11-1开发利用金属矿物和海水资源一、选择题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够从海水中获得的物质是( )A．氯、溴、碘B．钠、镁、铝C．烧碱、氢气D．食盐、淡水解析：A、B、C中的金属或非金属单质需加入氧化剂或电解法制取，均为化学变化；而D中的食盐和淡水是利用蒸发原理制取的，为物理变化。答案：D2．化学学科的发展对人类文明进步起到了极为重要的作用，下列认识正确的是( )A．人类对金、银、铜、铁、铝的认识与其活泼性无关B．人类解决吃、穿、住、行最有效的方法就是大力开发石油及其产品C．工业上可用电解熔融态的MgCl2、AlCl3来制备Mg、AlD．工业上可用空气、Cu、稀硫酸来制备CuSO4解析：选项A，Au是极不活泼金属，在自然界中有单质存在，古人不需冶炼即可获得，随着化学科学的进步，人类逐渐冶炼出Cu、Fe、Al等金属，可见人类认识和获取金属与金属活动性顺序密切相关；选项B，石油是不可再生资源，总有一天，石油会消耗殆尽，它不是解决人类吃、穿、住、行最有效的方法；选项C；AlCl3是共价化合物，电解熔融AlCl3得不到Al；选项D，将Cu在空气中充分燃烧后转化为CuO，CuO与稀H2SO4反应即可得到CuSO4。答案：D3．海水总量极大，金、铀等微量元素在海水中的总量自然也大，但从海水中获取这些微量元素的成本很高，其中成本很高的步骤在于( )A．从海水中富集含微量元素的化合物B．使含微量元素的离子沉淀C．对含微量元素的混合物进行提纯D．从化合物中冶炼这些单质解析：海水中金、铀等微量元素的总量很大，但由于海水总量极大，故其浓度很低，而富集微量元素的化合物很困难，成本很高。答案：A4．(2013·福建省厦门第六中学高三12月月考)工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼的工艺流程如下：11\n下列叙述正确的是( )A．试剂X可以是氢氧化钠溶液，也可以是盐酸B．反应①过滤后所得沉淀为氢氧化铁C．图中所示转化反应都不是氧化还原反应D．反应②的化学方程式为：NaAl(OH)4＋CO2＝Al(OH)3↓＋NaHCO3答案：D5．冶炼金属一般有下列4种方法：①焦炭法 ②水煤气(或氢气、一氧化碳)法 ③活泼金属置换法 ④电解法，这4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(MgCl2·6H2O)中炼镁，对它们冶炼方法的分类，不正确的是( )A．Ⅰ.①B．Ⅱ.②C．Ⅲ.③D．Ⅳ.④解析：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ发生的反应分别是：ⅠCu2(OH)2CO32CuO＋CO2↑＋H2OC＋2CuO2Cu＋CO2↑Ⅱ.Fe＋CuSO4===FeSO4＋CuⅢ.2Al＋Cr2O3Al2O3＋2CrⅣ.先从光卤石中提取氯化镁，再电解熔融的氯化镁，MgCl2Mg＋Cl2↑则Ⅰ属方法①，Ⅱ属方法③，Ⅲ属方法③，Ⅳ属方法④。综上分析，B不正确。答案：B6．(2012·南京市高三第二次模拟考试)海水是重要的资源，可以制备一系列物质。11\n下列说法正确的是( )A．步骤②中，应先通CO2，再通NH3B．步骤③中可将MgCl2·6H2O晶体在空气中直接加热脱水C．步骤④、⑤、⑥反应中，溴元素均被氧化D．除去粗盐中SO、Ca2＋、Mg2＋等杂质，加入试剂及相关操作顺序可以是：NaOH溶液→BaCl2溶液→Na2CO3溶液→过滤→盐酸解析：A项由于二氧化碳溶解度小，应先通氨气，A项错误；氯化镁晶体直接加热会水解转化为氢氧化镁或氧化镁，必须在氯化氢气氛中加热，B项错误；⑤是还原反应，C项错误；碳酸钠一定要在氯化钡之后加入，才能除去过量的氯化钡，加盐酸之前需过滤，防止沉淀又溶解，所以D项正确。