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化学与自然资源的开发利用


成才之路 ·化学
人教版 ·必修②

路漫漫其修远兮 吾将上下而求索

第四章
化学与自然资源的开发利用

第四章 章末复习提升

宏观掌控 1 知识网络·

纵引横连 2 专题突破·

知识网络· 宏观掌控

专题突破· 纵引横连

金属的冶炼方法 ●专题归纳 1.金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系 由于不同金属的活泼性不同,金属离子得到电子被还原成 金属原子的能力也不同。金属活动性顺序表中,金属的位置越

靠后,越容易被还原,一般的还原方法就能使金属还原;金属
的位置越靠前,越难被还原,最活泼金属只能用最强的还原手 段来还原。

从金属矿石中提炼金属,一般需要经过三个步骤:第一步 是矿石的富集,减少杂质,提高矿石中有用成分的含量;第二 步是冶炼,利用氧化还原反应原理,在一定条件下,用还原法

把金属矿石中的金属离子还原成金属单质;第三步是精炼,采
用一定的方法,提炼纯金属。

2.金属的冶炼方法 K Ca Na 活动性顺序 Mg Al - 原子失 e
离子得 e 金属冶 炼方法 F 原 剂 法


Zn Fe Sn Hg Ag Pb(H) Cu 强―→弱 弱―→强

Pt

Au

电解熔融盐

或氧化物 O2 C C――→CO2――→CO 高温 高温 3CO+Fe2O3===== 2Fe+3CO2

热还原法

热分解法

富集法

①适用于较不活泼 金属②多为合金, 成 本较低

CO

△ CO+CuO=====Cu+CO2

活动性 顺序

K Ca Na Mg Al

Zn Fe Sn Pb(H) Cu

Hg Ag

Pt

Au

H2 F 原 剂 Na、 法 Ca、 Mg、 Al 等

高温 C+H2O――→CO+H2 CO+ 高温 H2O ――→ CO2+H2 WO3+ 催化剂 △ 3H2===== W+3H2O 高温 Na+KCl=====NaCl+ K(g)↑] 高温 2Mg+TiCl4=====2MgCl2+Ti 高温 2Al+Cr2O3=====Al2O3+2Cr (铝热反应)

①适用高温下不和 水反应的金属 ②金属成分纯度高, 熔点高 ③生产成本高 ①冶炼钾 ②适用高熔点、 较不 活泼的金属 ③生产成本高、 金属 纯度高

活动性 顺序

K Ca Na Mg Al

Zn Fe Sn Pb(H) Cu

Hg Ag

Pt Au

①适用活泼金属冶 炼 电解 2NaCl=====2Na+Cl2↑ ②炼得金属纯度高 电解熔 电解 ③耗电量大,生产 MgCl ===== Mg + Cl ↑ 2 2 融物 成本高 电解 电 2Al2O3=====4Al+3O2↑ ④熔融物属离子化 解 合物 法 ①冶铜纯度很高 电解不活 电解 CuCl2=====Cu+Cl2↑ ②耗电量大,生产 泼金属(氢 电解 成本高 2CuSO + 2H O===== 后)的盐 4 2 ③阳极被消耗,阴 2Cu + 2H SO + O ↑ 溶液 2 4 2 极质量增加

活动性 顺序 热分解法

K Ca Na Zn Fe Sn Hg Ag Pt Au Mg Al Pb(H) Cu △ 2Ag2O=====4Ag+O2↑ 适用于 Hg、Ag 等 △ HgS+O2=====Hg+SO2 金属的冶炼 适合以游离态存在

富集法

淘金

且密度较大的金 属,所得金属纯度 不高,仍需精炼

●典例透析

(2015·四川省雅安中学高二期末)冶炼金属常用 以下几种方法:①以 C 或 CO 、 H2 作还原剂还原;②电解法; ③热分解法,现冶炼下列金属 Al 、 Fe 、 Hg ,试标明适宜的冶

炼方法(填序号):
Al________ Fe________ Hg________。

【解析】

Na、Mg、Al 等活泼或较活泼金属的化合物与

电解 C、 CO 或 H2 等不反应, 故 Al 采用电解法冶炼制备 2Al2O3===== 4Al+3O2↑,答案为②;由 Fe、Zn、Cu 等中等活泼金属用热 还原法,即以 C、CO 或 H2 做还原剂还原冶炼,铁用热还原法 高温 3CO+Fe2O3=====2Fe+3CO2,答案为①;Hg、Ag 等不活泼 金属的氧化物不稳定,受热易分解,故汞采用热分解法冶炼, △ 2HgO=====2Hg+O2↑,答案为③。

【答案】







(2015· 湖北省武汉市二中高二期末)下列化学反应在金属冶 炼工业中还没有得到应用的是( )

电解 A.2NaCl(熔融)=====2Na+Cl2↑ 2 125℃ B.Al2O3+3C ===== 2Al+3CO↑ 高温 C.Fe2O3+3CO=====2Fe+3CO2 △ D.2Ag2O=====4Ag+O2↑

【解析】

A.钠是活泼金属,工业上用电解熔融氯化钠

的方法制取,所以不选 A; B.工业上用电解氧化铝的方法冶炼 铝,用冰晶石降低其熔点,没有用碳做还原剂,所以选 B; C.

