用
三 两大化石燃料的综合利用
四 六大环境问题及防治措施
一 金属的冶炼方法
1.金属冶炼方法与金属活动性的关系
金属的活动性
顺序
K
Ca
Na
Mg
Al
Zn
Fe
Sn
Pb(H)
Cu
Hg
Ag
Pt
Au
金属原子失电子能力
强→弱
金属离子得电子能力
弱→强
自然界中的存在形态
化合态
多数是化合态、极少数是游离态
游离态
主要冶炼方法
电解法
热还原法
热分解法
物理方法
由于金属的活动性不同，金属离子得到电子还原成金属单质的能力不同，因而不同的金属就有不同的冶炼方法。在金属活动性顺序表中，金属位置越靠后，越易被还原，用一般还原方法就能使金属还原。金属位置越靠前，越难被还原，最活泼的金属只能用最强的还原手段来还原。总的说来，金属的性质越稳定，越容易将其从化合物中还原出来。金属应用的早晚就是由金属的活动性决定的，金属越活泼，冶炼越难，其使用时间就越晚。铝的应用比铁晚，就是因为铝难冶炼，只有发现用电解法冶炼后，才能大量冶炼铝。
【典例1】 金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的运用。下列关于金属的一些说法中不正确的是( )
A.合金的性质与其成分金属的性质不完全相同
B.工业上金属Mg、Al都是用电解熔融的氯化物制得的
C.金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
D.越活泼的金属越难冶炼
解析答案
解析 合金的性质与其成分金属的性质不完全相同，如硬度、强度更大，熔点更低等，A正确；
因AlCl3是共价化合物，熔融时不导电，冶炼铝时应采用冰晶石(Na3AlF6)作熔剂电解熔融Al2O3的方法，B错误；
金属冶炼就是把金属阳离子还原为金属原子，C正确；
越活泼的金属，其金属阳离子的氧化性越弱，越难被还原，D正确。
答案 B
2.几种常用金属冶炼方法的比较
方法名称
举例
主要特点
热分解法
2Ag2O
4Ag＋2↑
2HgO
2Hg＋O2↑
适合冶炼活动性较差的金属
热还
原法
CO作还原剂
Fe2O3＋3CO
2Fe＋3CO2
冶炼的金属为合金(含碳)，生产成本较低
H2作还原剂
WO3＋3H2
W＋3H2O
冶炼金属纯度较高，成本较高
热还
原法
Na、Mg、Al作还原剂
Cr2O3＋2Al
2Cr＋Al2O3
4Na＋TiCl4
4NaCl＋Ti
冶炼难熔金属，纯度较高，成本较高
C作还原剂
2ZnO＋C
2Zn＋CO2↑
2CuO＋C
CO2↑＋2Cu
冶炼金属成本较低，易形成合金(含碳)
电解法
2Al2O3(熔融)
4Al＋3O2↑
金属纯度高，耗电量大，生产成本高
特别提示 炼铁时，CO来源于焦炭与空气中O2的反应，会在金属中含有碳元素，形成含碳的合金。
【典例2】 金属锂是密度最小的金属，等质量的不同金属，锂可以释放出更多的电子，故常用来制造高性能电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则冶炼金属锂应采用的方法是( )
A.电解法
B.热还原法
C.热分解法
D.铝热法
解析答案
返回
解析 Na、Mg都很活泼，常用电解法冶炼，而Li活动性介于Na与Mg之间，故Li也应采用电解法冶炼。
A
二 海水资源的综合利用
1.海水水资源的利用
海水水资源的利用主要包括直接利用和海水淡化。海水直接利用包括沿海工业冷却用水、生活用水和耐盐植物灌溉；海水淡化可解决淡水资源不足问题。
海水淡化现有20多种技术方法。目前技术纯熟、经济效益较好的有蒸馏法、冷冻法、反渗透法、电渗析法等。
(1)蒸馏法
蒸馏法历史最久，技术、工艺比较完善，是目前海水淡化的主要方法。蒸馏淡化过程的实质如同水蒸气的形成，使海水受热蒸发形成水蒸气，水蒸气在一定条件下遇冷形成不带咸味的水，但蒸馏法的弊端是消耗能量多并在仪器里产生大量的锅垢。
(2)冷冻法
冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态水变成固态冰的同时盐被分离出去。冷冻法与蒸馏法相比，耗能低、结垢轻，但得到的淡水味道不佳。
(3)反渗透法
反渗透法通常又称超过滤法，是1953年才开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的，其最大优点是节能。反渗透法正逐步取代蒸馏法成为最广泛的方法。
(4)电渗析法
电渗析法是将具有选择透过性的阳离子膜与阴离子膜交替排列，组成多个相互独立的隔室，相邻隔室实现海水浓缩与淡化。电渗析法不仅可以淡化海水，也可以作为水质处理的手段，为污水再利用作出贡献。
2.海水化学资源的利用
(1)海水制盐
海水制盐又称海水晒盐。其方法是把海水引到盐滩上，利用日光和风力使水分蒸发，得到食盐(即蒸发海水，使食盐浓缩结晶)。食盐除在食品中作调味剂外，它还是一种工业原料：
(2)海水提镁
反应流程：
(3)海水提溴
①浓缩：海水晒盐和海水淡化的过程中副产物Br－得到浓缩；
②氧化：向浓缩的海水中通入适量的Cl2，将Br－氧化为Br2，反应的离子方程式为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－；
③富集：利用溴的挥发性，通入热空气和水蒸气，吹出的溴蒸气用SO2吸收。反应的化学方程式为Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4；
④提取：再用Cl2将HBr氧化得到产品溴。
(4)海带中提碘
①流程
海带
海带灰→浸泡→过滤→氧化→提纯→碘单质；
②主要的化学原理：2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O或Cl2＋2KI===2KCl＋I2。
特别提示 ①海水中提取Mg、Br2、I2时均有氧化还原反应发生，且在提取Br2和I2时，氧化剂均可为Cl2，同样均用有机溶剂萃取水溶液中的Br2或I2，分液后再利用蒸馏法将Br2或I2与有机溶剂分开；
②利用在火力发电厂和核电站用于冷却的循环海水，以减少能耗。利用海水淡化后溴离子得到浓缩的浓海水，以提高制溴的效益。
【典例3】 海带含有丰富的碘。为了从海带中提取碘，某研究性学习小组设计并进行了以下实验：
解析答案
请填写下列空白：
(1)步骤①灼烧海带时，除需要三脚架外，还需要用到的仪器是________(从下列仪器中选择所需的仪器，将标号字母填写在空白处)。
A.烧杯 B.坩埚 C.表面皿 D.泥三角 E.酒精灯
F.干燥器
解析 灼烧海带在坩埚里进行，坩埚放在泥三角上，用酒精灯加热，且要用玻璃棒搅拌，使其充分反应。
答案 BDE
(2)步骤③的实验操作名称是________；步骤⑥的目的是从含碘的苯溶液中分离出碘和回收苯，该步骤的实验操作名称是________。
解析答案
解析 分离悬浊液得到含碘溶液和残渣，采用过滤法；碘溶于苯中，苯易挥发，碘固体易升华，可以通过蒸馏方法得到碘和苯。
过滤
蒸馏
(3)步骤④反应的离子方程式是__________________________________。
解析答案
解析 联想二氧化锰氧化浓盐酸中氯离子，I－还原性强于Cl－，在酸性条件下二氧化锰一定能氧化I－，MnO2＋2I－＋4H＋===I2＋Mn2＋＋2H2O。
2I－＋MnO2＋4H＋===Mn2＋＋I2＋2H2O
(4)步骤⑤中，某学生选择用苯来提取碘的理由是___________________
。
解析答案
解析 萃取剂必须具备三个条件：①不溶于水，也不与水反应；②被萃取的物质在该萃取剂中溶解度大于在水中的溶解度；③被萃取的物质与该萃取剂不发生反应。苯符合萃取剂选用条件，苯不溶于水，且不与水反应；苯是非极性溶剂，碘是非极性分子，根据相似相溶原理，碘易溶于苯而在极性溶剂水中溶解度相对较小；碘与苯不反应。除苯作萃取剂外，四氯化碳等有机溶剂也可以作碘的萃取剂。
苯与水互不相溶；碘
在苯中的溶解度比在水中大
(5)请设计一种检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘的简单方法：_____________________________________________________________
_________________________________。
解析答案
解析 利用“碘与淀粉溶液混合，溶液呈蓝色”这一特征现象检验水层里是否有碘单质存在。设计实验方法包括步骤、现象、结论及解释。
取少量提取碘后的水溶液于试管中，加入几滴淀粉试液，观察是否出现蓝色(如果变蓝，说明还有单质碘)
返回
三 两大化石燃料的综合利用
1.煤的综合利用
将煤作为燃料，主要是利用其燃烧放出的热量，但是，将煤直接燃烧不但利用率较低，而且还会造成严重的环境污染。将煤进行加工后综合利用是合理用煤的重要发展方向，当前，煤的综合利用方法主要是煤的干馏、煤的气化和液化。
(1)煤的干馏
①概念：煤的干馏是将煤隔绝空气加强热使其分解的过程，工业上也叫煤的焦化。
理解这一概念，要注意以下两个方面：
隔绝空气：这是煤的干馏的先决条件，否则，强热条件下煤会燃烧生成CO2和H2O等物质。
煤的干馏是化学变化，煤在干馏过程中生成了许多新的物质，如苯、萘等，发生的是分解反应，属于化学变化。
②煤干馏的主要产品及其用途
干馏产品
主要成分
主要用途
出
炉
煤
气
焦炉气
氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳
气体燃料、化工原料
粗氨水
氨气、铵盐
化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料
粗苯
苯、甲苯、二甲苯
煤焦油
苯、甲苯、二甲苯
酚类、萘
染料、医药、农药、合成材料
沥青
筑路材料、制碳素电极
焦炭
碳
冶金、合成氨造气、燃料、电石
③煤中不含苯、萘、蒽等物质：煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，苯、萘、蒽等物质是煤分解的产物。
(2)煤的气化
将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，主要反应为
C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)。
(3)煤的液化
煤的直接液化：使煤与氢气作用生成液体燃料。煤的间接液化：先将煤转化为CO和H2，再在催化剂作用下合成甲醇等。
【典例4】 煤是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境。最近，某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%)，把煤“吃干榨尽”。下列有关说法正确的是( )
①煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化
②煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化
③该技术实现了煤的清洁利用
④该技术实现了煤的高效利用
A.①②③
B.①②④
C.①③④
D.②③④
解析答案
解析 煤粉加压气化是将煤变成以CO和H2为主要成分的合成气，此过程涉及化学变化和物理变化，减少了污染，提高了煤的利用率。
答案 C
2.石油的综合利用
石油直接应用的效益非常低，一般不直接使用，而是要加工成石油产品使用。石油加工的主要方法有石油的分馏、石油的裂化和裂解、石油的催化重整等。
石油加工(炼制)方法比较
石油炼制的方法
分馏
催化裂化
裂解
常压
减压
原理
用蒸发冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物
在催化剂存在的条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃
在高温下，把石油产品中具有长链分子的烃断裂为各种短链的气态烃或液态烃
主要
原料
原油
重油
重油
含直链烷烃的石油分馏产品(含石油气)
主要产品
溶剂油、汽油、煤油、柴油、重油
润滑油、凡士林、石蜡、沥青、煤焦油
抗震性能好的汽油和甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯等
乙烯、丙烯、丁二烯等
目的
将原油分离成轻质油等各种产物
将重油充分分离并防止炭化
提高汽油的产量和质量
获得短链气态不饱和烃
主要变化类型
物理变化
化学变化
答案
【典例5】 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________________(填名称)。
加成反应
碳碳双键、醛基
答案
返回
(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____________________________________________。
CH2===CHCOOH＋CH3CH2OH
CH2===CHCOOCH2CH3＋H2O
取代反应(或酯化反应)
四 六大环境问题及防治措施
1.六大环境问题及其危害
环境问题
主要污染物
主要危害
温室效应
CO2
造成全球气候变暖，水位上升，陆地面积减小
酸雨
SO2、NOx
土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等
臭氧层
破坏
氟氯代烷、NOx
到达地球表面的紫外线明显增多，给人类健康及生态环境带来多方面危害
光化学
烟雾
碳氢化合物、NOx
刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡
白色污染
废弃塑料制品
①在土壤中影响农作物吸收水分和养分，导致农作物减产
②混入生活垃圾中难处理、难回收
③易被动物当作食物吞入，导致动物死亡
赤潮和
水华
废水中含N、P等营养物质
使水体富营养化，导致水中藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水体变成绿色，浑浊，水质恶化
2.防治措施
(1)减少污染物的排放，在排放之前进行处理。
(2)对资源进行回收再利用。
(3)开发新的替代品。
(4)实施清洁生产，从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。
特别提示 居室污染——来自建筑、装饰和家具材料散发出的甲醛、苯、氨气等污染起居空间的现象。甲醛对眼、鼻、喉有明显的刺激性，严重时甚至致癌。苯则会损坏人体造血功能，长期在这种环境下人们会有头疼、失眠的症状，严重者则导致某些血液疾病。所以在家庭装修过程中一定要使用环保材料。
【典例6】 目前地球环境污染问题越来越严重。请回答下列问题：
(1)臭氧层的破坏导致紫外线对地球表面辐射量的增加，从而使全球皮肤癌的发病人数明显增多。造成这一现象的主要原因是________(填字母，下同)。
A.人们大量使用了氟氯代烷
B.人们在炼钢时向空气中排放了大量的高炉煤气
C.石油炼制厂排放了大量的甲烷、氢气
D.硝酸、硫酸工厂排放了大量的二氧化硫和一氧化氮
答案
A
(2)1997年夏季，拥有80万辆汽车的智利首都圣地亚哥发生了光化学烟雾事件。光化学烟雾产生的主要原因是___________。
A.汽油的不完全燃烧
B.大量使用农药、化肥
C.白色塑料垃圾的漂浮
D.金属矿物的冶炼
答案
A
(3)化肥、农药的使用导致人类癌症发病率的增加，其中六六六粉曾经是广泛使用的一种农药，它是由苯与氯气通过加成反应制得的，写出该
反应的化学方程式：__________________________________。
答案
返回第二节 资源综合利用 环境保护
[目标导航] 1.了解煤、石油、天然气的组成及其综合利用。2.通过简单实例，了解常见高分子材料的合成，能举例说明高分子材料在生产、生活、科技等领域中的应用及发展。3.认识化学对环境保护的意义。4.了解绿色化学的含义，知道在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性。
一、煤、石油和天然气的综合利用
1．从煤、石油和天然气中获得基本化工原料
(1)煤的组成和加工
①煤的组成
②煤的加工方法及产品
(2)天然气的组成和利用
(3)石油的组成和加工
警示 煤的干馏、气化、液化，石油的裂化、裂解均是化学变化，而石油的分馏是物理变化。
2．以煤、石油、天然气为原料生产合成材料
(1)三大合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维，这三大合成材料，主要是以石油、煤和天然气为原料生产的。
(2)合成高分子化合物的常见反应类型
①加聚反应：由相对分子质量小的化合物通过加成反应相互结合成相对分子质量很大的高分子化合物的反应。如
nCH2===CH2?CH2—CH2?
