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第四章 化学与自然资源综合利用一、金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系【归纳总结】1.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。【题型过关】例题1 下列有关金属的工业制法中正确的是()A.制钠:用海水为原料制得精盐,再电解纯净的NaCl溶液B.制铁:以铁矿石为原料,CO还原得铁C.制镁:用海水为原料,经一系列过程制得氧化镁固体,H2还原得镁D.制铝:从铝土矿中获得氧化铝再得到氯化铝固体,电解熔融的氯化铝得到铝答案解析B 电解法制取金属钠时,需要电解熔融的NaCl,而不是其溶液,A项错误;镁的还原性很强,不能用热还原法来制取,而应用电解法,C项错误;熔融的氯化铝不导电,故不能电解其熔融物制取金属铝,而应电解熔融的氧化铝,D项错误例题2 “铝热反应”的化学方程式为2AlFe2O3Al2O32Fe。某同学对“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”。查阅化学手册知，Al、Al2O3、Fe、Fe2O3熔点、沸点数据如下：物质AlAl2O3FeFe2O3熔点/6602 0541 5351 462沸点/2 4672 9802 750 (1)该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。这种推测有一定的道理，理由是_。(2)根据已有知识找出一种验证产物中有Fe的最简单方法：_。(3)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_，当观察到_时，说明熔融物中含有金属铝。(4)实验室溶解该熔融物，最好选用下列试剂中的_(填序号)，理由是_。A浓硫酸 B稀硫酸 C稀硝酸 D氢氧化钠溶液答案解析(1)该反应温度下铝已熔化，未反应的铝与生成的铁熔合在一起(2)用磁铁吸引，若能被吸附，说明有铁生成(3)NaOH溶液有气泡生成(4)B稀硫酸能完全溶解此熔融物，并且不造成环境污染(1)铁在1 535熔化，而铝的熔点为660，所以铁熔化时铝也熔化，得到铁铝合金。(2)验证产物中含铁最简单的方法就是利用磁铁吸引。(3)根据铝能与碱反应的性质，使样品与NaOH溶液反应，若有H2生成，则可证明样品中含有铝。(4)溶解铁、铝合金最好使用稀硫酸，因为浓硫酸可使铁、铝钝化，稀硝酸反应会产生NO气体，NaOH溶液不能溶解铁二、海水资源的开发与利用【归纳总结】1海带提取碘的流程分析(1)其中用到的分离操作：过滤，萃取、分液，蒸馏。(2)涉及的氧化还原反应可能为2ICl2=I22Cl或2IH2O22H=I22H2O。(3)中使用的萃取剂：苯或CCl4(乙醇不能作萃取剂，因为乙醇能与水以任意比例互溶)。2海水中提取溴的流程分析涉及的主要化学反应：（1）氧化：Cl22NaBr=Br22NaCl（2）富集：Br2SO22H2O=2HBrH2SO4（3）提取：Cl22HBr=Br22HCl【题型过关】例题3 海带是海洋中的一种褐藻，海带中含有丰富的碘，是人类经常食用的一种补碘食物。某资料中有“海带中碘的检验”的选做实验，操作步骤如下：取3 g左右干海带，除去表面杂质，剪碎，用酒精润湿，放在坩埚中灼烧成灰，冷却；将海带灰转移到小烧杯中加蒸馏水，搅拌，煮沸23 min，使可溶物质溶解，过滤；向滤液中滴入几滴硫酸，再加入约1 mL H2O2溶液，观察现象；取少量上述所得溶液，滴加几滴淀粉溶液，观察现象；向剩余的滤液中加入1 mL CCl4，振荡静置，观察现象；向加有CCl4的溶液中加入NaOH溶液，充分振荡后，将混合液的下层液体放入指定的容器中。请回答下列问题：(1)海带中碘元素是_(填“碘离子”“碘单质”或“碘酸盐”)，步骤中除去海带表面的杂质一般用刷子刷净，不用水清洗，原因是_；(2)可说明海带中含有碘的现象有_；(3)操作叫作_。操作的目的是_。答案解析(1)碘离子防止碘元素的损失(2)步中加入淀粉溶液后变蓝；步中下层液体呈紫红色(3)萃取回收CCl4海带中碘元素以碘离子的形式存在，且易溶于水，为防止碘元素的损失，除去海带表面的杂质一般用刷子刷净，不用水清洗；实验中步中加入淀粉溶液后变蓝；步中下层液体呈紫红色可以说明海带中含有碘。