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
对点训练
知识点一 金属的冶炼
1．不同的金属，其冶炼方法也可能不同，主要原因是( )
A．金属的活动性不同
B．金属在自然界中的分布不同
C．金属在自然界中的存在形式不同
D．金属在自然界中的含量不同
2．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L4-1-1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( )
图L4-1-1
A．金属的导电性强弱 B．金属在地壳中的含量
C．金属元素的化合价高低 D．金属的活泼性强弱
3．下列化工生产原理错误的是( )
①电解熔融的氯化钠来制取钠
②电解熔融的氯化铝制铝
③加热Fe2O3制Fe
④利用铝热反应原理：2Al＋3HgOAl2O3＋3Hg
A．②③ B．①③ C．①②③ D．②③④
4．利用金属活动性的不同，可以采取不同的冶炼方法冶炼金属。下列反应所描述的冶炼方法不可能实现的是( )
A．2Al2O3(熔融)4Al＋3O2↑
B．Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2
C．Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu
D．2Al＋3MgO3Mg＋Al2O3
知识点二 铝热反应
5．用铝热剂冶炼金属，是利用了铝的( )
①还原性 ②既能与酸反应又能与碱反应
③导电性 ④被氧化的过程放出大量的热
A．① B．①③④ C．①④ D．①②③④
6．用铝热法从下列金属氧化物中制取相应的金属各1 mol，消耗铝的质量最多的是( )
A．Fe2O3 B．V2O5 C．MnO2 D．Cr2O3
7．如图L4-1-2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？ ___________________。
图L4-1-2
能力提升
8．氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。下列说法不正确的是( )
A．电解熔融NaCl制取金属钠的反应中，钠离子被还原，氯离子被氧化
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．用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移9 mol e－
D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化
9．工业上以黄铜矿为原料，采用火法熔炼工艺生产铜。该工艺的中间过程会发生反应：2Cu2O＋Cu2S6Cu＋SO2↑，下列关于该反应的说法中，正确的是( )
A．该反应的氧化剂只有Cu2O
B．Cu2S在反应中既是氧化剂，又是还原剂
C．Cu既是氧化产物又是还原产物
D．每生成19.2 g Cu，反应中转移0.6 mol电子
10．准确称取某种铁的氧化物2.88 g，用足量的CO进行还原，将生成的CO2全部用足量的澄清石灰水吸收，得到沉淀4 g，则这种铁的氧化物为( )21世纪教育网版权所有
A．Fe3O4 B．Fe2O3 C．FeO D．以上都不是
11．钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注。常温下钛不与非金属、强酸反应，红热时，却可与常见的非金属单质反应。钛是航空、军工、电力等方面的必需原料。金红石(TiO2)是地壳中含钛矿石之一，目前大规模生产钛的方法如下：
第一步：金红石、炭粉混合，在高温条件下通入Cl2制得TiCl4和一种可燃性气体。该反应的化学方程式为____________________，该反应的还原剂是____________。
第二步：在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与TiCl4反应制得金属钛。
(1)写出此反应的化学方程式：___________________________；
(2)简述从上述所得产物中获取金属钛的步骤： _____________。
12．工业上以铝土矿(主要成分是Al2O3，含杂质Fe2O3和SiO2)为原料生产铝，其生产流程如图L4-1-3：21cnjy.com
图L4-1-3
请回答：
(1)工业上由Al2O3冶炼金属Al所采用的方法是______(填字母)。
a．电解法 b．加热分解 c．加入还原剂
(2)若在实验室中完成上述流程，操作①～④中属于过滤的是__________(填序号)。
(3)加入试剂甲后发生反应的离子方程式是________________________________。
4)在溶液B中加入过量烧碱溶液的目的是_________________________。
13．黄铜矿(CuFeS2)是制取铜及其化合物的主要原料之一，还可制备硫和铁的化合物。
(1)冶炼铜的反应为8CuFeS2＋21O28Cu＋4FeO＋2Fe2O3＋16SO2。
若CuFeS2中Fe的化合价为＋2，反应中被还原的元素是________(填元素符号)。
(2)上述冶炼过程产生大量SO2。下列处理方案中合理的是________(填序号)。
A．高空排放 B．用于制备硫酸
C．用纯碱溶液吸收制Na2SO3 D．用浓硫酸吸收
(3)利用黄铜矿冶炼铜产生的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)可制备Fe2O3。方法为
①用稀盐酸浸取炉渣，过滤。
②滤液先氧化，再加入过量NaOH溶液，过滤，将沉淀洗涤、干燥、煅烧得Fe2O3。