答案：D7．(2011·广州模拟)下列有关说法正确的是( )A．高温加热氧化镁和碳的混合物可以制单质镁B．铁的冶炼过程是通过置换反应得到单质铁C．海水提溴的过程中不发生氧化还原反应D．利用电解的方法可以从海水中获取淡水解析：高温加热氧化镁和碳的混合物时，生成的CO2(或CO)能不断脱离反应体系，促使反应不断进行，因此碳可置换出镁；工业上冶炼铁用的还原剂是CO，但有关反应不是置换反应；海水提溴是使Br－变成Br2，主要发生氧化还原反应；从海水中获取淡水可用蒸馏等方法，这是物理变化，电解是使水分解的化学变化。答案：A8．(2011·天津模拟)早在1807年化学家戴维电解熔融氢氧化钠制得钠4NaOHO2↑＋4Na＋2H2O；后来盖·吕萨克用铁与熔融氢氧化钠作用也制得钠，反应原理为：3Fe＋4NaOHFe3O4＋2H2↑＋4Na↑。下列有关说法正确的是( )A．若戴维法与盖·吕萨克法制得等量的钠，则反应中前者转移电子总数小于后者B．工业上还可以用石墨作阳极，铁作阴极电解氯化钠溶液制钠11\nC．戴维法制钠，阳极发生电极反应为2OH－＋2e－===H2↑＋O2↑D．盖·吕萨克法制钠原理是利用铁的还原性比钠的强解析：戴维的方法中只有Na＋得电子，而盖·吕萨克的方法中Na＋和H＋都得电子，故A正确；工业制备金属钠时电解的是熔融的氯化钠而非氯化钠溶液，B错误；电解熔融氢氧化钠制钠，阳极发生电极反应为4OH－－4e－===2H2O＋O2↑，C错误；铁的还原性比钠弱，D错误。答案：A9．(2011·豫南五校联考)溴是海水中的重要元素，海水中溴元素的含量一般为0.067g·L－1，晒盐浓缩后的苦卤中含有浓度较高的溴离子，向苦卤中通入氯气，可以得到溴单质，下列有关说法中不正确的是( )A．向苦卤中通入氯气发生反应的离子方程式为2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2B．向苦卤中通入氯气时，溴元素的化合价升高，溴元素被氧化C．将溴单质从溴水中分离出来，可以利用裂化汽油进行萃取D．苦卤中通入Cl2后得到的溴单质通常要先用热空气或水蒸气吹出吸收以达到富集的目的解析：裂化汽油含有不饱和烃，易与溴水中的溴发生加成反应，因而不能作萃取剂。答案：C10．海底黑烟囱可在海底堆积硫化物的颗粒，形成多种金属矿产，若从海底黑烟囱附近的矿物中分离出富铜矿CuFeS2，可用于冶炼铜，冶炼过程发生的主要反应为：2CuFeS2===Cu2S＋2FeS＋S①2Cu2S＋3O2===2Cu2O＋2SO2②Cu2O＋FeS===Cu2S＋FeO③2FeS＋3O2＋SiO2===2FeO·SiO2＋2SO2④2FeO＋SiO2===2FeO·SiO2⑤Cu2S＋2Cu2O===6Cu＋SO2↑⑥下列有关说法不正确的是( )A．上述反应均属于氧化还原反应B．该厂可同时建硫酸厂和炼铁厂C．该厂的原料除富铜矿外，还需空气和石英D．反应④转移12e－解析：③和⑤不是氧化还原反应。答案：A11．金属钛(Ti)性能优越，被称为继铁、铝后的“第三金属”。工业上以金红石(TiO2)为原料制取Ti的反应为：11\naTiO2＋bCl2＋cCaTiCl4＋cCO……反应①TiCl4＋2MgTi＋2MgCl2……反应②关于反应①、②的分析正确的是( )A．TiCl4在反应①中是氧化产物，在反应②中是氧化剂B．C、Mg在反应中均为还原剂，被氧化C．在①反应方程式中，a一定等于2D．每生成9.6gTi，反应①、②中共转移电子0.6mol解析：分析元素的化合价可知，TiCl4在反应(1)中是还原产物，C、Mg在反应中均被氧化作还原剂，A错误，B正确；配平方程式后可知a等于1，C错误；根据方程式计算可知每生成9.6g即0.2molTi时，两个反应共转移1.6mol电子，D错误。