注意：a.单体：聚合成高分子化合物的小分子化合物，如CH2===CH2。
b．链节：高分子化合物中的最小重复单元，如—CH2—CH2—。
c．聚合度：高分子化合物中的链节数，如聚乙烯中的n。
②缩聚反应：由相对分子质量小的化合物通过缩合结合成相对分子质量很大的高分子化合物，同时有小分子(如H2O等)生成的反应。如：
【议一议】
1．判断正误：
(1)煤、石油和天然气是不可再生能源，也是新型清洁能源。( )
(2)把煤加强热使之分解的过程叫煤的干馏。( )
(3)化石燃料燃烧时产生的二氧化碳是大气污染物之一。( )
(4)天然气的主要用途就是作燃料。( )
(5)不能用裂化汽油萃取溴水中的溴。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
2．问题思考：
高分子化合物聚乙烯(?CH2—CH2?)的单体和链节的组成和结构都相同吗？
答案 高分子化合物的单体是形成高分子化合物的小分子，链节是高分子中的重复的结构单元。聚乙烯的单体是乙烯(CH2===CH2)分子，链节是“—CH2—CH2—”，二者组成相同，结构不同。
二、环境保护与绿色化学
1．环境问题
主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。根治污染的最有效途径是控制污染源。
2．“三废”污染
“三废”主要指废气、废液和废渣，大气污染物主要来自化石燃料燃烧和工业生产过程中产生的废气及其携带的颗粒物；工业生产中的废水往往含有复杂的成分，任意排放会导致土壤、水源的污染，需要经过多步处理才能达到排放标准；废渣等固体废弃物的处理兼有减少环境污染和资源回收利用两个重要目的。
3．当今化学工作者面临的重要任务
(1)环境监测
(2)三废治理
(3)寻找源头治理环境污染的生产工艺等。
其中对环境情况的监测，就是对污染物的存在形态、含量等进行分析和鉴定，提供可靠的分析数据。
4．绿色化学
绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。
“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时原子利用率为100%。
【议一议】
3．加成反应和加聚反应符合绿色化学的思想，且原子利用率是100%，正确吗？
答案 正确，加成反应和加聚反应只有目标产物，无副产物，故原子利用率是100%，符合绿色化学的思想。
一、煤、石油和天然气的综合利用
【例1】 下列转化不属于煤或石油的综合利用的是( )
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．将煤变为煤饼作燃料
D．将石油裂解制得乙烯等化工原料
答案 C
解析 煤的干馏和煤的液化属于煤的综合利用，而将煤变成煤饼作燃料是为了提高煤的利用率，不属于综合利用；石油裂解属于石油的综合利用。
要点归纳
1．“三馏”比较
干馏
蒸馏
分馏
原理
隔绝空气加强热使物质分解
根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离
与蒸馏原理相同
产物
产物为混合物
产物为单一组分的纯净物
产物为沸点不同的各组分组成的混合物
反应类型
化学变化
物理变化
物理变化
2.化学“六气”的主要成分
高炉煤气
水煤气
天然气
液化石油气
焦炉气
裂解气
主要成分
CO、CO2
H2、CO
CH4
C3H8、C4H10
H2、CH4、C2H4、CO
C2H4、C3H6、C4H8、CH4
变式训练1 下列说法中错误的是( )
A．石油是混合物，石油分馏得到的汽油也是混合物
B．含C18以上的烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油
C．焦炭是煤的干馏的一种重要产品
D．煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来
答案 D
解析 石油通过分馏的方法获得汽油、煤油和柴油等轻质液体燃料，但产量不高。通常采用裂化的方法，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃，提高汽油的产量。
煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素，还含有少量的氢、氧、氮、硫等元素，并不含苯和甲苯。煤干馏得到焦炭、煤焦油、焦炉气等。煤焦油是含有多种芳香族化合物的混合物，可以生产芳香族化合物苯和甲苯。
二、环境保护和绿色化学
【例2】 化学与环境密切相关，下列有关说法正确的是( )
A．CO2属于大气污染物
B．酸雨是pH小于7的雨水
C．CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成
D．大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧
答案 D
解析 常见的大气污染物有：颗粒物、二氧化硫、三氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、碳氢化合物等。二氧化碳不属于大气污染物，A项错误；酸雨是pH小于5.6的降雨，B项错误；酸雨是由氮的氧化物和硫的氧化物引起的，二氧化碳不会引起酸雨，C项错误；全球气温变暖的温室效应，城市中的热岛效应，还有海洋中的厄尔尼诺现象和拉尼娜现象等其产生都和二氧化碳的排放有关系，D项正确。
要点归纳
六大环境问题
环境问题
主要污染物
主要危害
温室效应
CO2
造成全球气候变暖，水位上升，陆地面积减小等
酸雨
SO2、NOx
土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等
臭氧层破坏
氟氯代烷、NOx
到达地球表面的紫外线明显增多，给人类健康及生态环境带来多方面危害
光化学烟雾
碳氢化合物、NOx
刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡
白色污染
废弃塑料制品
①在土壤中影响农作物吸收水分和养分，导致农作物减产；
②混入生活垃圾中难处理、难回收；
③易被动物当作食物吞入，导致动物死亡
赤潮和水华
废水中含氮、磷元素的营养物质
使水体富营养化，导致水中藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水体变得浑浊、水质恶化
变式训练2 在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。下列反应类型能体现“原子经济性”原则的是( )
①置换反应 ②化合反应 ③分解反应 ④取代反应 ⑤加成反应 ⑥加聚反应 ⑦酯化反应
A．②⑤⑥
B．②④⑤
C．只有⑥
D．只有⑥⑦
答案 A
解析 据四种基本反应类型的定义即判断出只有化合反应产物唯一。在有机反应类型中，取代反应、酯化反应、水解反应的产物均不唯一而加成产物、加聚产物唯一，反应物中的原子全部转化成期望的最终产物，即原子利用率为100%。
1．下列说法不正确的是
( )
A．煤油可由石油分馏获得，可用作燃料和保存少量金属钠
B．煤可与水蒸气反应制成水煤气，水煤气的主要成分为CO和H2
C．汽油、煤油、柴油和植物油都是碳氢化合物
D．以石油、煤和天然气为原料，可生产塑料、合成橡胶和合成纤维
答案 C
解析 植物油是由C、H、O三种元素构成的有机物，不属于碳氢化合物。
2．下列有关环境问题的说法正确的是
( )
A．燃煤中加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量
B．臭氧的体积分数超过10－4%的空气有利于人体健康
C．pH在5.6～7.0之间的降水通常称为酸雨
D．含磷合成洗涤剂易于被细菌分解，故不会导致水体污染
答案 A
解析 A项石灰石在煤燃烧过程中分解为CaO，CaO和SO2结合为CaSO3，进一步转化为CaSO4，可减少SO2污染；B项当空气中臭氧的含量超过10－5%(体积分数)时，就会对人体、动植物及暴露在空气中的物质造成危害；C项pH小于5.6的雨水称为酸雨；D项含磷合成洗涤剂易造成水体富营养化，形成“水华”“赤潮”等水体污染。
3．以节能减排为基础的低碳经济是保持社会可持续发展的战略举措。下列做法违背发展低碳经济的是
( )
A．发展氢能和太阳能
B．限制塑料制品的使用
C．提高原子利用率，发展绿色化学
D．尽量用纯液态有机物代替水作溶剂
答案 D
解析 所谓低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到社会经济发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。发展氢能和太阳能、限制塑料的使用和发展绿色化学，都符合低碳经济。
4．下列说中错误的是
( )
A．石油中含有C5～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油
B．含C18以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油
C．煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物
D．煤中的无机物是氨水，故煤干馏时可得到粗氨水
答案 D
解析 汽油是C5～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到，也可由C18以上的烷烃经过裂化反应得到，A、B正确；煤是由有机物和无机物所组成的复杂混合物，其干馏产物中有粗氨水，故C正确，D错误。
5．绿色化学是“预防污染”的根本手段，它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各个环节中都实现净化和无污染。
(1)下列各项符合“绿色化学”要求的是__________。
A．处理废弃物
B．治理污染点
C．减少有毒物
D．杜绝污染源
(2)在我国西部大开发中，某地为筹建一大型化工基地，征集到下列方案，其中你认为可行的是__________。
A．建在西部干旱区可以脱贫致富
B．应建在水资源丰富和交通方便且远离城市的郊区
C．企业有权自主选择厂址
D．不宜建在人口稠密的居民区
(3)某化工厂排放的污水中含有Mg2＋、Fe3＋、Cu2＋、Hg2＋四种离子。某同学设计了从该污水中回收纯净的金属铜的方案。
在能制得纯铜的方案中，哪一步操作会导致环境污染？__________。
应增加哪些措施防止污染__________________________________________。
答案 (1)D (2)B、D (3)第③步 增加冷凝回收装置
解析 (1)根据题干描述：绿色化学是“预防污染”的根本手段，因此应从“源头”上杜绝。
(2)化工基地的筹建首先不宜建在人口稠密的居民区，同时要考虑水资源和交通问题。
(3)第③步由于汞的沸点低、易挥发、有毒，因此会造成环境污染。
[经典基础题]
题组1 煤、石油、天然气的综合利用
1．有关煤的叙述中不正确的是
( )
A．煤是工业上获得苯、甲苯、二甲苯等芳香烃的重要来源物质
B．煤是由多种有机物组成的混合物，内含煤焦油等成分
C．煤除了含有C元素外，还含有少量的N、H、S、O等元素
D．煤等化石燃料的储量有限，节能和开发新能源是人类实现可持续发展的关键
答案 B
解析 该题主要考查煤的成分及利用，煤是有机物和少量无机物组成的混合物，煤焦油是煤干馏的产物之一，不属于煤本身的成分，故选B项。
2．下列石油的炼制和加工过程，属于物理变化的是
( )
A．分馏
B．重整
C．裂化
D．裂解
答案 A
3．近期我国冀东渤海湾发现储量达10亿吨的大型油田。下列有关说法正确的是
( )
①石油裂解得到的汽油可与溴水反应
②石油的分馏是化学变化
③石油的分馏实验中，温度计水银球插入液面以下，因为它测的是混合液的温度
④石油分馏得到的汽油仍是混合物
A．①③
B．②④
C．①④
D．②③
答案 C
解析 石油的分馏是依据各物质的沸点不同经加热汽化和冷凝而分离的操作，故为物理变化，②错；石油分馏实验中，温度计水银球应放在蒸馏烧瓶支管口处，以测量馏出蒸气的温度，故③错。
4．下图是实验室模拟煤的干馏的实验装置，下列叙述错误的是
( )
A．上图实验中发生了化学变化
B．液体X的pH＞7，液体Y是黑色黏稠状的煤焦油
C．气体Z易燃，可还原CuO，也可使溴水褪色
D．液体Y是一种纯净物
答案 D
解析 煤的干馏产物有NH3，易溶于水而呈碱性，pH>7，同时还生成了煤焦油，它的主要化学成分为芳香族化合物，是难溶于水的黏稠液体。煤干馏的气体产物中的氢气、一氧化碳具有还原性，可以还原CuO，气体产物中的C2H4可使溴水褪色。
题组2 环境保护与绿色化学
5．环境污染已成为人类社会面临的重大问题，各种污染数不胜数，下列词语与环境污染无关的是
( )
①温室效应 ②赤潮 ③酸雨 ④光化学污染 ⑤臭氧空洞 ⑥水俣病 ⑦潮汐 ⑧大脖子病 ⑨水华
A．①③④⑨
B．⑦⑧
C．⑥⑦⑧
D．②⑤⑦
答案 B
解析 ⑦潮汐是由地球自转引起的自然现象，⑧大脖子病是人体缺碘引起的，它们与环境污染无关。
6．空气是人类生存所必需的重要资源。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持，下列措施不利于“蓝天工程”建设的是
( )
A．推广使用燃煤脱硫技术，防治污染
B．实施绿化工程，防治扬尘污染
C．研制开发燃料电池汽车，消除机动车尾气污染
D．加大石油、煤炭的开采速度，增加化石燃料的供应速度
答案 D
解析 以环保为主题，是一道融合多个考点的综合题。联系题给的信息“蓝天工程”，再结合选项中的“污染物质”，很容易得出正确结论。需要注意的是，学生往往忽略“不利于”三个字，而选错答案。
7．近几年来，冠以“绿色”的新概念不断产生，如绿色食品、绿色材料、绿色能源、绿色化学等，这里的“绿色”是对人类社会可持续发展战略的形象表达。“绿色化学”要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应。据此，由单质镁制硝酸镁的下列四个方案中，你认为可行而且符合“绿色化学”要求的方案是
( )
A．MgMg(NO3)2
B．MgMgCl2Mg(OH)2Mg(NO3)2
C．MgMgOMg(NO3)2
D．MgMgSO4Mg(NO3)2
解析 据题意，“绿色化学”要求从经济、环保和技术三个方面设计可行的化学反应。从经济角度考虑，B项最不合算，除Mg外还用了三种试剂；D项不合算，用了两种较贵的试剂浓硫酸和Ba(NO3)2。从环保角度考虑，A、D两项分别产生了污染环境的氮氧化物和SO2，B项也使用了会对环境造成污染的Cl2。从技术角度看，D项中Ba(NO3)2溶液的加入量较难控制。综上所述，可知只有C项符合“绿色化学”的要求。
答案 C
8．“绿色化学”是人们最近提出的一个新概念，主要内容之一是指从技术、经济上设计可行的化学反应，尽可能减少对环境的负作用。下列化学反应符合绿色化学概念的是
( )
A．制CuSO4：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O
B．制CuSO4：2Cu＋O22CuO
CuO＋H2SO4(稀)===CuSO4＋H2O
C．制Cu(NO3)2：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
D．制Cu(NO3)2：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
答案 B
解析 本题考查有关浓硫酸和硝酸与金属反应的产物特点、制取方案的优化和绿色化学知识。思考时注意反应物和产物的物理、化学性质，考虑其是否会带来污染、是否额外消耗能量、是否有腐蚀性、毒性、爆炸危险以及成本等，注意采用对比的方法。在选项A、C、D的产物中有二氧化硫和氮氧化物，有毒且污染环境，硫酸和硝酸的利用率低。而B选项没有气体产物，无污染物排放，硫酸的利用率高。
[能力提升题]
9．由于我国煤储藏量相对比石油和天然气丰富，能源消费以煤为主。将原煤作为燃料燃烧，既严重污染环境，效率又不高，因而国家大力提倡煤的综合利用。实施“煤变油”，其原理之一是先将煤与水蒸气制得水煤气(CO和H2)，再催化合成甲醇或烃类等液态能源。
(1)用CO和H2合成甲醇的化学方程式是_______________________________
_________________________________________________________________。
(2)用CO和H2合成烃(CnHm)的化学方程式是__________________________
_________________________________________________________________。
(3)气化和液化的优点是____________________________________________。
答案 (1)CO＋2H2CH3OH