铁较活泼,工业上用热还原反应冶炼,所以不选C;D.汞银等
不活泼的金属用其氧化物受热分解的方法制取,所以不选D。 【答案】 B

化石燃料的利用 ●专题归纳

●典例透析

(2015· 经典习题选萃 ) 下列说法中,错误的是
( ) A.天然气的主要成分是CH4 B.淀粉、纤维素、蚕丝、油脂都是高分子化合物 C.煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物

D.石油的分馏产品如汽油、煤油、柴油等都是混合物
【解析】 的混合物。 【答案】 B 油脂的相对分子质量较小,不属于高分子化合 物;石油的分馏产品如汽油、煤油等是由多种碳氢化合物组成

(2015· 江西省奉新县一中高二期末 ) 清洁燃料主要有两
类,一类是压缩天然气,另一类是液化石油气。其主要成分都 是( )

A.碳氢化合物
C.氢气 【解析】

B.碳水化合物
D.醇类

天然气的主要成分是CH4,液化石油气,石油

产品之一,是丙烷和丁烷的混合物,通常伴有少量的丙烯和丁 烯,它们都属于碳氢化合物,选A。

【答案】

A

海水资源的开发利用 ●专题归纳 大海为人类提供了丰富的渔业资源,同时大海中还蕴藏着 极其丰富的水资源和化学资源,随着科技的发展,海洋资源的

利用前景越来越广阔。因此,以海水综合利用为切入点的题目
越来越多,在许多资料介绍和多种媒体报道中的前沿知识常常 作为命题的切入点,设计的题目紧紧围绕现实生产、生活,结 合化学知识进行设问。

1.海水综合利用的联合工业体系
海水综合利用的联合工业体系,不仅可以降低成本,还可 以使海水资源得到充分利用。

2.海水中镁、钾、溴、碘等化工产品的提取 海水中含有的各种元素的特点:种类多,总储量大,富集 程度低。因此,从海水中提取物质需要解决物质的富集问题。 例如海水中溴的提取流程:

(1)用蒸馏法将海水浓缩,用硫酸将浓缩的海水酸化。
(2)向酸化的海水中通入适量的氯气,使溴离子转化为溴单 质:2NaBr+Cl2===Br2+2NaCl。

(3)向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气,将溴单质吹 入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的: Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4 (4)向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气:

2HBr+Cl2===2HCl+Br2。
(5)用四氯化碳(或苯)萃取吸收塔内溶液中的溴单质。 海带中碘的提取原理: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。

如用H2O2作氧化剂,反应的离子方程式是: 2I-+H2O2+2H+===I2+2H2O。 实验时先将干海带灼烧去除有机物 ,剩余物用 H2O2 、

H2SO4处理,使得I-被氧化成I2。

3.海水资源的综合利用 (1)从海水中提取淡水——海水淡化。 (2)直接利用海水进行循环冷却。 (3)海水制盐。

(4)从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品。
(5)从海水中获取铀和重水作为核能开发的重要原料。 (6)从海水中获取其他物质和能量。

●典例透析 (2015· 经典习题选萃 ) 海水是取之不尽的化工

原料资源,从海水中可提取各种化工原料。下图是工业上对海
水的几项综合利用的示意图:

精制 电解 ? ?粗盐――→ NaCl饱和溶液――→烧碱 ? 石灰水 加盐酸 ? 结晶 滤液 ――→ Mg?OH?2 ――→ 海水――→? 浓缩结晶 过滤 ? ?Mg 脱水 电解 ? ? ? MgCl · 6H O ――→ MgCl ――→ 2 2 2 ? ? ?Cl2 ?