根据以上信息回答下列问题：
a．除去Al3＋的离子方程式是____________________________。
b．选用提供的试剂，设计实验验证炉渣中含有FeO。
提供的试剂：稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、KMnO4溶液、NaOH溶液、碘水。
所选试剂为__________。证明炉渣中含有FeO的实验现象为_______________________。
14．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：
图L4-1-4
(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： ________________。【来源：21·世纪·教育·网】
(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？ ________。21·世纪*教育网
15．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：www-2-1-cnjy-com
物质
Al
Fe2O3
Al2O3
Fe
熔点(℃)
660
1462
2054
1535
沸点(℃)
2467
——
2980
2750
(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”)。2-1-c-n-j-y
(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
1.A
2.D [解析] 从题给的图示，可以归纳出金属活泼性越弱的金属（如铜），越早被开发利用。
3.D [解析] 氯化铝是共价化合物，熔融状态下不发生电离；Fe2O3加热不分解，HgO加热分解，无需使用铝热法冶炼。21教育网
4.D
5.C [解析] 铝粉与金属氧化物的混合物叫铝热剂，所发生的反应叫作铝热反应，该反应放出大量的热量，常用于冶炼难熔的金属，在该反应中，铝作还原剂，金属氧化物作氧化剂，故①④是正确的。②③虽然是铝的性质，但与铝热反应无关。【出处：21教育名师】
6.B [解析] 金属冶炼的本质是Mn＋＋ne－===M。消耗铝的质量最多的是生成1 mol 该金属得到电子数最多的金属氧化物，可见金属在氧化物中化合价越高，所需电子数越多，消耗铝的质量越多。【版权所有：21教育】
7.（1）镁条和氯酸钾 在混合物中间插一根长度约10 cm的镁条，上端弯曲，将氯酸钾放在镁条的周围，用燃着的小木条（或另一根点燃的镁条）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。
8.C [解析] Fe3O4中3个Fe共显＋8价，故1 mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移8 mol e－，C项错误。21教育名师原创作品
9.B [解析] 本题关键是正确了解元素化合价的变化，判断被氧化、被还原的元素。Cu2O、Cu2S中Cu均显＋1价，Cu2S在反应中既是氧化剂，又是还原剂，Cu2O只作氧化剂。
10.C [解析] 根据元素守恒原理可得以下关系式：
CO ～CO2 ～ CaCO3
1 mol 1 mol 100 g
0.04 mol 0.04 mol 4 g
此时，气体增加的质量为0.04 mol×16 g·mol－1＝0.64 g（即0.04 mol氧原子的质量，也就是氧化物中氧元素的质量），根据质量守恒原理知，固体质量必定减少0.64 g，那么剩余固体的质量（即铁粉的质量）为2.88 g－0.64 g＝2.24 g，也就是说，原氧化物中n（Fe）＝2.24 g÷56 g·mol－1＝0.04 mol。因此，原氧化物中n（Fe）∶n（O）＝1∶1。
11.TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO C
（1）2Mg＋TiCl42MgCl2＋Ti
（2）将还原后的产物溶于过量的盐酸中，过滤、洗涤，即可得到纯净的钛
[解析] ①常温时钛不与非金属、强酸反应；②红热时钛可与常见非金属单质反应。可类比一般不活泼金属氧化物，选用碳作还原剂制得金属Ti，金属Ti再与Cl2反应生成氯化物。两反应合并后的化学方程式为TiO2＋2C＋2Cl2TiCl4＋2CO。www.21-cn-jy.com
（1）Mg为活泼金属，在氩气作为保护气的环境中还原TiCl4：2Mg＋TiCl42MgCl2＋Ti。（2）还原出的Ti与Mg混合，分离时用强酸，因钛不与强酸反应，所以可将上述产物溶于过量的盐酸中，然后过滤、洗涤，即可得到纯净的钛。21*cnjy*com
12.（1）a （2）①②③
（3）Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O，
Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O
（4）将Fe3＋全部转化为Fe（OH）3沉淀，将Al3＋全部转化为AlO
13.（1）Cu、O （2）BC
（3）a.Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O
b.稀硫酸、KMnO4溶液 用稀硫酸浸取炉渣所得的溶液能使KMnO4溶液褪色
[解析] （1）分析化学方程式中各元素化合价可知：Cu由＋2价→0价，O由0价→－2价，铜元素、氧元素在反应中被还原。2·1·c·n·j·y
（2）二氧化硫污染环境，不能排入空气中。浓硫酸不能吸收二氧化硫，也不能消耗二氧化硫。二氧化硫可以“变废为宝”制硫酸，也可以用纯碱溶液吸收制亚硫酸钠。