(2)nCO＋H2CnHm＋nH2O
(3)使煤变成清洁能源，提高煤的燃烧效率
解析 根据题目中的信息，结合化学反应前后原子守恒写出方程式；优点是清洁和高效。
10．下图是实验室干馏煤的装置图：
(1)指出图中仪器名称：a.________，d.________。
(2)仪器d的作用是________，c中液体有________和________，其中无机物里溶有________，可用________检验出来。有机物可以通过________的方法使其中的重要成分分离出来。
(3)e处点燃的气体主要成分有____________，火焰的颜色是________。
答案 (1)酒精喷灯 烧杯
(2)盛装冷水对蒸汽进行冷却 粗氨水 煤焦油 氨 酚酞溶液 分馏
(3)H2、CH4、CH2===CH2、CO 淡蓝色
解析 本题是关于煤干馏的实验，根据煤干馏的主要产品，b中得到的应是焦炭，c中得到的应是粗氨水和煤焦油，e处点燃的应是焦炉气。其中粗氨水中溶有氨，呈碱性，可用酚酞溶液等检验；煤焦油主要是苯、甲苯、二甲苯的混合物，应用分馏的方法分离；焦炉气的主要成分有CH4、CO、H2、CH2===CH2，燃烧时呈淡蓝色火焰。
11．为了防治酸雨，减少煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上采用生石灰和含硫的煤混合使用以“固硫”(避免硫的化合物进入大气)，最后生成石膏。试回答：
(1)整个“固硫”反应所涉及的反应类型包括：①化合反应②分解反应 ③置换反应 ④复分解反应 ⑤氧化还原反应 ⑥非氧化还原反应 ⑦离子反应 ⑧非离子反应(分子反应)。其中正确的是
( )
A．①⑤⑥⑦
B．①②③⑤⑧
C．①⑤⑥⑧
D．②④⑤⑦
(2)第一步“固硫”反应的化学方程式中所需气态物质的化学计量数为( )
A．1
B．2
C．3
D．4
(3)比较此法与石灰石粉末与含硫煤混合法哪个更好些________(A.生石灰 B．石灰石)，原因是__________________________________________________
_________________________________________________________________。
(4)你认为减少酸雨产生可采取的措施是
( )
①少用煤作燃料 ②把工厂的烟囱造高 ③先将燃料煤脱硫 ④在土壤中加石灰防止酸化 ⑤开发新能源，避免含S、N的氧化物大量排放
A．①②③
B．②③④⑤
C．①③⑤
D．①③④⑤
答案 (1)C (2)A (3)A 此法节约煤，成本低
(4)C
解析 (1)在含硫的煤中加生石灰“固硫”的反应是CaO＋SO2===CaSO3、2CaSO3＋O2===2CaSO4，可见所涉及到的反应类型有化合反应、氧化还原反应、非氧化还原反应和非离子反应。
(2)易错选B。主要是不清楚哪一个反应是第一步“固硫”反应。
(3)有的学生误答石灰石粉末与含硫煤混合法更好。忽略了石灰石分解为CaO需消耗很高能量，浪费煤，使生产成本提高。
(4)易错选A、B或D。错误的原因是不能正确应用已有知识来全面分析具体问题。把烟囱造高不能减少SO2的排放量；在土壤中施加石灰虽可中和酸雨造成的酸性，但不属于减少酸雨而采取的措施。
12．Ⅰ.如图是石油分馏塔的示意图。a、b、c三种馏分中________(填字母序号)。
A．a的沸点最高
B．b的熔点最低
C．c的平均相对分子质量最大
D．每一种馏分都是纯净物
Ⅱ.裂化汽油中除含有C5～C11的烷烃外，还含有C5～C11的烯烃及甲苯、二甲苯等苯的同系物。已知甲苯、二甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色。要用化学方法检验某裂化汽油样品中含有烯烃及苯的同系物，实验步骤为
(1)先逐滴加入________，振荡，如果看到________，则证明有________存在。
(2)继续逐滴加入________至________为止，静置，用分液漏斗分出________(填“上”或“下”)层的裂化汽油样品，再加入________振荡，如果看到________，则证明裂化汽油中有________存在。
答案 Ⅰ.C Ⅱ.(1)溴水 褪色 烯烃 (2)溴水 不褪色 上 酸性KMnO4溶液 溶液褪色 苯的同系物
解析 Ⅰ.由题图可知，a先分馏出来，c较a、b最后分馏出来，故熔沸点高低顺序为a＜b＜c，熔沸点越高，烃中含碳原子数越多，其相对分子质量越大。
Ⅱ.因为烯烃可使溴水、酸性KMnO4溶液褪色，而苯的同系物只能使酸性KMnO4溶液褪色，根据这一性质差异，则先用溴水检验烯烃的存在，再用酸性KMnO4溶液检验苯的同系物的存在。(1)向样品中逐滴加入溴水，振荡，如看到溴水褪色，则证明有烯烃存在。(2)继续逐滴加溴水至不再褪色为止，用分液漏斗分出上层的裂化汽油样品，因为加足量溴水后，生成的卤代烷及水的密度均比烷烃和苯的同系物大，所以上层应是烷烃和苯的同系物的混合物。向分出的上层样品中加入酸性KMnO4溶液，如果紫色褪去，则证明有苯的同系物存在。INCLUDEPICTURE"第四章.TIF"
INCLUDEPICTURE
"第四章.TIF"
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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
[目标导航] 1.了解金属在自然界中的存在形式，掌握金属冶炼的一般方法和原理。2.掌握铝热反应原理及实验步骤。3.了解金属回收和资源保护的意义。4.认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用。
INCLUDEPICTURE"知识聚焦.tif"
INCLUDEPICTURE
"知识聚焦.tif"
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一、金属的冶炼
1．金属在自然界中存在的形态
除了金、铂等极少数金属以外，绝大多数金属以化合物的形式存在于自然界。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。
2．金属冶炼的原理
金属的冶炼是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
(1)热分解法：适用于金属活动顺序表中Hg及其以后的金属。
2HgO2Hg＋O2↑；2Ag2O4Ag＋O2↑。
(2)热还原法：适用于金属活动顺序表中Zn、Cu之间的金属。
Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2；
WO3＋3H2W＋3H2O；
Cr2O3＋2AlAl2O3＋2Cr。
(3)电解法：适用于金属活动顺序表中Al及其以前的金属。
2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑；
2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。
拓展延伸 ①电解熔融的NaCl和电解NaCl溶液的产物不同。
②工业上冶炼镁是电解MgCl2而不是MgO的原因是MgO的熔点比MgCl2的高，冶炼铝是电解Al2O3而不是AlCl3的原因是AlCl3是共价化合物，熔融状态不导电。
【议一议】
1．判断下列说法是否正确
(1)黄金的冶炼可用热分解法。( )
(2)金属阳离子被还原，一定会得到金属单质。( )
(3)工业上电解MgCl2溶液制取Mg。( )
答案 (1)× (2)× (3)×
2．利用CO冶炼铁的反应是置换反应吗？
答案 3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，不是置换反应
二、金属资源的合理开发利用
1．合理开发利用金属资源
金属的冶炼需要消耗大量的资源和能源，还会造成环境污染，地球上的金属资源是有限的，是不可再生的，因此金属资源应合理地开发利用。
2．有效利用金属资源的途径
(1)提高金属的利用率，减少金属的使用量；
(2)加强金属资源的回收和再利用；
(3)使用其他材料代替金属材料。
【议一议】
3．请你列举身边常见的金属制品的成分，并讨论它们被人类使用的历史。
(1)铜：使用历史悠久；
(2)铁：比铜的使用稍晚；
(3)铝：近代才开始广泛使用；
(4)镁合金、锂电池：现代才开始使用。INCLUDEPICTURE"难点突破.tif"
INCLUDEPICTURE
"难点突破.tif"
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一、金属冶炼的原理与方法
【例1】 下列金属冶炼原理错误的是( )
A．2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
B．MgO＋H2Mg＋H2O
C．Fe3O4＋4CO3Fe＋4CO2
D．2HgO2Hg＋O2↑
答案 B
解析 Na、Mg通常用电解法制取，Fe用还原剂法制取，Hg可用加热其化合物的方法制取。Mg的活动性比H2强，H2不能置换出Mg，B项错。
规律归纳
1．金属的冶炼原理：金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属阳离子得到电子被还原为金属单质的过程，即：Mn＋＋ne－===M。
2．金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系：
金属的活动性顺序
K、Ca、Na、Mg、Al
Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu
Hg、Ag
Pt、Au
金属原子失电子能力
强→弱
金属离子得电子能力
弱→强
主要冶炼方法
电解法
热还原法
热分解法
物理方法
3.常用的热还原法：
变式训练1 冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法 ②水煤气(或氢气，或一氧化碳)法 ③活泼金属置换法 ④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜；现代有(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是( )
A．(Ⅰ)用①
B．(Ⅱ)用②
C．(Ⅲ)用③
D．(Ⅳ)用④
答案 B
解析 选择金属的冶炼方法要考虑金属在自然界中存在的状态及金属的活动性。
(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)、(Ⅳ)发生的反应分别是
(Ⅰ)：Cu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2O，C＋2CuO2Cu＋CO2↑，符合①；
(Ⅱ)：Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，符合③；
(Ⅲ)：2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr，符合③；
(Ⅳ)：先从光卤石中提取MgCl2，再电解MgCl2：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑，符合④。
二、铝热反应
【例2】 如图为铝热反应的实验装置，
请回答下列问题：
(1)该实验装置中还缺________。引发铝热反应的操作为__________________
______________________________________________________。
(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)铝热反应的用途有哪些____________________________________________。
答案 (1)镁条和氯酸钾 在混合物中间插一根镁条，将氯酸钾放在混合物上镁条的周围，点燃镁条
(2)不能 镁比铝活泼，铝不能置换镁
(3)用于焊接钢轨；冶炼某些熔点高的金属
解析 (1)利用镁条燃烧放热从而引发铝热反应，同时促使KClO3分解产生O2，使镁条快速燃烧。
(2)Mg比Al活泼，Al不能从MgO中置换出Mg。
知识归纳
1．铝热反应
(1)概念：铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应。
(2)原理：Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来。
(3)铝热剂：铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物。
(4)反应特点：
①在高温下进行。
②反应迅速并放出大量的热。
③新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离。
(5)应用：冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等。
2．铝热反应实验
实验操作
实验现象
(1)镁条剧烈燃烧(2)氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应(3)反应放出大量的热，并发出耀眼的白光(4)纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中
实验结论
在高温下，铝与Fe2O3发生反应，放出大量的热
变式训练2 如图所示，用两张圆形滤纸分别折
叠成漏斗状，套在一起，使四周都有四层。把内层漏斗取出，在底部剪一个孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上，下面放置盛沙的蒸发皿。把5
g炒干的氧化铁粉末加2
g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条。
观察发生的现象。通过以上实验信息，回答下列问题。
(1)写出该反应的化学方程式：______________________________________
________________________________________________________________，
在该反应中______________是氧化剂，________是还原剂，该反应称为________反应。
(2)选出该实验的实验现象(填写在横线上)：________。
①镁条剧烈燃烧；②放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射；③纸漏斗的下部被烧穿；④有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体。
(3)写出下列操作或物质的作用：内层纸漏斗底部剪一个孔：__________________；蒸发皿盛沙：__________________________________
______________________________________；
镁条：______________________；氯酸钾：____________________________
____________________________________________。
(4)如何用简单的方法证明生成物中有金属铁？
答案 (1)2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3 Fe2O3 Al 铝热 (2)①②③④ (3)使熔融物易于落下 防止溅落物炸裂蒸发皿，同时防止溅落物迸溅过远对周围人造成伤害 引燃剂，引起氯酸钾分解 助燃剂，为镁条继续燃烧提供氧气，引发铝热反应 (4)用磁铁吸引生成物，磁铁上有黑色物质被吸附，则证明生成物中有金属铁。
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"当堂过关.tif"
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1．下列金属元素在自然界中可以游离态形式存在的是
( )
A．K
B．Na
C．Ca
D．Au
答案 D
2．下列说法错误的是
( )
A．对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用
B．提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步
C．活泼金属的冶炼都是通过电解其盐溶液
D．热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等
答案 C
解析 活泼金属的冶炼是电解其熔融盐(如MgCl2、NaCl等)或熔融氧化物(如Al2O3等)制得的，电解其盐溶液得不到金属单质，C错误。
3．用铝热法还原下列化合物，若获得金属各1
mol，消耗铝最少的是