操作是萃取碘水中的碘，操作是为了回收CCl4例题4 从海水中可提取多种化工原料，下图是工业上对海水的几项综合利用的示意图。试回答下列问题：(1)写出用海滩上的贝壳制Ca(OH)2的化学方程式：_。(2)以上海水的综合利用过程中，哪一种操作肯定会引起氧化还原反应的发生？_。(3)电解无水MgCl2可制取镁和氯气，其中副产品氯气和粉末状熟石灰可制得漂白粉，制漂白粉的化学方程式为：_。(4)用海滩上的贝壳制Ca(OH)2，而不从异地山中开凿石灰石制取，主要考虑到_问题。(5)从经济效益角度看，该化工厂厂址应选在_。答案解析(1)CaCO3CaOCO2CaOH2O=Ca(OH)2(2)电解(3)2Cl22Ca(OH)2=CaCl2Ca(ClO)22H2O(4)经济效益(5)海边(1)贝壳的主要成分为CaCO3，对其煅烧制得CaO，CaO加水，即可制得Ca(OH)2；(2)电解饱和食盐水和熔融MgCl2属于氧化还原反应；(3)制漂白粉：2Cl22Ca(OH)2=CaCl2Ca(ClO)22H2O；(4)(5)在工业生产中主要考虑经济效益问题三、蒸发、蒸馏与干馏的比较【归纳总结】【题型过关】例题5 对图示中的变化叙述错误的是()A图示实验中发生了化学变化B液体X溶液的pH7，液体Y是一种黑色黏稠状液体C气体Z易燃，可还原CuO，也可使溴水褪色D试管A中产生浓的白烟答案解析D煤的干馏是煤在隔绝空气下加强热的过程，它发生了复杂的物理、化学变化；煤的干馏产物有H2O和NH3，NH3易溶于水而呈碱性，pH7，同时干馏还生成了煤焦油，它的化学成分主要为芳香族化合物，是难溶于水的黏稠液体；干馏的气体产物中的H2、CO具有还原性，可以还原CuO，气体产物中的C2H4可使溴水褪色；试管A中产生黄色的烟例题6 如图是实验室干馏煤的装置图：(1)指出图中仪器的名称：b_，c_。(2)仪器d的作用是_，c中的液体中无机物里溶有_，可用_检验出来。有机物有_，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_。(4)反应结束后b中的固体是_。答案解析(1)硬质玻璃管U形管(2)盛装冷水对蒸气进行冷却粗氨水酚酞溶液煤焦油分馏(3)H2、CH4、CH2=CH2、CO淡蓝色(4)焦炭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处放出的应是焦炉气，其中粗氨水中溶有氨，呈碱性，可用酚酞溶液检验；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四、环境污染与绿色化学【归纳总结】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。从科学观点看，它是化学科学基础内容的更新；从环境观点看，它强调从源头上消除污染；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。【题型过关】例7 表中解决相对应的环境问题所采取的措施不科学的是()环境问题措施A臭氧层空洞限制氟氯烃类物质的生产和消耗B酸雨改变能源结构，减少二氧化硫和氮氧化物的排放C白色污染回收利用废旧塑料，开发可降解塑料制品D水体富营养化禁止使用含磷洗衣粉及施用氮肥答案解析D氟氯烃是造成臭氧层空洞的主要原因；减少二氧化硫、氮氧化物的排放有利于控制酸雨的产生；对废旧塑料进行回收利用及开发可降解塑料制品均有利于减少白色污染；禁止施用氮肥不符合农业现状，D项不正确例题8 “绿色化学”又称环境无公害化学。下列叙述符合“绿色化学”理念的是()A绿色化学的核心是利用化学原理对工业生产造成的环境污染进行治理B用聚苯乙烯等塑料代替木材生产包装盒、快餐盒等，以减少木材使用C研制新型杀虫剂，使其只对目标昆虫有毒杀作用而对其他昆虫无害D现代石油化工采用银作催化剂，将乙烯直接氧化生产环氧乙烷符合“原子经济”答案解析D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，A项错误；用聚苯乙烯等塑料代替木材生产包装盒、快餐盒等会造成白色污染，B项错误；新型杀虫剂的使用仍然会造成食品、水等污染，C项错误；D项正确【单元过关演练】一、选择题（本小题共7小题，每题只有一个正确选项，每题6分，共42分）1. 