（3）Al3＋与过量的氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠溶液，而Fe3＋与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铁沉淀，过滤，将Al3＋除去。反应的离子方程式为Al3＋＋4OH－===AlO＋2H2O。若要证明炉渣中含有FeO首先需要将其溶解，生成可溶性的亚铁盐，结合试剂分析可知，将该溶液加入到高锰酸钾溶液中，亚铁离子具有强还原性，因此，可以使高锰酸钾溶液褪色。选用的试剂是稀硫酸和高锰酸钾溶液。21*cnjy*com
14.（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] 检验是否生成单质铁，可在反应结束后，待玻璃管内的固体冷却，取少量粉末放于试管中，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。21·cn·jy·com
15.（1）合理
（2）氢氧化钠溶液 取适量样品置于试管中，加入氢氧化钠溶液；有气泡产生 2Al＋2NaOH＋2H2O===2NaAlO2＋3H2↑（其他合理答案均可）【来源：21cnj*y.co*m】
（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（或浓硫酸会使铁、铝钝化；铝和铁能够和硫酸铜溶液发生置换反应，有单质铜析出；NaOH溶液不能溶解单质铁）
第2课时 海水资源的开发利用
对点训练
知识点一 海水水资源的利用
1．海水淡化可采用膜分离技术，如图L4-1-5所示，对淡化膜右侧的海水加压，水分子可以透过淡化膜进入左侧淡水池，而海水中的各种离子不能通过淡化膜。下列对加压后右侧海水成分变化的分析正确的是( )21·世纪*教育网
图L4-1-5
A．溶质质量增加 B．溶液质量不变
C．溶剂质量减少 D．溶质质量分数不变
2．中国食盐产量居世界首位。下列实验室中的操作类似“海水晒盐”原理的是( )
A．蒸馏 B．蒸发 C．过滤 D．搅拌
知识点二 海水化学资源的利用
3．海水资源的利用具有非常广阔的前景。下列关于海水资源利用的说法中不正确的是( )
A．电解法分解海水，制取洁净的热能资源氢气
B．采用太阳光照射法晒制工业用盐
C．针对能量现状，大力开发潮汐能和波浪能
D．铀是海水中的微量元素，核工业的铀主要从海水中提取
4．21世纪以来，国与国之间因对海权的争夺引起的摩擦接连不断，在捍卫主权的同时，人们看重的是海洋这个巨大宝藏，下列有关海洋资源综合利用的说法不正确的是( )
A．利用海水波浪发电是将动能转化为电能
B．从海水中提取溴单质一定伴有化学变化
C．从海水中提取Mg时可电解熔融态的MgO
D．积极研发海水直接冷却技术，可减少煤炭的使用量，有利于环境保护
5．如图L4-1-6所示是工业海水提溴的部分流程，下列有关说法正确的是( )
图L4-1-6
A．“吹出”采用热空气而不是常温空气的原因是热空气氧化性强
B．碱液吸收所发生的化学反应中氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶5
C．第③步中“酸化”要用强氧化性的酸，如硝酸
D．含溴的水溶液B中的单质溴浓度比A中的大
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( )
图L4-1-7
能力提升
7．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( )21教育网
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
8．海水提取溴的过程中，有如下反应：5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O，与上述反应在原理上最相似的反应是( )21·cn·jy·com
A．2NaBr＋Cl2===Br2＋2NaCl
B．AlCl3＋3NaAlO2＋6H2O===4Al(OH)3↓＋3NaCl
C．2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O
D．Cl2＋H2O===HCl＋HClO
9．海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源等，海水的综合利用如图L4-1-8所示。
图L4-1-8
下列有关说法正确的是( )
A．含氮、磷的大量废水排入海洋，易引发赤潮
B．第③步中加入盐酸溶解得到MgCl2溶液，再直接蒸发得到MgCl2·6H2O
C．在第④⑤⑥步中溴元素均被氧化
D．第①步中除去粗盐中的SO、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等杂质，加入的药品顺序为Na2CO3溶液→NaOH溶液→BaCl2溶液→过滤后加盐酸21世纪教育网版权所有
10．假如你是一位企业家，在开发海水资源的众多项目中，选择了海水提镁，在前期考察过程中你将遇到许多问题，请根据背景材料的提示，按要求回答相关问题：
背景材料1：图L4-1-9为海水中各元素含量情况(mg/L)。
图L4-1-9
背景材料2：部分化学试剂的市场价格
试剂
氢氧化钾
氢氧化钠
氢氧化钙
氧化钙
价格(元/吨)
5 238.0
2 300.00
1 200.00
700.00
请回答下列问题：
(1)在海水提镁的过程中要实现对镁离子的富集、分离，有以下三个方案：
方案一：直接往海水中加入沉淀剂；
方案二：加热蒸发海水后再加入沉淀剂；
方案三：在晒盐后的卤水中加入沉淀剂。
你认为方案________最合理。
不选方案________的理由是____________。