( )
A．MnO2
B．Cr2O3
C．WO3
D．CuO
答案 D
解析 制备1
mol金属，根据氧化还原反应中得失电子数相等的原理，金属离子得电子数越多，需要铝的质量越大。而生成1
mol金属，该金属在化合物中化合价越高，则消耗铝越多；反之则越少。在这四种化合物中只有D项中Cu的化合价最低，故选D。
4．下列说法中，正确的是
( )
A．简单地说，金属的冶炼就是把金属单质从其矿物中分离出来
B．金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被氧化
C．金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被还原
D．金属冶炼过程中，被冶炼的金属既可被氧化，也可被还原
答案 C
解析 金属冶炼的原理是利用氧化还原反应，把金属矿物中的金属阳离子还原成金属单质，因此，金属冶炼过程中，被冶炼的金属只能被还原。
5．(1)Al与Fe3O4发生铝热反应的化学方程式为____________________________
_________________________________________________________________，
该反应中氧化剂是____________，还原剂是____________________________。
(2)工业上电解冶炼铝的化学方程式为__________________________________
_________________________________________________________________。
若电路中通过1
mol电子，可以得到Al________g。
答案 (1)8Al＋3Fe3O44Al2O3＋9Fe Fe3O4 Al
(2)2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑ 9
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"分层训练.tif"
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[经典基础题]
题组1 金属及其冶炼方法的选择
1．从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。如图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限，之所以有先后，主要取决于
( )
A．金属的导电性强弱
B．金属在地壳中的含量多少
C．金属的化合价高低
D．金属的活动性强弱
答案 D
解析 由于人类掌握科学知识的局限性，越活泼的金属越难以冶炼，故发现年代越晚。
2．下列金属一般用电解熔融盐的方法冶炼的是
( )
A．活动性强的金属
B．活动性弱的金属
C．人类较早使用的金属
D．明代作货币的金属
答案 A
解析 金属活动性强的金属如Na、K、Mg、Ca等，一般用电解熔融盐的方法冶炼。
3．我国古代的湿法冶金术是世界闻名的。我国在世界上最先应用湿法冶金术冶炼出来的金属是
( )
A．Fe
B．Cu
C．Ag
D．Hg
答案 B
解析 铜的盐溶液与铁等较活泼的金属可发生置换反应。
4．下列冶炼方法中，不能将化合物中的金属元素还原为金属单质的是
( )
A．加热Al2O3
B．加热HgO
C．电解熔融NaCl
D．铝粉和Fe2O3共热
答案 A
解析 金属钠是活泼金属，用电解法制取，汞用加热HgO制取，A项中加热Al2O3难以分解；D项中铝粉和Fe2O3组成铝热剂，可将Fe2O3中的铁还原成单质。
5．下列化工生产原理错误的是
( )
①可以电解熔融的氯化钠来制取金属钠 ②可以将钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁 ③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝 ④炼铁时高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热
A．②③
B．①③
C．①②③
D．②③④
答案 D
解析 钠特别活泼，加入氯化镁溶液时钠先与水反应生成NaOH和H2，Mg2＋和OH－反应生成Mg(OH)2沉淀，②错；冶炼铝使用的是Al2O3，③错；高炉炼铁中所发生的反应是放热反应，但仍需要高温，④错。
6．金属K与Na金属性相近，用K与钠盐共熔时，很难将Na从混合物中分离。若调整温度到一定程度，则可用Na与KCl反应制取金属K。已知四种物质的熔、沸点如下：
K
Na
KCl
NaCl
熔点(℃)
63.65
97.8
770
801
沸点(℃)
774
882.9
1
500(升华)
1
431
根据平衡移动原理可推知，用Na与KCl反应制K的适宜温度是
( )
A．97.8～770
℃
B．770～774
℃
C．774～882.9
℃
D．1
413～1
500
℃
答案 C
解析 在金属活动性顺序表中，Na排在K的后面，似乎不能从K的熔融盐中置换出K。但将Na与KCl共熔，其共熔体中Na＋、K＋、Cl－和e－自由移动，如果继续加热，则Na、K、NaCl和KCl首先沸腾者先逸出。工业上，就是采用这种原理用Na还原K的，因为K的沸点比Na、NaCl、KCl的沸点都低，且低于NaCl的熔点。
题组2 铁的冶炼
7．实验室欲使1.6
g氧化铁完全还原，事先应准备的CO在标况下的体积为
( )
A．672
mL
B．336
mL
C．大于672
mL
D．小于336
mL
答案 C
解析 由3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2可知消耗CO
672
mL，但气体与固体反应不充分，反应前要先通入一会儿CO赶尽空气，Fe冷却要在CO的气氛中，故CO实际用量应大于672
mL。
8．铁是地壳中含量很丰富的元素，金属铁是在高炉中冶炼的，在冶金工业中，常用焦炭来冶炼铁。
(1)写出焦炭在高炉中所参与的两个反应的化学方程式：
_________________________________________________________________。
(2)写出赤铁矿被CO还原成铁的化学方程式：__________________________
_________________________________________________________________。
(3)实验室中可用CO还原Fe2O3，在加热Fe2O3前应________，直到无________现象时才能点燃酒精灯加热，否则可能发生________现象，未反应完全的CO________(填“能”或“不能”)排放到大气中，应做________处理。
答案 (1)C＋O2CO2，C＋CO22CO
(2)3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2
(3)验纯 爆鸣 爆炸 不能 点燃
解析 (1)在冶炼铁的过程中，为提高C的利用率，先发生反应C＋O2CO2，再发生反应：CO2＋C2CO，用CO还原Fe2O3，接触更充分，效果更好。
(3)加热Fe2O3之前应先检验CO的纯度，否则会发生爆炸，由于CO有毒，故未完全反应的CO应点燃，以防污染环境。
题组3 稀有金属的冶炼
9．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＋7O22MoO3＋4SO2 ②MoO3＋2NH3·H2O===(NH4)2MoO4＋H2O ③(NH4)2MoO4＋2HCl===H2MoO4↓＋2NH4Cl ④H2MoO4MoO3＋H2O
⑤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项明显错误，生成物SO2对环境污染严重；B项，根据②中生成物(NH4)2MoO4可知，该化合物属于盐，对应的酸是H2MoO4，故MoO3不属于碱性氧化物，B项错；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；D项，1
mol
H2、1
mol
CO和1
mol
Al作还原剂时，失去的电子数分别为2
mol、2
mol和3
mol，还原等量的MoO3，故转移电子相同，此时n(H2)∶n(CO)∶n(Al)＝3∶3∶2。
10．钛是一种活泼金属，具有密度小、熔点高、可塑性强、机械强度高等性能。工业上常用硫酸分解铁钛矿石来制备二氧化钛，用以冶炼钛，主要有以下五个反应：
①FeTiO3＋2H2SO4===TiOSO4＋FeSO4＋2H2O
②TiOSO4＋2H2O===H2TiO3↓＋H2SO4
③H2TiO3TiO2＋H2O
④TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4↑＋2CO↑
⑤TiCl4＋2Mg2MgCl2＋Ti
(1)针对以上五个反应，下列叙述错误的是________。
A．反应①是非氧化还原反应
B．反应②生成了两种酸
C．反应④中的TiO2是氧化剂
D．反应⑤表现了金属镁比金属钛的还原性强
(2)钛具有很强的耐腐蚀性，以下对其原因的分析正确的是________。
A．钛是像金、铂一样的不活泼金属
B．金属钛的表面易形成致密的氧化膜
C．钛与氧气、酸等腐蚀剂不反应
D．钛有很高的强度
答案 (1)C (2)B
解析 (1)在反应①中没有化合价的变化，反应②中，化学式H2TiO3符合酸的一般化学式，它是钛酸的化学式。反应④中，钛元素的化合价保持不变，氯气是氧化剂，碳是还原剂，反应⑤，镁是还原剂，钛是还原产物，所以镁的还原性强于钛。
(2)题目中一开始就指出：钛是一种活泼的金属，但是钛耐腐蚀性强，联系金属铝的性质，铝表面易形成致密的保护膜，阻止反应继续进行，以此类推钛，很容易选择B。
[能力提升题]
11．铁是应用最广泛的金属，自远古时代人类就学会了炼铁，到目前为止，人类研制出了很多炼铁的方法。某研究性学习小组同学在实验室中模拟工业炼铁的过程，实验装置如下：
(1)写出得到单质铁的化学方程式：___________________________________。
(2)实验过程中看到玻璃管内的粉末由红棕色逐渐变黑，请设计一个实验来验证生成了单质铁：___________________________________________________
_________________________________________________________________。
(3)装置末端气球的作用为__________________________________________。
实验结束时，应该先停止加热还是先停止通入CO？原因是什么？__________________________________________________________________________________________________________________________________。
答案 (1)Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
(2)取少量粉末放于试管中，加少量盐酸，若产生无色无味气体，则证明生成了单质铁
(3)收集CO，防止污染空气 先停止加热，防止生成的铁再次被氧化
解析 检验是否生成单质，在反应结束后，待玻璃管内的固体冷却，取少量放于试管中，加少量盐酸，若产生无色无味气体(H2)，则证明生成了单质铁；反应结束后，得到的铁还是炽热的，若先停止通入CO，会导致铁又被氧化，所以，应该先停止加热，待玻璃管内的固体冷却后，再停止通入CO。
12．钛(Ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白(TiO2)是目前最好的白色颜料。制备TiO2和Ti的原料是钛铁矿，我国的钛铁储量居世界首位。含Fe2O3的钛铁矿(主要成分为FeTiO3)制备TiO2流程如下：
(1)步骤①加Fe的目的是__________；步骤②冷却的目的是________
________________________________________________________________。
(2)上述制备TiO2的过程中，可以利用的副产物是__________；考虑成本和废物综合利用因素，废液中应加入______处理。
(3)由金红石(TiO2)制取单质钛(Ti)，涉及到的步骤为
―→
反应TiCl4＋2Mg===2MgCl2＋Ti在Ar气氛中进行的理由是_______________
_________________________________________________________。
答案 (1)将Fe3＋还原为Fe2＋
析出绿矾(FeSO4·7H2O)
(2)绿矾(FeSO4·7H2O) 生石灰(或碳酸钙、废碱)
(3)防止高温下镁或钛与O2、N2等反应
解析 (1)分析框图知，铁最终转化成副产品绿矾，所以要将＋3价Fe转化为＋2价Fe，降温减小FeSO4·7H2O的溶解度，有利于绿矾结晶。
(2)水浸后发生的离子反应为TiO2＋＋2H2O===H2TiO3↓＋2H＋，废液主要呈酸性，所以应加入CaO、CaCO3或碱。
(3)反应后Ti和Mg易与空气中O2、N2等反应，故在Ar气氛中进行。
第2课时 海水资源的开发利用
[目标导航] 1.了解海水淡化的方法及其意义。2.了解海水的主要组成元素。3.了解海水化学资源的开发和利用，熟知从海水中提取溴、碘、金属镁的原理。4.以海水资源的综合利用为例，了解化学方法在实现物质间转化中的作用。
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一、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、电渗析法、离子交换法。
3．海水的蒸馏
(1)原理：
(2)注意事项
①烧瓶需垫石棉网加热。
②烧瓶所盛液体不能超过烧瓶容量的，也不能少于。
③需向烧瓶中加几粒沸石或几片碎瓷片，以防液体暴沸。
④冷凝器里的冷却水要从冷凝器的下口进、上口出。
【议一议】
1．若实现海水淡化供应饮用水，下列方法在原理上完全不可行的是( )
A．加明矾使海水中盐分沉淀而淡化
B．利用太阳能使海水蒸馏淡化
C．将海水电解，然后让两极气体燃烧得到饮用水
D．将海水通过离子交换树脂，以除去所含离子
答案 A
解析 明矾具有净水作用，可使海水中的悬浮物形成沉淀而除去，但不能使海水中盐分沉淀。
二、海水化学资源的开发利用
1．海水中的化学资源
海水中H、O两种元素，加上Cl、Na、K、Ca、Mg、S、C、F、B、Br、Sr等11种元素的总量超过99%，其他为微量元素，共计含有80多种。
2．海水制盐
海水粗盐精盐。
3．海带提碘
(1)流程：海带―→灼烧―→浸泡―→过滤氧化―→提纯―→碘单质。
(2)原理：
2I－＋Cl2===I2＋2Cl－。
4．海水提溴
(1)过程：浓缩―→氧化―→富集―→提取。
(2)原理：2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－。
5．海水提镁
(1)过程：浓缩沉淀―→过滤溶解―→结晶(MgCl2·6H2O)MgCl2晶体(金属镁)。
(2)原理：①Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓
②Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
③MgCl2·6H2OMgCl2＋6H2O
④MgCl2(熔化)Mg＋Cl2↑
6．新能源的开发
(1)从海水中提取铀和重水，铀和重水是核能开发的重要原料。
(2)潮汐能、波浪能是待开发的新型能源。
【议一议】
2．判断下列说法正误
(1)海水中含有Br2。( )
(2)海带中含有碘，能使淀粉变蓝。( )
(3)用SO2溶液吸收溴蒸气，是利用了SO2具有漂白性。( )
答案 (1)× (2)× (3)×
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"难点突破.tif"
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一、海水中溴的提取
【例1】 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图：
(1)步骤①反应的离子方程式是________________________________________，
步骤③反应的化学方程式是_________________________________________。
(2)从理论上考虑，下列物质也能吸收Br2的是________。
A．NaOH
B．FeCl2
C．Na2SO3
D．H2O
(3)步骤③中氧化剂是____________，若反应中生成2
mol
HBr，则消耗________mol