试回答下列问题:
- (1)粗盐中含有 Ca2+、Mg2+、SO2 4 等杂质,精制时所用试

剂为:A.盐酸;B.BaCl2 溶液;C.NaOH 溶液;D.Na2CO3 溶液。 加入试剂的顺序是__________________________。 (2)由 MgCl2· 6H2O 晶体脱水制无水 MgCl2 时, MgCl2· 6H2O 晶体在________气氛中加热脱水,该气体的作用是 ________________________。

(3)电解无水MgCl2所得的镁蒸气可以在下列______气体中 冷却。

A.H2
C.CO2

B.N2
D.O2

【解析】

(1) 该小题属离子除杂题。除杂原则是在除去

- Ca2+、Mg2+、SO2 4 时,不能带入杂质离子。所以,解此题的关

键是把握好加入离子的顺序;①Ba2 必须在 CO2 3 之前加入;
+ - - - + ②CO2 、 OH 必须在 H 之前加入,所以 B、C 不分先后,而 3

D、A 本身既分前后,又必须放在 B、C 之后才能满足条件。 (2) 在 HCl 气 体 中 抑 制 水 解 平 衡 , 使 反 应 MgCl2 + H2O? ? Mg(OH)Cl+HCl 逆向进行。

【答案】

(1)B

C

D

A或C (3)A

B

D

A

(2)HCl 抑制MgCl2水解

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( 单质 ) A.海水中含有钾元素,只需经过物理变化就可以得到钾

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

【解析】

海水中的钾元素是以化合态形式存在的,要由

化合态转变为游离态,一定发生氧化还原反应,故A不正确; 海水蒸发制海盐,发生的是物理变化,B也不正确;电解熔融

NaCl 可以制得 Na和 Cl2 , C正确;潮汐发电是动能、势能转化
为机械能,机械能转化为电能,因此D也不正确。 【答案】 C

环境污染与绿色化学 ●专题归纳 1.环境污染的热点问题 (1)导致全球气候变暖、产生“温室效应”的气体是CO2。 (2)“白色污染”指的是聚乙烯等塑料垃圾。

(3)形成酸雨的主要气体为SO2和氮氧化物。
(4)破坏臭氧层的主要物质是氟利昂(CCl2F2等)和NOx。 (5)城市大气中铅污染的主要来源是使用含铅汽油的汽车尾

气。

(6)光化学烟雾形成的主要原因是汽车排出的碳氢化合物、 氮氧化物、一氧化碳等。 (7)强烈致癌物质、食品污染物二口恶口英(一种有机物)。 (8)引起赤潮及水华的原因:工农业及城市生活污水中含有

大量氮、磷等营养元素。
(9) 氰化物: CN - 有剧毒 ( 电镀液中常含有 ) ,含 CN - 的污 水、废气会严重污染环境。

(10)Cu 、 Hg 、 Pb 、 Sn等重金属盐可使人中毒,误食后应
立即喝大量生蛋清或牛奶解毒。

(11)NaNO2:有毒,外观类似食盐,易误食, NaNO2进入 血液,可把亚铁血红蛋白氧化为高铁血红蛋白,使血液失去携 氧功能,造成组织缺氧。 (12)从能源利用条件看,我国主要的大气污染物是煤烟、

SO2及烟尘。
(13)环保措施:控制和减少污染物的排放,如工厂尾气在 排放前的回收处理、城市机动车的排气限制,工业和生活污水 处理等。

2.绿色化学 (1)绿色化学的含义 绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质,不再产 生废物。

①从科学观点看,它是化学科学基础内容的更新。
②从环境观点看,它强调从源头上消除污染。 ③从经济观点看,它提倡合理利用资源和能源,降低生产 成本。

(2)绿色化学的核心 利用化学原理从源头上减少或消除工业生产对环境的污 染。 (3)绿色化学对化学反应的要求——“原子经济” 按照绿色化学的原则,最理想的“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%。原子利用率为100%的反应有:化合反应、加成反应、

加聚反应。

●典例透析 (2015· 江苏省南京市、盐城市高三二模 ) 国务 院办公厅 2014 年 5 月印发了《2014 ~ 2015 年节能减排低碳发展 行动方案》。下列做法违背低碳发展原则的是( 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

【解析】

A.使用新能源,B为避免白色污染,C为绿色

化学理念,提高利用率,减少资源浪费,选项 D 使用了有机 物,而有机物是含碳的化合物,很明显不能达到低碳的要求故

不正确。
【答案】 D

“绿色化学”是指从技术、经济上设计出可行的化学反 应,尽可能减少对环境的副作用。下列化学反应中不符合“绿 色化学”概念的是( ) A.除硫酸厂尾气:SO2+2NH3+H2O===(NH4)2SO3 B .消除硝酸工业尾气氮氧化物的污染: NO + NO2 + 2NaOH===2NaNO2+H2O △ C .制硫酸铜: Cu + 2H2SO4( 浓 )===== CuSO4 + SO2↑+ 2H2O D . 制 硫 酸 铜 : 2Cu + O2===2CuO ; CuO + H2SO4(稀)===CuSO4+H2O

【解析】

A 项,既能吸收 SO2 ,防止大气污染,又能产

生化工原料(NH4)2SO3;B项,在技术、经济上均可行;C项, 使用浓硫酸,工业成本高,且反应产生大气污染物 SO2 ; D

项,工业成本低,且对环境无污染。
【答案】 C


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