化学与生产、生活密切相关，下列说法正确的是()A用废旧皮革生产药用胶囊可以提高原子利用率B发展新能源汽车的主要目的是减少PM2.5的排放C对“地沟油”进行分馏可以获得汽油发动机的燃料D“雾霾天气”、“光化学烟雾”的形成都与汽车尾气排放的不合格有关2.下列属于物理变化的是()A石油的分馏 B淀粉水解 C蛋白质水解 D煤的干馏3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4. 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Cl2D利用潮汐发电是将化学能转化为电能5. 下列化工生产原理错误的是()可以用电解熔融氯化钠的方法来制取金属钠 可以用钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁电解法冶炼铝时，原料用氯化铝 炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热A B C D6. 溴、碘主要存在于海水中，有“海洋元素”的美称。海水中的碘主要富集在海带中，我国海带产量居世界第一位，除供食用外，大量用于制碘。提取碘的途径如下图所示：干海带海带灰水溶液碘单质，则下列有关叙述正确的是()A碘元素在海水中也有游离态存在 B在提取的过程中用的氧化剂可以是H2O2C操作是结晶或重结晶 D操作是提纯，常用蒸馏或分馏7. 高分子材料是由，CH3CH=CHCN两种单体聚合而成的，以下与此高分子材料相关的说法正确的是()A该高分子材料属于纯净物，合成它的反应是加聚反应B形成高分子材料的单体中的所有原子有可能都处于同一平面上C和两种有机物互为同系物D两种单体都可以使溴水褪色，但只有能使酸性高锰酸钾溶液褪色二、非选择题（本小题共4小题，共58分）8. 海水中有取之不尽的化学资源，从海水中可提取多种化工原料。下图是某工厂对海水资源的综合利用的示意图。试回答下列问题：(1)粗盐中含有Ca2、Mg2、SO等杂质，精制后可得NaCl饱和溶液，精制时通常在溶液中依次加入过量的BaCl2溶液、过量的NaOH溶液和过量的Na2CO3溶液，过滤后向滤液中加入盐酸至溶液呈中性。请写出下列操作中发生的化学反应的离子方程式：粗盐溶液中加入过量的Na2CO3溶液：_。滤液中加入盐酸至溶液呈中性：_。(2)写出对精制饱和食盐水进行电解的化学方程式：_。(3)母液中含有K、Na、Mg2等阳离子，从以上流程可以看出，对母液进行一系列的加工可制得金属镁。从离子反应的角度思考，在母液中加入石灰乳所起的作用是_；石灰乳是生石灰与水作用形成的化合物，生产生石灰的主要原料是_；若加入石灰乳后所制取的产品中还混杂着熟石灰，那么将熟石灰从该产品中除去的方法是_。电解无水氯化镁的化学方程式是_。电解无水氯化镁所得的镁蒸气在特定的环境里冷却后即为固体镁，下列物质中可以用作镁蒸气的冷却剂的是_(填字母序号)。AH2 BCO2 CO2 D水蒸气(4)在该化工厂中，海水提取氯化钠后的母液经过提取氯化镁后又形成了新的母液，向新的母液中加入一种常见的气态氧化剂，又抽取了重要的化工原料溴单质。生成溴单质的化学反应的离子方程式是_；生产中将溴单质从化合物中分离出来的方法是_，这种方法的成功应用是基于溴单质具有_性。以下是对生产溴单质所用的气态氧化剂寻找供货源的设想，其中合理的是_(填字母序号)。A 从外地购买 B在当地新建生产厂B C从本厂生产烧碱处循环 D从本厂生产镁单质处循环9. 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如下图所示实验：请回答下列问题：(1)实验时灼烧海带应在_(填仪器名称)内进行。(2)步骤中反应的离子方程式是_。(3)步骤中应选用的一种溶剂X可以是_(填试剂名称)。(4)上述流程中的实验操作包括下图中的_(按操作顺序选填代号)。(5)请设计一个简单的实验方案，检验提取碘后的溶液中是否还含有单质碘：_。10.将下图所列仪器组装为一套实验室蒸馏石油的装置，并进行蒸馏，得到汽油和煤油。(三)(一)(五)(二)(六)(四)(1)图中A、B、C三种仪器的名称是_。(2)将以上仪器按(一)(六)顺序，用字母a，b，c表示连接顺序：e接()()接()()()接( )()接()。(3)A仪器中c口是_，d口是_。(填“进水口”或“出水口”)(4)蒸馏时，温度计水银球应在_位置。 (5)在B中注入原油后，加几片碎瓷片的目的是_。(6)给B加热，收集到沸点60150 间的馏分是_，收集到150300 间的馏分是_。