SO2。
(4)根据上述反应判断SO2、Cl2、Br2三种物质氧化性由强到弱的顺序是________。
答案 (1)2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－ SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr
(2)ABC
(3)Br2 1 (4)Cl2>Br2>SO2
解析 (1)读懂流程图，可以写出2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－，SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。(2)只从理论上考虑，NaOH具有强碱性，能吸收Br2，Fe2＋、SO具有还原性也能吸收Br2，但Br2在水中的溶解度较小，不能充分吸收。(3)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2
mol
HBr，则消耗1
mol
SO2。(4)最后再向含HBr的溶液中通入适量Cl2，蒸馏得到Br2。经过上述反应过程知氧化性由强到弱的顺序为：Cl2>Br2>SO2。
规律小结
海水提溴四个过程
变式训练1 溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65
mg·L－1。实验室模拟海水中溴的提取。
实验方法：将适量新制氯水加入到20
mL富含溴离子的海水中(海水可以用0.1
mol·L－1的NaBr溶液代替)，把溴置换出来。氯水中的氯气作________________剂，涉及反应的离子方程式为__________。
得到的单质溴可以用有机溶剂在____________(仪器)中实现萃取富集，萃取试剂用____________、苯等，得到的有机层显__________色。
答案 氧化 Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2 分液漏斗 四氯化碳 橙
解析 把溴离子转化为溴单质时，溴离子发生氧化反应，因此需要氧化剂，氯气可以将Br－氧化为Br2。根据萃取的原理，要从水溶液中萃取某种溶质，所选择的萃取剂一定要和水互不相溶。溴单质在有机溶剂中的颜色是橙色到橙红色。
二、海水中碘的提取
【例2】 海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素。碘元素以碘离子的形式存在。实验室从海藻中提取碘的流程如下：
(1)指出从海藻中提取I2的实验操作名称：
①________________，③________________，
②的离子方程式______________________________________________。
(2)提取碘的过程中，可供选择的有机溶剂是( )
A．甲苯、酒精
B．四氯化碳、苯
C．汽油、乙酸
D．汽油、甘油
(3)为使海藻中I－转化为碘的有机溶液，实验室里有烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器。还缺少的仪器是________。
(4)从含碘的有机溶剂中提取碘，还要经过蒸馏，指出下列蒸馏装置中的错误之处_______________________________________________________________。
(5)进行蒸馏操作时，使用水浴加热的原因是________，最后晶态碘在________中。
答案 (1)过滤 萃取 2I－＋Cl2===I2＋2Cl－ (2)B (3)分液漏斗，普通漏斗 (4)见解析 (5)萃取剂沸点较低，I2易升华 烧瓶
解析 (1)为了从悬浊液中分离I－，应用过滤；从I2的水溶液中把它提取出来，应用萃取。
(2)A中酒精，C中乙酸，D中甘油，都是易溶于水的物质，所以不能用于萃取碘。
(3)萃取分液所必需的仪器是分液漏斗，过滤时所需仪器必有普通漏斗。
(4)蒸馏的三点错误：①没有石棉网；②温度计插入液面以下；③冷凝管进、出水方向颠倒。
(5)酒精、乙酸、甘油均不能做为I2的萃取剂。
知识拓展
海带中碘元素的检验
(1)反应原理：2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O
(2)实验步骤及证明方法
变式训练2 海带中的碘元素主要以I－的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2，再萃取出来。证明海带中含有碘的实验方法：
①用剪刀剪碎海带，用酒精湿润，放入坩埚中。
②灼烧海带至完全成灰，停止加热，冷却。
③将海带灰加蒸馏水溶解，搅拌、煮沸、过滤。
④在滤液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入几滴淀粉溶液。(涉及反应的离子方程式为2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O)
在实验过程中用到的玻璃仪器有___________________________________
__________________________________________________________________。
能证明海带中含有碘的实验操作是________(填序号)，现象是________。
答案 烧杯、玻璃棒、漏斗、酒精灯 ④ 滴入淀粉溶液后变蓝
三、海水中镁的提取
【例3】 下表是氧化镁和氯化镁的熔、沸点数据：
物质
氧化镁
氯化镁
熔点/℃
2
852
714
沸点/℃
3
600
1
412
请参考以上数据分析，从海水中提取镁，正确的方法是( )
A．海水Mg(OH)2Mg
B．海水MgCl2溶液―→MgCl2晶体Mg
C．海水Mg(OH)2MgOMg
D．海水Mg(OH)2MgCl2溶液MgCl2(熔融)Mg
答案 D
解析 解答本题既要知道镁是由电解熔融的MgCl2得到，还要知道实际生产中从海水提取MgCl2的途径及原料的合理使用(用石灰乳而不用NaOH)。
知识归纳
海水提镁的生产流程可表示为
变式训练3 从海水中可提取多种化工原料，下面是工业上对海水资源综合利用的示意图。试回答下列问题：
(1)粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SO等杂质离子，精制时所用试剂为A.盐酸；B.BaCl2溶液；C.NaOH溶液；D.Na2CO3溶液。则加入试剂的顺序是________(填序号)。
(2)写出用海滩上的贝壳制Ca(OH)2的化学方程式：________________________
_________________________________________________________________。
(3)电解无水MgCl2可制取镁和Cl2，其中副产品Cl2和Ca(OH)2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，主要考虑到什么问题？________________________________________________________。
(5)从经济效益角度看，该化工厂厂址应选在_________________________
__________________________________________________________________。
答案 (1)B—C—D—A或C—B—D—A或B—D—C—A
(2)CaCO3CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca(OH)2
(3)2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O
(4)经济效益
(5)海边
解析 化工生产是综合利用化学知识解决实际问题的过程，在此过程中，除运用到我们所学的化学知识外，还要从环境保护、能源利用、经济效益等方面考虑。
(1)该小题属离子除杂题。除杂原则是在除去Ca2＋、Mg2＋、SO时，不能带入新的杂质离子。所以，解此题的关键是把握好加入离子的顺序：①Ba2＋必须在CO之前加入；②CO、OH－必须在H＋之前加入，所以B、C不分先后，而D、A本身既分先后，又必须放在B、C之后才能满足条件。
(2)由贝壳→Ca(OH)2的反应为CaCO3→CaO→Ca(OH)2。
(3)漂白粉的主要成分为CaCl2和Ca(ClO)2，可将Cl2通入石灰乳中制得。
(4)海滩上的物质为海水综合利用创造了便利条件，不用运输，就地取材，从经济效益角度考虑是有利的。
(5)由此可见，应在海滩建化工厂或在沿海陆地建厂。INCLUDEPICTURE"当堂过关.tif"
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1．下列关于海水的知识不正确的是
( )
A．海水资源的利用包括海水水资源利用和化学资源利用
B．海水既苦又涩，不能直接利用
C．海水中某些金属元素总储量很大，但富集程度却很低
D．海水淡化应同化工生产结合，同能源技术结合
答案 B
解析 海水可直接利用，如冲厕、作冷却水等。
2．某同学设计实验从海带中提取碘：
①滴加稀硫酸和双氧水 ②在海带中加入少量酒精，点燃使其燃烧为灰烬，在灰烬中加水搅拌 ③加四氯化碳并振荡 ④过滤 ⑤分液
该实验的合理操作顺序是
( )
A．①③⑤②④
B．②①③④⑤
C．②④①③⑤
D．③①②⑤④
答案 C
解析 从海带中提取I2的流程为
海带(加少量酒精)海带灰含I－的水溶液I2的水溶液I2的有机溶液，故正确步骤为②④①③⑤，选C。
3．下列有关说法不正确的是
( )
A．工业上可利用海水制取镁
B．实验室可以海带为原料获得碘
C．工业上可用还原剂还原赤铁矿(含Fe2O3)获得铁
D．从海水中提取溴元素(以Br－形式存在)，可以考虑向其中通入F2
答案 D
解析 海水中含大量Mg2＋，海带中含碘元素，因此工业上可利用海水制镁，实验室中用海带制碘，A、B正确；赤铁矿主要成分为Fe2O3，可用还原剂如焦炭还原Fe2O3获得铁，C正确；因F2能与水剧烈反应，反应方程式：2F2＋2H2O===4HF＋O2，因此D错误。
4．海水提取镁的最基本方法是往海水中加____________，得到________沉淀，将沉淀分离出来后再加入________把它变成________；之后，经过结晶、______、干燥、______，就可得到金属镁。
答案 碱 氢氧化镁 盐酸 氯化镁 过滤 电解
5．海水是可以综合利用的。从海水中提取食盐和溴的过程如下：
(1)请写出一种海水淡化的方法：_____________________________________。
(2)步骤Ⅰ获取Br2的离子方程式为___________________________________。
(3)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Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，在该反应中，还原剂是________________(填化学式)。若反应中生成4
mol
HBr，则消耗________mol
SO2。
答案 (1)蒸馏法 (2)Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－ (3)SO2 2
解析 海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。海水淡化后得到NaCl，电解其熔融态可生成Na和Cl2，利用生成的Cl2氧化浓缩海水中的Br－得到Br2，离子反应方程式为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，然后通入空气，吹出Br2，再用SO2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4
mol
HBr，则消耗2
mol
SO2，最后再向含HBr的溶液中通入适量Cl2，蒸馏得到Br2。
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[经典基础题]
题组1 海水的综合利用
1．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从海水中获得的物质是
( )
A．Cl2、Br2、I2
B．Na、Mg、Al
C．食盐、淡水
D．NaOH、H2
答案 C
解析 A、B、D中的物质必须经化学变化，才能够从海水中获取。
2．海水是一个巨大的化学资源宝库，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可以得到钾单质
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Cl2
D．利用潮汐发电是将化学能转化为电能
答案 C
解析 海水中的钾元素是以化合态形式存在，要求化合态转化为游离态，一定发生氧化还原反应，A不正确；海水蒸发制海盐，是发生了物理变化，B错误；电解熔融NaCl可以制得Na和Cl2，C正确；潮汐发电是将机械能转化为电能，因此D也不正确。
3．NaCl是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
( )
①烧碱 ②纯碱 ③金属钠 ④氯气 ⑤盐酸
A．①②③④⑤
B．①②③④
C．①②③⑤
D．①②④⑤
答案 A
解析 在氯碱工业中，2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，H2与Cl2化合被水吸收可得盐酸。2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。在制纯碱工业中主要利用如下原理：NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl；2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑。
题组2 海水提取溴碘及其性质应用
4．从海水中提取的溴约占世界溴年产量的，从海水中提取溴的主要步骤可表示为
( )
A．氧化→吸收→吹出
B．氧化→吹出→吸收
C．吹出→氧化→吸收
D．吹出→吸收→氧化
答案 B
解析 从海水中提取溴，先用氧化剂将溴离子氧化为溴单质，再用热空气吹出后用碱液吸收。
5．海水提溴过程中将Br－氧化成Br2，可向其中加入氧化剂，合适的是
( )
A．酸性KMnO4溶液
B．氯水
C．FeCl3溶液
D．碘水
答案 B
解析 Fe3＋和I2的氧化性都不如Br2的强，C、D不正确；酸性KMnO4溶液能氧化Br－，但不适合工业生产用，KMnO4价格比较贵。
6．从海带中提取碘的实验过程中涉及下列操作，其中正确的是
( )
答案 D
解析 灼烧海带应用坩埚，A项错误；过滤时应用玻璃棒引流，B项错误；苯的密度比水的小，萃取后的混合溶液中苯在上层，应从分液漏斗上口倒出，C项错误。
7．甲、乙、丙三溶液各含有一种X－(X－为Cl－、Br－或I－)，向甲中加入淀粉溶液和氯水，则溶液变为橙色，再加丙溶液，颜色无明显变化。则甲、乙、丙依次含有
( )
A．Br－、I－、Cl－
B．Br－、Cl－、I－
C．I－、Br－、Cl－
D．Cl－、I－、Br－
答案 A
解析 向甲中加入淀粉溶液和氯水，溶液变为橙色，应是溴水的颜色，则甲中必含有Br－，被Cl2置换生成了Br2，由此否定了C、D；再加丙溶液，颜色无明显变化，说明丙溶液中不含I－，否则加入后应被Br2所置换，生成I2，溶液应为蓝色，与题给条件不符，则丙溶液只能含有Cl－，I－必在乙溶液中。因此甲、乙、丙溶液依次含有Br－、I－、Cl－。
8．检验海带中碘元素的实验中，发生如下反应：2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O，下列对该反应的叙述中不正确的是
( )
A．I2为氧化产物
B．H2O2既作氧化剂又作还原剂
C．氧化性强弱顺序为H2O2>I2
D．生成1
mol
I2时转移2
mol电子
答案 B
解析 2I－＋H2O2＋2H＋===I失2×e－2＋2H2O得2×e－，该反应中I2为氧化产物，H2O2作氧化剂，根据氧化性由强到弱的顺序为氧化剂>氧化产物，所以氧化性H2O2>I2；反应中每生成1
mol
I2，转移2
mol电子。
[能力提升题]
9．全球海水中溴的储藏量丰富，约占地球溴总储藏量的99%，故溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65
mg·L－1。其工业提取方法有：