不选方案________的理由是___________。
(2)应该选择____________试剂作为镁离子的沉淀剂。不考虑其他费用，沉淀相同量的镁离子所用氢氧化钠和氧化钙的价格比为________。2·1·c·n·j·y
(3)为了节省成本，你可考虑以海边上的贝壳为原料，试简述其理由： _________。
11．全球海水中的溴储量丰富，约占地球溴总储量的99%，故溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65 mg·L－1。其工业提取法有：www.21-cn-jy.com
(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，使溴置换出来，再用空气将溴吹出，用纯碱溶液吸收，最后用稀硫酸酸化，即可得到单质溴。该方法涉及的反应有：【来源：21·世纪·教育·网】
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)，只是将吹出的溴用SO2来吸收，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：______。www-2-1-cnjy-com
(3)溶剂萃取法。该法是利用单质溴在水中和萃取剂中溶解度的不同来进行的。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试剂是________。2-1-c-n-j-y
①乙醇 ②四氯化碳 ③硝酸
12．碘是人体中不可缺少的微量元素，食盐中加入碘元素能有效防止碘引起的疾病。海带中含有丰富的碘，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：
图L4-1-10
(1)步骤①灼烧海带时，除酒精灯外，还需要下列仪器中的________(填序号)。
A．烧杯 B．坩埚 C．铁三脚架 D．泥三角
(2)步骤③的实验操作名称是________。
(3)在步骤⑤中，选用苯从碘水中萃取碘的原因是____。
A．苯与水不互溶也不反应
B．苯可与I2发生取代反应
C．苯的密度比水小
D．碘在苯中的溶解度比在水中大很多
图L4-1-11
(4)若改用CCl4萃取碘水中的碘，在图L4-1-11所示的分液漏斗中，下层液体呈________色；若打开分液漏斗活塞，未见液体流下，原因可能是____________。
(5)请设计一个简单实验，检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘： __________。
1.C [解析] 加压后，右侧海水中的水分子透过淡化膜进入左侧水池，故右侧海水中溶质的质量不变，溶剂的质量减少，溶质的质量分数增加。21*cnjy*com
2.B
3.A [解析] 电解法分解海水制取氢气，消耗大量的电能，经济效益差，发展前景不乐观。
4.C [解析] MgO熔点高，需电解熔融态的MgCl2。
5.D [解析] 热空气有利于液溴的挥发，而非因为其氧化性强，A项错误；溴与碱液反应生成溴化钠和溴酸钠，氧化剂与还原剂物质的量之比为5∶1，B项错误；BrO氧化性很强，在酸性条件下，能够把Br－氧化为溴单质，酸化时加入稀硫酸即可，C项错误；经过溴的富集过程，含溴的水溶液B中的单质溴浓度比A中的大，D项正确。
6.D [解析] 灼烧海带应使用坩埚，A项错误；过滤时应用玻璃棒引流，滤纸边缘应低于漏斗边缘，B项错误；苯的密度比水的小，萃取了I2的苯层在上层，应从分液漏斗上口倒出，C项错误。【来源：21cnj*y.co*m】
7.B [解析] ，该反应中I2为氧化产物，H2O2作氧化剂，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。【出处：21教育名师】
8.C [解析] 在5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O的反应中，Br－被BrO氧化，生成Br2，在四个选项中只有C项中被氧化和被还原的元素为不同价态的同一元素，最后生成单质硫，二者原理相同。【版权所有：21教育】
9.A [解析] 废水中含有大量的氮、磷等元素，排入海洋，能引起赤潮，A项正确；MgCl2溶液直接蒸发得不到MgCl2·6H2O，得到的是Mg（OH）2，B项错误；第⑤步中反应为Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，溴元素被还原，C项错误；粗盐提纯的过程中要注意两点，一是Na2CO3溶液在BaCl2溶液后加入，二是盐酸最后加入，D项错误。
10.（1）三 一 海水中镁离子浓度太低，要沉淀必须加入大量的沉淀剂，浪费原料
二 要加热海水需很多的能源
（2）CaO 230∶49
（3）贝壳中含碳酸钙，加热分解生成氧化钙可作沉淀剂，节省了成本
[解析] （1）海水提镁首先要对海水进行浓缩，然后加入沉淀剂，显然方案一浪费原料，方案二浪费能量，最合理的是方案三。21教育名师原创作品
（2）根据市场价格，CaO作为镁离子的沉淀剂最为经济。
（3）贝壳的主要成分为碳酸钙，可以通过高温煅烧贝壳的方式生产氧化钙，作为镁离子的沉淀剂，降低成本。
11.（1）Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2 Br2 Br2
（2）Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4 （3）分液漏斗 ②
12.（1）BCD （2）过滤 （3）AD
（4）紫红 分液漏斗上口塞子未打开（其他合理答案均可）
（5）取少量待测液于试管中，滴加淀粉溶液，若溶液变蓝，说明水溶液中存在I2 ，若溶液不变蓝，说明水溶液中不存在I221cnjy.com