11. 如图所示是铝热反应装置，铝热剂由氧化铁和铝粉组成。根据要求回答相关问题：(1)简述引发铝热反应的操作方法：_。(2)为探究铝热反应所得固体的成分，请填写下表：检验成分操作步骤实验现象与结论铝铁氧化铁(3)铝热反应可以冶炼熔点较高的金属，写出铝与WO3、Cr2O3、Co3O4发生铝热反应的化学方程式：_。答案与解析选择题题号答案解析1D废旧皮革生产的胶囊有毒，A项错误；发展新能源汽车主要是为了减少对化石燃料的消耗，B项错误；分馏不能使“地沟油”变成生物柴油，C项错误2A石油的分馏是利用各组分沸点的不同把石油分成多个馏分，属于物理变化3A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4C海水中钾元素以K形式存在，生成钾单质必然发生化学反应，A项错误。蒸发制海盐发生的是物理变化，B项错误。潮汐发电是将动能转化为电能，D项错误5D冶炼金属镁通常采用电解熔融MgCl2的方法；若钠加入到氯化镁饱和溶液中，钠先与水反应生成NaOH放出H2，NaOH再与MgCl2发生复分解反应生成Mg(OH)2沉淀，得不到单质镁，错误；氯化铝为共价化合物，熔融氯化铝不导电，电解法冶炼铝应用氧化铝为原料，错误；高炉炼铁时发生的反应有：2CO22COFe2O33CO2Fe3CO2，错误。正确。答案为D项6B碘在海水中只以化合态(I)存在，没有游离态，A项错误。操作A是萃取，操作B是分液，然后才是利用蒸馏等操作来得到单质碘，A、C、D都是错误的7B高分子材料分子中的n是不同的，所以是混合物，A错误；由苯环和乙烯的结构知所有原子可能在同一平面上，B正确；中含碳碳双键和苯环，中含碳碳双键和CN，所以和两种有机物不是同系物，C错；两种单体中都含有不饱和碳碳双键，所以既可以和溴水发生加成反应，也可以被酸性高锰酸钾氧化，使其褪色，D错误非选择题题号答案解析8(1)Ca2CO=CaCO3，Ba2CO=BaCO3CO2H=H2OCO2，OHH=H2O(2)2NaCl2H2OH2Cl22NaOH(3)使Mg2变为Mg(OH)2沉淀贝壳加入MgCl2溶液后搅拌，过滤MgCl2(熔融)MgCl2A(4)2BrCl2=2ClBr2空气吹出法挥发CD(1)加入Na2CO3溶液的目的是为了除去Ca2和过量的Ba2，所以先加BaCl2溶液后加Na2CO3溶液。加入盐酸的目的是中和过量的NaOH，除去过量的Na2CO3。(3)贝壳的主要成分为CaCO3，煅烧贝壳可以制得CaO；除杂的原则是不能引入新的杂质，所以再加入MgCl2溶液。Mg能和H2O、O2、CO2反应，但与H2不反应，所以可在H2中冷却。(4)根据教材的讲解，很快作出解答。电解饱和食盐水和MgCl2都产生Cl2，所以选择C、D两项9(1)坩埚(2)2IH2O22H=I22H2O(3)苯或四氯化碳(4)ADC(5)取少量溶液于试管中，滴入23滴淀粉溶液，如果溶液变蓝，说明溶液中还有单质碘；如果溶液不变蓝，说明溶液中没有单质碘(1)固体物质的灼烧应在坩埚内进行；(2)步骤是利用H2O2将I氧化成I2的过程；(3)步骤是将生成的I2萃取分离出来，可用的有机溶剂是苯或四氯化碳；(4)流程图中的操作包括过滤、萃取分液、蒸馏(分离萃取液中的有机溶剂和碘)；(5)淀粉遇I2变蓝色，这一显色特征常用于二者的相互检验10(1)A是冷凝管；B是蒸馏烧瓶；C是锥形瓶(2)ihakbfgw(3)进水口出水口(4)蒸馏烧瓶支管口(5)防止暴沸(6)汽油煤油石油的分馏装置为11(1)在铝热剂表面撒一层干燥的氯酸钾，在其中央插一根镁带，点燃镁带(2) (3)WO32AlAl2O3W，Cr2O32AlAl2O32Cr，3Co3O48Al4Al2O39Co(1)铝热反应需要在高温条件下进行，用氯酸钾作供氧剂，镁带燃烧引发氯酸钾分解产生氧气，使镁带燃烧加剧，产生大量热量，引发铝热反应。(2)利用物质性质的差异，选择试剂检验所得固体的成分。检验铝单质，应选择氢氧化钠溶液，不应选择盐酸，因为铝溶于氢氧化钠溶液产生氢气：2Al2NaOH2H2O=2NaAlO23H2，铁不溶于氢氧化钠溶液，而铝和铁都能溶于盐酸(或稀硫酸)产生氢气。检验铁单质，可以用化学方法，也可以用物理方法。但在铁与稀硫酸反应之前，必须除去样品中可能存在的铝。(3)铝热反应的反应通式：金属氧化物铝=金属氧化铝，反应条件都是高温
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