(1)空气吹出纯碱吸收法。方法是将氯气通入到富含溴离子的海水中，把溴置换出来，再用空气将嗅吹出，用纯碱溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到溴单质。该方法涉及的反应有①______________________(写出化学方程式)；②3Br2＋3CO===BrO＋5Br－＋3CO2↑；③BrO＋5Br－＋6H＋===3Br2＋3H2O。其中反应②中氧化剂是________；还原剂是________。
(2)空气吹出SO2吸收法。该方法基本同(1)，只是将溴吹出后是用SO2来吸收的，使溴转化为氢溴酸，然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质溴。写出溴与二氧化硫反应的化学方程式：__________________________________________
______________________________。
(3)溶剂萃取法。该法是利用单质溴在水中和溶剂中溶解度的不同的原理来进行的。实验室中萃取用到的实验仪器名称是________。下列可以用于海水中溴的萃取的溶剂是________(填序号)。
①乙醇 ②四氯化碳 ③硝酸
答案 (1)Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2 Br2 Br2
(2)Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4
(3)分液漏斗 ②
解析 工业上提取溴的原理：将氯气通入到富含溴离子的海水中，把溴置换出来，然后被某些溶液吸收，再提纯即可得到。Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2，溴与二氧化硫反应的化学方程式：Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4，方法(3)是利用物理方法，用有机溶剂溶解，因为溴易溶于有机溶剂，作为海水中萃取溴的溶剂只能是②四氯化碳。
10．海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：
(1)Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去？写出实验步骤。__________________________________________________________________
(2)实验室将粗盐制成精盐的过程中，溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的：
①溶解：
_________________________________________________________。
②过滤：_________________________________________________________。
③蒸发：__________________________________________________________。
答案 (1)加入MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤 (2)搅拌，加速固体溶解 引流，防止液体外溅 搅拌，防止因局部过热而使液体或晶体飞溅
解析 (1)为防止引入新杂质，可用MgCl2溶液或Mg(NO3)2溶液将Ca(OH)2转化为Mg(OH)2，然后过滤洗涤得Mg(OH)2。
(2)溶解固体时使用玻璃棒是为了加速固体的溶解；在过滤时使用玻璃棒引流，可防止液体外溅；蒸发结晶过程中，使用玻璃棒搅拌，可防止因局部过热而使液体或晶体飞溅。
11．镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的。主要步骤如下：
(1)为了使MgSO4转化为Mg(OH)2，试剂①可以选用________，要使MgSO4完全转化为沉淀，加入试剂的量应为________________。
(2)加入试剂①后，能够分离得到Mg(OH)2沉淀的方法是_________________
_______________________________________________________。
(3)试剂②选用________；写出其反应的离子方程式_______________________
_________________________________________________________________。
(4)无水MgCl2在熔融状态下，通电后产生镁和氯气，该反应的化学方程式为_________________________________________________________________。
答案 (1)石灰乳 过量 (2)过滤 (3)盐酸 Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O (4)MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
解析 (1)工业上常加入廉价的石灰乳使海水中的MgSO4转化为Mg(OH)2；为使MgSO4完全转化为Mg(OH)2，应加入过量石灰乳。
(2)加入石灰乳产生Mg(OH)2，通过过滤将Mg(OH)2分离出来。
(3)用盐酸溶解Mg(OH)2，反应的离子方程式为Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O
(4)工业上电解熔融MgCl2制取Mg，反应的化学方程式为MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
12．空气吹出法工艺，是目前“海水提溴”的最主要方法之一。其工艺流程如下：
(1)步骤③的离子方程式：__________________________________________。
(2)步骤⑤中溴蒸气冷凝后得到液溴与溴水的混合物，可利用它们的相对密度相差很大的特点进行分离。分离仪器的名称是________。
(3)溴水混合物Ⅱ中溶有一定量的氯气，因此在步骤⑤中可将蒸馏产生的气体通过________(填试剂名称)溶液，以除去氯气。
(4)步骤⑤的蒸馏过程中，温度应控制在80～90
℃。温度过高或过低都不利于生产，请解释原因：_________________________________________________
________________________________________________________________。
(5)步骤①中用硫酸酸化可提高Cl2的利用率，理由是______________
________________________________________________________________。
(6)提取溴单质，采用蒸馏“溴水混合物Ⅱ”而不是蒸馏“溴水混合物Ⅰ”，请说明原因：_______________________________________________________
_________________________________________________________________。
答案 (1)Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO
(2)分液漏斗 (3)溴化铁(或其他含Br－的盐类物质)
(4)温度过高，大量水蒸气被蒸出，溴蒸气中水增加；温度过低，溴不能完全蒸出，吸收率低
(5)酸化可抑制Cl2、Br2与水反应
(6)将“溴水混合物Ⅰ”转变为“溴水混合物Ⅱ”是Br2的浓缩过程，可提高效率，减少能耗，降低成本
解析 海洋是资源的宝库，海水化工是考试的热点。占地球储量99%的溴分布在海洋中，从海水中提取溴，一般要经过浓缩、氧化、提取三个步骤。
步骤①的氯气氧化发生的反应是Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2，生成的溴仍溶解在海水中，怎样才能把溴提取出来呢？根据溴的沸点比水低的性质，可以鼓入热空气(步骤②)，使它和热空气一起挥发出来，再用SO2吸收(步骤③)：Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO，这样可以得到较大浓度的含Br－的溶液，进一步用氯气氧化(步骤④)，得到Br2，然后蒸馏便得到了液溴。
第二节 资源综合利用 环境保护
[目标导航] 1.了解煤、石油、天然气的组成及其综合利用。2.通过简单实例，了解常见高分子材料的合成，能举例说明高分子材料在生产、生活、科技等领域中的应用及发展。3.认识化学对环境保护的意义。4.了解绿色化学的含义，知道在化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性。
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一、煤、石油和天然气的综合利用
1．从煤、石油和天然气中获得基本化工原料
(1)煤的组成和加工
①煤的组成
②煤的加工方法及产品
(2)天然气的组成和利用
(3)石油的组成和加工
警示 煤的干馏、气化、液化，石油的裂化、裂解均是化学变化，而石油的分馏是物理变化。
2．以煤、石油、天然气为原料生产合成材料
(1)三大合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维，这三大合成材料，主要是以石油、煤和天然气为原料生产的。
(2)合成高分子化合物的常见反应类型
①加聚反应：由相对分子质量小的化合物通过加成反应相互结合成相对分子质量很大的高分子化合物的反应。如
nCH2===CH2?CH2—CH2?
注意：a.单体：聚合成高分子化合物的小分子化合物，如CH2===CH2。
b．链节：高分子化合物中的最小重复单元，如—CH2—CH2—。
c．聚合度：高分子化合物中的链节数，如聚乙烯中的n。
②缩聚反应：由相对分子质量小的化合物通过缩合结合成相对分子质量很大的高分子化合物，同时有小分子(如H2O等)生成的反应。如：
【议一议】
1．判断正误：
(1)煤、石油和天然气是不可再生能源，也是新型清洁能源。( )
(2)把煤加强热使之分解的过程叫煤的干馏。( )
(3)化石燃料燃烧时产生的二氧化碳是大气污染物之一。( )
(4)天然气的主要用途就是作燃料。( )
(5)不能用裂化汽油萃取溴水中的溴。( )
答案 (1)× (2)× (3)× (4)× (5)√
2．问题思考：
高分子化合物聚乙烯(?CH2—CH2?)的单体和链节的组成和结构都相同吗？
答案 高分子化合物的单体是形成高分子化合物的小分子，链节是高分子中的重复的结构单元。聚乙烯的单体是乙烯(CH2===CH2)分子，链节是“—CH2—CH2—”，二者组成相同，结构不同。
二、环境保护与绿色化学
1．环境问题
主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。根治污染的最有效途径是控制污染源。
2．“三废”污染
“三废”主要指废气、废液和废渣，大气污染物主要来自化石燃料燃烧和工业生产过程中产生的废气及其携带的颗粒物；工业生产中的废水往往含有复杂的成分，任意排放会导致土壤、水源的污染，需要经过多步处理才能达到排放标准；废渣等固体废弃物的处理兼有减少环境污染和资源回收利用两个重要目的。
3．当今化学工作者面临的重要任务
(1)环境监测
(2)三废治理
(3)寻找源头治理环境污染的生产工艺等。
其中对环境情况的监测，就是对污染物的存在形态、含量等进行分析和鉴定，提供可靠的分析数据。
4．绿色化学
绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。
“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时原子利用率为100%。
【议一议】
3．加成反应和加聚反应符合绿色化学的思想，且原子利用率是100%，正确吗？
答案 正确，加成反应和加聚反应只有目标产物，无副产物，故原子利用率是100%，符合绿色化学的思想。INCLUDEPICTURE"难点突破.tif"
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一、煤、石油和天然气的综合利用
【例1】 下列转化不属于煤或石油的综合利用的是( )
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．将煤变为煤饼作燃料
D．将石油裂解制得乙烯等化工原料
答案 C
解析 煤的干馏和煤的液化属于煤的综合利用，而将煤变成煤饼作燃料是为了提高煤的利用率，不属于综合利用；石油裂解属于石油的综合利用。
要点归纳
1．“三馏”比较
干馏
蒸馏
分馏
原理
隔绝空气加强热使物质分解
根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离
与蒸馏原理相同
产物
产物为混合物
产物为单一组分的纯净物
产物为沸点不同的各组分组成的混合物
反应类型
化学变化
物理变化
物理变化
2.化学“六气”的主要成分
高炉煤气
水煤气
天然气
液化石油气
焦炉气
裂解气
主要成分
CO、CO2
H2、CO
CH4
C3H8、C4H10
H2、CH4、C2H4、CO
C2H4、C3H6、C4H8、CH4
变式训练1 下列说法中错误的是( )
A．石油是混合物，石油分馏得到的汽油也是混合物
B．含C18以上的烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油
C．焦炭是煤的干馏的一种重要产品
D．煤中含有苯和甲苯，可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来
答案 D
解析 石油通过分馏的方法获得汽油、煤油和柴油等轻质液体燃料，但产量不高。通常采用裂化的方法，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃，提高汽油的产量。
煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素，还含有少量的氢、氧、氮、硫等元素，并不含苯和甲苯。煤干馏得到焦炭、煤焦油、焦炉气等。煤焦油是含有多种芳香族化合物的混合物，可以生产芳香族化合物苯和甲苯。
二、环境保护和绿色化学
【例2】 化学与环境密切相关，下列有关说法正确的是( )
A．CO2属于大气污染物
B．酸雨是pH小于7的雨水
C．CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成
D．大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧
答案 D
解析 常见的大气污染物有：颗粒物、二氧化硫、三氧化硫、一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、碳氢化合物等。二氧化碳不属于大气污染物，A项错误；酸雨是pH小于5.6的降雨，B项错误；酸雨是由氮的氧化物和硫的氧化物引起的，二氧化碳不会引起酸雨，C项错误；全球气温变暖的温室效应，城市中的热岛效应，还有海洋中的厄尔尼诺现象和拉尼娜现象等其产生都和二氧化碳的排放有关系，D项正确。
要点归纳
六大环境问题
环境问题
主要污染物
主要危害
温室效应
CO2
造成全球气候变暖，水位上升，陆地面积减小等
酸雨
SO2、NOx
土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等
臭氧层破坏
氟氯代烷、NOx
到达地球表面的紫外线明显增多，给人类健康及生态环境带来多方面危害
光化学烟雾
碳氢化合物、NOx
刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡
白色污染
废弃塑料制品
①在土壤中影响农作物吸收水分和养分，导致农作物减产；②混入生活垃圾中难处理、难回收；③易被动物当作食物吞入，导致动物死亡
赤潮和水华
废水中含氮、磷元素的营养物质
使水体富营养化，导致水中藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水体变得浑浊、水质恶化
变式训练2 在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。下列反应类型能体现“原子经济性”原则的是( )
①置换反应 ②化合反应 ③分解反应 ④取代反应 ⑤加成反应 ⑥加聚反应 ⑦酯化反应
A．②⑤⑥
B．②④⑤
C．只有⑥
D．只有⑥⑦
答案 A
解析 据四种基本反应类型的定义即判断出只有化合反应产物唯一。在有机反应类型中，取代反应、酯化反应、水解反应的产物均不唯一而加成产物、加聚产物唯一，反应物中的原子全部转化成期望的最终产物，即原子利用率为100%。
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1．下列说法不正确的是
( )
A．煤油可由石油分馏获得，可用作燃料和保存少量金属钠
B．煤可与水蒸气反应制成水煤气，水煤气的主要成分为CO和H2
C．汽油、煤油、柴油和植物油都是碳氢化合物
D．以石油、煤和天然气为原料，可生产塑料、合成橡胶和合成纤维
答案 C
解析 植物油是由C、H、O三种元素构成的有机物，不属于碳氢化合物。
2．下列有关环境问题的说法正确的是
( )
A．燃煤中加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量
B．臭氧的体积分数超过10－4%的空气有利于人体健康
C．pH在5.6～7.0之间的降水通常称为酸雨
D．含磷合成洗涤剂易于被细菌分解，故不会导致水体污染
答案 A
解析 A项石灰石在煤燃烧过程中分解为CaO，CaO和SO2结合为CaSO3，进一步转化为CaSO4，可减少SO2污染；B项当空气中臭氧的含量超过10－5%(体积分数)时，就会对人体、动植物及暴露在空气中的物质造成危害；C项pH小于5.6的雨水称为酸雨；D项含磷合成洗涤剂易造成水体富营养化，形成“水华”“赤潮”等水体污染。
3．以节能减排为基础的低碳经济是保持社会可持续发展的战略举措。下列做法违背发展低碳经济的是
( )
A．发展氢能和太阳能
B．限制塑料制品的使用
C．提高原子利用率，发展绿色化学
D．尽量用纯液态有机物代替水作溶剂
答案 D
解析 所谓低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭、石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到社会经济发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。发展氢能和太阳能、限制塑料的使用和发展绿色化学，都符合低碳经济。
4．下列说中错误的是
( )
A．石油中含有C5～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油
B．含C18以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油
C．煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物
D．煤中的无机物是氨水，故煤干馏时可得到粗氨水
答案 D
解析 汽油是C5～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到，也可由C18以上的烷烃经过裂化反应得到，A、B正确；煤是由有机物和无机物所组成的复杂混合物，其干馏产物中有粗氨水，故C正确，D错误。
5．绿色化学是“预防污染”的根本手段，它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各个环节中都实现净化和无污染。
(1)下列各项符合“绿色化学”要求的是__________。
A．处理废弃物
B．治理污染点
C．减少有毒物
D．杜绝污染源
(2)在我国西部大开发中，某地为筹建一大型化工基地，征集到下列方案，其中你认为可行的是__________。
A．建在西部干旱区可以脱贫致富
B．应建在水资源丰富和交通方便且远离城市的郊区
C．企业有权自主选择厂址
D．不宜建在人口稠密的居民区
(3)某化工厂排放的污水中含有Mg2＋、Fe3＋、Cu2＋、Hg2＋四种离子。某同学设计了从该污水中回收纯净的金属铜的方案。
在能制得纯铜的方案中，哪一步操作会导致环境污染？__________。
应增加哪些措施防止污染__________________________________________。
答案 (1)D (2)B、D (3)第③步 增加冷凝回收装置
解析 (1)根据题干描述：绿色化学是“预防污染”的根本手段，因此应从“源头”上杜绝。
(2)化工基地的筹建首先不宜建在人口稠密的居民区，同时要考虑水资源和交通问题。
(3)第③步由于汞的沸点低、易挥发、有毒，因此会造成环境污染。
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[经典基础题]
题组1 煤、石油、天然气的综合利用
1．有关煤的叙述中不正确的是
( )
A．煤是工业上获得苯、甲苯、二甲苯等芳香烃的重要来源物质
B．煤是由多种有机物组成的混合物，内含煤焦油等成分
C．煤除了含有C元素外，还含有少量的N、H、S、O等元素
D．煤等化石燃料的储量有限，节能和开发新能源是人类实现可持续发展的关键
答案 B
解析 该题主要考查煤的成分及利用，煤是有机物和少量无机物组成的混合物，煤焦油是煤干馏的产物之一，不属于煤本身的成分，故选B项。
2．下列石油的炼制和加工过程，属于物理变化的是
( )
A．分馏
B．重整
C．裂化
D．裂解
答案 A
3．近期我国冀东渤海湾发现储量达10亿吨的大型油田。下列有关说法正确的是
( )
①石油裂解得到的汽油可与溴水反应
②石油的分馏是化学变化
③石油的分馏实验中，温度计水银球插入液面以下，因为它测的是混合液的温度
④石油分馏得到的汽油仍是混合物
A．①③
B．②④
C．①④
D．②③
答案 C
解析 石油的分馏是依据各物质的沸点不同经加热汽化和冷凝而分离的操作，故为物理变化，②错；石油分馏实验中，温度计水银球应放在蒸馏烧瓶支管口处，以测量馏出蒸气的温度，故③错。
4．下图是实验室模拟煤的干馏的实验装置，下列叙述错误的是
( )
A．上图实验中发生了化学变化
B．液体X的pH＞7，液体Y是黑色黏稠状的煤焦油
C．气体Z易燃，可还原CuO，也可使溴水褪色
D．液体Y是一种纯净物
答案 D
解析 煤的干馏产物有NH3，易溶于水而呈碱性，pH>7，同时还生成了煤焦油，它的主要化学成分为芳香族化合物，是难溶于水的黏稠液体。煤干馏的气体产物中的氢气、一氧化碳具有还原性，可以还原CuO，气体产物中的C2H4可使溴水褪色。
题组2 环境保护与绿色化学
5．环境污染已成为人类社会面临的重大问题，各种污染数不胜数，下列词语与环境污染无关的是
( )
①温室效应 ②赤潮 ③酸雨 ④光化学污染 ⑤臭氧空洞 ⑥水俣病 ⑦潮汐 ⑧大脖子病 ⑨水华
A．①③④⑨
B．⑦⑧
C．⑥⑦⑧
D．②⑤⑦
答案 B
解析 ⑦潮汐是由地球自转引起的自然现象，⑧大脖子病是人体缺碘引起的，它们与环境污染无关。
6．空气是人类生存所必需的重要资源。为改善空气质量而启动的“蓝天工程”得到了全民的支持，下列措施不利于“蓝天工程”建设的是
( )
A．推广使用燃煤脱硫技术，防治污染
B．实施绿化工程，防治扬尘污染
C．研制开发燃料电池汽车，消除机动车尾气污染
D．加大石油、煤炭的开采速度，增加化石燃料的供应速度
答案 D
解析 以环保为主题，是一道融合多个考点的综合题。联系题给的信息“蓝天工程”，再结合选项中的“污染物质”，很容易得出正确结论。需要注意的是，学生往往忽略“不利于”三个字，而选错答案。
7．近几年来，冠以“绿色”的新概念不断产生，如绿色食品、绿色材料、绿色能源、绿色化学等，这里的“绿色”是对人类社会可持续发展战略的形象表达。“绿色化学”要求从经济、环保和技术上设计可行的化学反应。据此，由单质镁制硝酸镁的下列四个方案中，你认为可行而且符合“绿色化学”要求的方案是
( )
A．MgMg(NO3)2
B．MgMgCl2Mg(OH)2Mg(NO3)2
C．MgMgOMg(NO3)2
D．MgMgSO4Mg(NO3)2
解析 据题意，“绿色化学”要求从经济、环保和技术三个方面设计可行的化学反应。从经济角度考虑，B项最不合算，除Mg外还用了三种试剂；D项不合算，用了两种较贵的试剂浓硫酸和Ba(NO3)2。从环保角度考虑，A、D两项分别产生了污染环境的氮氧化物和SO2，B项也使用了会对环境造成污染的Cl2。从技术角度看，D项中Ba(NO3)2溶液的加入量较难控制。综上所述，可知只有C项符合“绿色化学”的要求。
答案 C
8．“绿色化学”是人们最近提出的一个新概念，主要内容之一是指从技术、经济上设计可行的化学反应，尽可能减少对环境的负作用。下列化学反应符合绿色化学概念的是
( )
A．制CuSO4：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O
B．制CuSO4：2Cu＋O22CuO
CuO＋H2SO4(稀)===CuSO4＋H2O
C．制Cu(NO3)2：3Cu＋8HNO3(稀)===3Cu(NO3)2＋2NO↑＋4H2O
D．制Cu(NO3)2：Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O
答案 B
解析 本题考查有关浓硫酸和硝酸与金属反应的产物特点、制取方案的优化和绿色化学知识。思考时注意反应物和产物的物理、化学性质，考虑其是否会带来污染、是否额外消耗能量、是否有腐蚀性、毒性、爆炸危险以及成本等，注意采用对比的方法。在选项A、C、D的产物中有二氧化硫和氮氧化物，有毒且污染环境，硫酸和硝酸的利用率低。而B选项没有气体产物，无污染物排放，硫酸的利用率高。
[能力提升题]
9．由于我国煤储藏量相对比石油和天然气丰富，能源消费以煤为主。将原煤作为燃料燃烧，既严重污染环境，效率又不高，因而国家大力提倡煤的综合利用。实施“煤变油”，其原理之一是先将煤与水蒸气制得水煤气(CO和H2)，再催化合成甲醇或烃类等液态能源。
(1)用CO和H2合成甲醇的化学方程式是_______________________________
_________________________________________________________________。
(2)用CO和H2合成烃(CnHm)的化学方程式是__________________________
_________________________________________________________________。
(3)气化和液化的优点是____________________________________________。
答案 (1)CO＋2H2CH3OH
(2)nCO＋H2CnHm＋nH2O
(3)使煤变成清洁能源，提高煤的燃烧效率
解析 根据题目中的信息，结合化学反应前后原子守恒写出方程式；优点是清洁和高效。
10．下图是实验室干馏煤的装置图：
(1)指出图中仪器名称：a.________，d.________。
(2)仪器d的作用是________，c中液体有________和________，其中无机物里溶有________，可用________检验出来。有机物可以通过________的方法使其中的重要成分分离出来。
(3)e处点燃的气体主要成分有____________，火焰的颜色是________。
答案 (1)酒精喷灯 烧杯
(2)盛装冷水对蒸汽进行冷却 粗氨水 煤焦油 氨 酚酞溶液 分馏
(3)H2、CH4、CH2===CH2、CO 淡蓝色
解析 本题是关于煤干馏的实验，根据煤干馏的主要产品，b中得到的应是焦炭，c中得到的应是粗氨水和煤焦油，e处点燃的应是焦炉气。其中粗氨水中溶有氨，呈碱性，可用酚酞溶液等检验；煤焦油主要是苯、甲苯、二甲苯的混合物，应用分馏的方法分离；焦炉气的主要成分有CH4、CO、H2、CH2===CH2，燃烧时呈淡蓝色火焰。
11．为了防治酸雨，减少煤燃烧时向大气排放的SO2，工业上采用生石灰和含硫的煤混合使用以“固硫”(避免硫的化合物进入大气)，最后生成石膏。试回答：
(1)整个“固硫”反应所涉及的反应类型包括：①化合反应②分解反应 ③置换反应 ④复分解反应 ⑤氧化还原反应 ⑥非氧化还原反应 ⑦离子反应 ⑧非离子反应(分子反应)。其中正确的是
( )
A．①⑤⑥⑦
B．①②③⑤⑧
C．①⑤⑥⑧
D．②④⑤⑦
(2)第一步“固硫”反应的化学方程式中所需气态物质的化学计量数为( )
A．1
B．2
C．3
D．4
(3)比较此法与石灰石粉末与含硫煤混合法哪个更好些________(A.生石灰 B．石灰石)，原因是__________________________________________________
_________________________________________________________________。
(4)你认为减少酸雨产生可采取的措施是
( )
①少用煤作燃料 ②把工厂的烟囱造高 ③先将燃料煤脱硫 ④在土壤中加石灰防止酸化 ⑤开发新能源，避免含S、N的氧化物大量排放
A．①②③
B．②③④⑤
C．①③⑤
D．①③④⑤
答案 (1)C (2)A (3)A 此法节约煤，成本低
(4)C
解析 (1)在含硫的煤中加生石灰“固硫”的反应是CaO＋SO2===CaSO3、2CaSO3＋O2===2CaSO4，可见所涉及到的反应类型有化合反应、氧化还原反应、非氧化还原反应和非离子反应。
(2)易错选B。主要是不清楚哪一个反应是第一步“固硫”反应。
(3)有的学生误答石灰石粉末与含硫煤混合法更好。忽略了石灰石分解为CaO需消耗很高能量，浪费煤，使生产成本提高。
(4)易错选A、B或D。错误的原因是不能正确应用已有知识来全面分析具体问题。把烟囱造高不能减少SO2的排放量；在土壤中施加石灰虽可中和酸雨造成的酸性，但不属于减少酸雨而采取的措施。
12．Ⅰ.如图是石油分馏塔的示意图。a、b、c三种馏分中________(填字母序号)。
A．a的沸点最高
B．b的熔点最低
C．c的平均相对分子质量最大
D．每一种馏分都是纯净物
Ⅱ.裂化汽油中除含有C5～C11的烷烃外，还含有C5～C11的烯烃及甲苯、二甲苯等苯的同系物。已知甲苯、二甲苯能使酸性KMnO4溶液褪色。要用化学方法检验某裂化汽油样品中含有烯烃及苯的同系物，实验步骤为
(1)先逐滴加入________，振荡，如果看到________，则证明有________存在。
(2)继续逐滴加入________至________为止，静置，用分液漏斗分出________(填“上”或“下”)层的裂化汽油样品，再加入________振荡，如果看到________，则证明裂化汽油中有________存在。
答案 Ⅰ.C Ⅱ.(1)溴水 褪色 烯烃 (2)溴水 不褪色 上 酸性KMnO4溶液 溶液褪色 苯的同系物
解析 Ⅰ.由题图可知，a先分馏出来，c较a、b最后分馏出来，故熔沸点高低顺序为a＜b＜c，熔沸点越高，烃中含碳原子数越多，其相对分子质量越大。
Ⅱ.因为烯烃可使溴水、酸性KMnO4溶液褪色，而苯的同系物只能使酸性KMnO4溶液褪色，根据这一性质差异，则先用溴水检验烯烃的存在，再用酸性KMnO4溶液检验苯的同系物的存在。(1)向样品中逐滴加入溴水，振荡，如看到溴水褪色，则证明有烯烃存在。(2)继续逐滴加溴水至不再褪色为止，用分液漏斗分出上层的裂化汽油样品，因为加足量溴水后，生成的卤代烷及水的密度均比烷烃和苯的同系物大，所以上层应是烷烃和苯的同系物的混合物。向分出的上层样品中加入酸性KMnO4溶液，如果紫色褪去，则证明有苯的同系物存在。
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(时间：90分钟 满分：100分)
一、选择题(本题包括16个小题，每小题3分，共48分。每小题只有一个选项符合题意)
1．下列做法不能体现低碳生活的是
( )
A．减少食物加工过程
B．注意节约用电
C．尽量购买本地的、当季的食物
D．大量使用薪柴为燃料
答案 D
解析 薪柴燃烧释放出二氧化碳气体，不符合“低碳生活”的理念；减少食物的加工过程和节约用电，可少耗能量，减少释放二氧化碳的量，符合“低碳生活”的理念；购买本地和当季食物，可以减少运输过程的能量耗损，减少二氧化碳的排放，符合“低碳生活”的理念。
2．钠多以资源丰富的NaCl为原料来制备，下列方法中能够制备出金属钠的是
( )
A．加热NaCl晶体
B．用金属钾置换NaCl溶液中的Na＋
C．电解NaCl溶液
D．电解熔融的NaCl
答案 D
3．下列关于化学与生产、生活的认识不正确的是
( )
A．CO2、CH4、N2等均是造成温室效应的气体
B．使用清洁能源是防止酸雨发生的重要措施之一
C．节能减排符合低碳经济的要求
D．合理开发利用可燃冰(固态甲烷水合物)有助于缓解能源紧缺
答案 A
解析 由于N2不是造成温室效应的气体，所以A不正确。
4．下列不属于海水化学资源利用的是
( )
A．海水淡化
B．海水提盐
C．海水提溴
D．海水提碘
答案 A
解析 海水淡化是海水水资源的利用，而海水提盐、海水提溴、海水提碘等均是海水化学资源的利用。
5．下列氧化物不能跟铝粉组成铝热剂的是
( )
A．Cr2O3
B．MnO2
C．MgO
D．V2O5
答案 C
解析 MgO和Al不能在熔融状态发生置换反应。
6．下列说法正确的是
( )
A．禁止使用四乙基铅作汽油抗爆震剂，可减少汽车尾气污染
B．聚乙烯可发生加成反应
C．煤的干馏和石油的分馏均属化学变化
D．石油分馏可获得乙烯、丙烯和丁二烯
答案 A
解析 铅是一种重要的污染物，A项正确；乙烯加聚反应生成聚乙烯后，双键变单键不能发生加成反应，B项错误；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，C项错误；石油分馏得到的是不同沸点的烃类化合物，如汽油、煤油、柴油等，只有通过裂解的方法可得到乙烯等不饱和的烃类物质，D项错误。
7．绿色化学概念从一提出来，就明确了它的目标是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料，最大限度地节约能源，在化工生产各环节都实现净化和无污染的反应途径。下列化工生产中体现绿色化学内涵的是
( )
①减少“三废”排放量
②考虑有关原材料的再生利用
③出现污染问题再治理
④回收未反应的原料、副产物、助溶剂、稳定剂等非反应试剂
⑤拒绝使用无法替代、无法回收、无法再生和重复使用的有毒副作用、污染明显的原料
A．①③④
B．①②③⑤
C．①②④⑤
D．②③④⑤
答案 C
解析 对出现的污染问题及时治理属于环境治理的范畴，不能体现绿色化学的内涵。
8．下列说法中不正确的是
( )
A．石油化学工业是以石油为原料，既生产石油产品又生产化学用品的石油加
工业
B．石油裂化既能提高汽油产量，又能提高汽油的质量
C．石油的裂解和裂化都是化学变化，但二者的目的不一样
D．烷烃在裂解过程中既可发生断链裂解又可发生脱氢裂解
答案 A
解析 石油化学工业的原料是石油和天然气，A项不正确；石油裂化既能提高汽油的产量又能提高汽油的质量，裂解是深度裂化，以获取化工原料乙烯、丙烯、丁烯为生产目的，B、C项均正确；烷烃裂解方式有两种，即断链和脱氢，D项正确。
9．化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。下列说法正确的是( )
A．为提高农作物的产量和质量，应大量使用化肥和农药
B．绿色化学的核心是应用化学原理对环境污染进行治理
C．实现化石燃料清洁利用，就无需开发新能源
D．垃圾是放错地方的资源，应分类回收利用
答案 D
解析 化肥和农药可以提高农作物的产量和质量，但大量使用时会污染土壤；绿色化学的核心是实现零污染、零排放；化石燃料在自然界中不是取之不尽、用之不竭的，还需开发新能源。
10．下列说法中不正确的是
( )
A．金属的冶炼原理，就是运用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其
化合物中还原出来
B．冶炼金属时，必须加入一种物质作还原剂
C．金属由化合态变为游离态，一定是被还原
D．金属单质被发现和应用的越早，其活动性越弱
答案 B
解析 金属的冶炼就是把金属从其化合物中还原出来；有些金属冶炼时不需要还原剂，例如：Hg和Ag的冶炼，工业上用热分解法使HgO和Ag2O分解来获得Hg和Ag；金属在化合态中显正价，变成游离态化合价降低，被还原；金属活动性越弱，金属的获取越容易，金属单质被发现和应用的越早。
11．常见的污染物分为一次污染物和二次污染物。二次污染物是排入环境中的一次污染物在物理化学因素或微生物作用下，发生化学变化所生成的新污染物，如反应2NO＋O2===2NO2中，二氧化氮为二次污染物，下列三种物质：①硫化氢；②二氧化硫；③汽油，其中能生成二次污染物的是
( )
A．①②
B．②③
C．①③
D．全部都是
答案 A
解析 由2H2S＋3O22SO2＋2H2O，产生二次污染物SO2；SO2是形成酸雨的主要物质；汽油不是污染物，汽油燃烧生成CO等，是一次污染物，故答案为A。
12．保护环境是每个公民的责任和义务。引起下列环境污染的原因不正确的是
( )
A．重金属、农药和难分解有机物等会造成水体污染
B．装饰材料中的甲醛、芳香烃及氡等会造成居室污染
C．水体污染会导致地方性甲状腺肿
D．CO2和氟氯代烃等物质的大量排放会造成温室效应的加剧
答案 C
解析 地方性甲状腺肿是机体缺碘引起的，与环境污染无关。
13．工业制备铝一般是通过铝土矿制得纯净的Al2O3，然后得到铝。而不是电解氯化铝，其主要原因是
( )
A．AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电
B．电解AlCl3生成的Cl2会污染大气
C．用氢气还原氧化铝即可得到铝
D．AlCl3不存在
答案 A
解析 AlCl3是共价化合物，其熔融态不导电，A正确；Cl2虽然会污染大气，但电解NaCl制金属钠时也产生Cl2，况且Cl2还是重要的化工原料，B错误；铝是活泼金属只能利用电解法制取，C错误；固体、溶液中均存在氯化铝，D错误。
14．煤是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境。最近，某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%)。下列有关说法正确的是
( )
①煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化 ②煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化 ③该技术实现了煤的清洁利用 ④该技术实现了煤的高效利用
A．①②③
B．①②④
C．①③④
D．②③④
答案 C
解析 煤粉加压气化是将煤变成以CO和H2为主要成分的合成气，此过程涉及化学变化和物理变化，减少了污染，提高了煤的利用率。
15．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．天然气作为化工原料主要用于合成氨和生产甲醇
B．煤可以直接液化，煤与氢气作用生成液体燃料
C．煤是以单质碳为主的复杂混合物，干馏时单质碳与混合的物质发生化学变
化
D．聚乙烯塑料的主要成分聚乙烯是由乙烯通过聚合反应制得的
答案 C
解析 煤是有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素。故选C项。
16．以下反应最符合绿色化学原子经济性要求的是
( )
A．乙烯聚合为聚乙烯高分子材料
B．甲烷与氯气制备一氯甲烷
C．以铜和浓硝酸为原料生产硝酸铜
D．用SiO2制备高纯硅
答案 A
解析 绿色化学原子经济性即反应不产生副产物和污染物。A项，nCH2===CH2?CH2—CH2?，符合题意；B项，CH4＋Cl2CH3Cl＋HCl，CH3Cl＋Cl2CH2Cl2＋HCl……副产物过多；C项，Cu＋4HNO3(浓)===Cu(NO3)2＋2NO2↑＋2H2O，NO2有毒，会产生污染；D项，SiO2制备高纯硅，SiO2＋2CSi(粗)＋2CO↑，Si(粗)＋2Cl2SiCl4，SiCl4＋2H2Si＋4HCl，会生成CO及HCl气体，污染环境，故正确答案为A。
二、非选择题(本题共5个小题，共52分)
17．(10分)如何从石油中获得更多的轻质燃油一直是化学家探索的课题，将石油分馏得到的重油进行裂化可以获得更多的轻质燃油。
资料一 石蜡是含有20～30个碳原子的烷烃的混合物，常温下呈固态。
资料二 石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化剂。
某研究性学习小组在实验室中模拟石油的催化裂化，装置如图：实验过程中可观察到烧瓶中固体石蜡先熔化，试管Ⅱ中有少量液体凝结，试管Ⅲ中酸性高锰酸钾溶液褪色，实验后闻试管Ⅱ中液体气味，具有汽油的气味。
(1)该装置仪器连接的顺序应遵循的原则为__________________________，
为保证实验成功，实验前必须进行的操作是____________________________
_________________________________________________________________，
装置中较长导管的作用是___________________________________________。
(2)试管Ⅱ中少量液体凝结说明了_________________________________。
(3)试管Ⅲ中溶液褪色说明了________________________________________。
(4)能否用试管Ⅱ中的液体萃取溴水中的溴，理由是_______________________
_________________________________________________________________。
(5)写出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式________________________
________________________________________________________________。
(6)石油裂化的重要意义是__________________________________________。
答案 (1)从下往上，从左往右 检查装置的气密性 导气和冷凝气体
(2)裂化生成了碳原子数大于4的烃
(3)裂化生成了碳原子数小于5的烯烃
(4)不能，因为裂化产物中有烯烃，易与溴发生加成反应
(5)C20H42C10H22＋C10H20
(6)可提高石油产品中轻质燃油，特别是汽油的产量和质量
解析 仪器连接的顺序应遵循从下往上，从左到右的原则，装入药品之前要检查装置的气密性。依据石油分馏工业的分馏塔原理，设置了长导管，其作用除导气外，兼起冷凝气体的作用；试管Ⅱ中有液体生成，说明生成4个碳原子数以上的烃，因为常温、常压下，4个碳原子数以上的烃大都呈液态，试管
Ⅲ中酸性KMnO4溶液褪色说明生成常温、常压下呈气态的5个碳原子数以下的烯烃；由于裂化产物中有烯烃生成，易与溴发生加成反应，所以不能用来萃取卤素单质；从以上变化可以看出，石油裂化的主要目的是为了获得更多的轻质燃油，特别是提高汽油的产量和质量。
18．(10分)某研究性学习小组对铝热反应实验展开研究。查阅有关资料后得知，“铝热反应”的现象为“反应放出大量的热，并发出耀眼的白光”、“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的熔点和沸点数据如下：
物质
Al
Al2O3
Fe
Fe2O3
熔点/℃
660
2
054
1
535
1
462
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：该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁的低，此时液态的铁和铝熔合形成铁铝合金。你认为他的解释________(填“合理”或“不合理”)。
(2)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____________________
________________________________。
(3)实验室溶解该熔融物，最适宜采用下列试剂中的________(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)NaOH溶液 2Al＋2OH－＋2H2O===2AlO＋3H2↑ (3)B
19．(10分)在一定条件下，可实现下图所示物质之间的转化：
请完成下列问题：
(1)孔雀石的主要成分是CuCO3·Cu(OH)2(碱式碳酸铜)，受热易分解。图中的F是________(填化学式)。
(2)写出明矾溶液与过量NaOH溶液反应的离子方程式：
________________________________________________________________。
(3)写出B―→E＋D的反应方程式：___________________________________
_____________________________________。
(4)图中所得C和D都为固体，混合后在高温下可发生反应，写出该反应的化学方程式：_______________________________________________________，
该反应消耗了1
mol
C，则转移的电子数为__________________________
______________________________________________。
答案 (1)CO2 (2)Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O
(3)2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
(4)3CuO＋2Al3Cu＋Al2O3 2NA(或1.204×1024)
解析 首先由题意和题图分析出：
孔雀石：CuCO3·Cu(OH)22CuO＋CO2↑＋H2O；明矾与过量NaOH反应：Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O；A与F反应：AlO＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋HCO，沉淀加热为2Al(OH)3Al2O3＋3H2O。B电解：2Al2O3(熔融)
4Al＋3O2↑，由此可确定A为NaAlO2，F为CO2，C为CuO，B为Al2O3，E为O2，D为Al。CuO与Al发生铝热反应，消耗1
mol
CuO，转移电子数为2NA。
20．(10分)已知A、B、F是家庭中常见的有机物，E是石油化工发展水平的标志，F是一种常见的高分子材料。根据下面转化关系回答下列问题：
(1)操作⑥、操作⑦的名称分别为________、________。
(2)下列物质中沸点最高的是________。
A．汽油
B．煤油
C．柴油
D．重油
(3)在①～⑤中属于取代反应的是________；原子利用率为100%的反应是________。(填序号)
(4)写出结构简式：A________、F________。
(5)写出反应③的离子方程式：___________________________________
_____________________________________。
(6)作为家庭中常见的物质F，它给我们带来了极大的方便，同时也造成了环境污染，这种污染称为__________。
答案 (1)分馏 裂解 (2)D
(3)①②③ ④⑤
(4)CH3COOH ?CH2—CH2?
(5)CH3COOCH2CH3＋OH－―→CH3COO－＋C2H5OH
(6)白色污染
解析 石油经过分馏可生产石油气、汽油、柴油等产品，而上述产品再经过高温裂解可制得乙烯、丙烯等化工产品，而E是石油化工发展水平的标志，故E为乙烯，则F为聚乙烯，B为乙醇。由框图知C为乙醇与酸A发生酯化反应生成的酯，且A为家庭中常见有机物，故A为乙酸，C为乙酸乙酯，其他答案可依次推出。
21．(12分)海水是巨大的资源宝库，从海水中提取食盐和溴的过程如下：
(1)请列举海水淡化的两种方法：________、________。
(2)步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，其目的是_____________
_________________________________________________________________。
(3)步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式为_______________________________________________________________，
由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是__________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(4)某化学研究性学习小组为了了解从工业溴中提纯溴的方法，查阅了有关资料知：Br2的沸点为59
℃，微溶于水，有毒并有强腐蚀性。他们参观生产过程后，画了如下装置简图：
请你参与分析讨论：
1
图中仪器B的名称是____________。
②整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因是___________
____________________________________________________________。
③实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件？
_________________________________________________________________。
④C中液体颜色为________________。为除去该产物中仍残留的少量Cl2，可向其中加入NaBr溶液，充分反应后，再进行的分离操作是________________。
答案 (1)蒸馏法 电渗析法 离子交换法及其他合理答案中的任意两种
(2)富集溴元素
(3)Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－ 强酸对设备的严重腐蚀
(4)①冷凝管 ②Br2腐蚀橡胶 ③控制温度计b的温度，并收集59
℃的馏分 ④深红棕色 分液(或蒸馏)
解析 橡胶中含有碳碳双键，可以与溴发生加成反应而被腐蚀。