答案：B12．海水淡化可采用膜分离技术，如右图所示，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，而海水中其他各种离子不能通过淡化膜，从而得到淡水，对加压后右侧海水成分变化分析正确的是( )A．溶质质量增加B．溶剂质量减少C．溶液质量不变D．溶质质量分数减小解析：右侧水减少后，溶剂质量和溶液质量减少，右侧溶液的溶质质量分数增加，溶质质量不变，因为NaCl不能通过淡化膜。答案：B11\n13．(2010·沈阳模拟)海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法错误的是( )A．历史最悠久的海水淡化方法是蒸馏法B．海水中的氘(含HDO0.03‰)发生聚变的能量，足以保证人类上亿年的能源消费，HDO与H2O化学性质不同C．从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备金属钠D．从海水中提取镁可以采用下列方法：海水Mg(OH)2MgCl2溶液―→MgCl2―→MgCl2(熔融)Mg解析：氕(H)与氘(D)属于同种元素——氢元素，所以HDO与H2O均属于水，化学性质相同，B错误。答案：B14．(2011·北京黄冈一模)海水中溶解和悬浮着大量的无机物和有机物，具有巨大的开发潜力，人类除了从海水中获得食盐和水外，还获得大量的钾、镁、溴、碘等，以下说法正确的是( )A．从海水中可以得到NaCl，NaCl是制造化肥的原料B．海水中含有碘元素，只需将海水中的碘升华就可以得到碘单质C．电解氯化钾和氯化镁的水溶液，可制得钾和镁D．用有机溶剂可萃取海水中的溴、碘解析：侯德榜制碱法得到的副产品氯化铵可以作化肥，A正确；海水中的碘不是单质，B错误；利用氯化镁、氯化钾制备金属时，电解的是熔融状态的盐，C错误；海水中溴、碘以化合态存在，D错误。答案：A15．(2011·泉州模拟)下列几种关于金属冶炼方法的叙述中，正确的是( )A．蒸发海水制成饱和食盐水，将其电解可制得金属钠B．炼铁高炉中，利用焦炭作为还原铁矿石的还原剂C．高炉炼铁能得到纯铁D．铝热法能够使氧化铁跟铝在高温条件下炼出铁来解析：电解食盐水得到的是NaOH，得不到Na；炼铁高炉中利用CO作为铁矿石的还原剂；高炉炼铁得到的是含碳等元素的生铁。答案：D二、非选择题16．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，人类研制出很多炼铁的方法。11\n某研究性学习小组查阅了工业炼铁的有关资料后，发现目前多采用高炉炼铁这种主流方法，其生产示意图如下，请回答下列问题：(1)已知铁矿石中有一些难熔化的脉石(SiO2)，在铁矿石中加入一定比例的石灰石就是为了除去这些脉石，形成的物质就是炉渣的主要成分，请写出有关反应的化学方程式：____________________，___________________________________________________；(2)铁矿石中加入一定比例的焦炭的目的是生成还原剂CO，请写出得到CO的化学方程式：__________________，__________________；(3)热空气从高炉下部通入，而炉料从高炉顶部投入，这样操作的主要目的是________________________________________________________________________________________________________。解析：用石灰石除脉石的原理可以从工业制玻璃的原理迁移过来；焦炭在进风口附近与热空气接触，燃烧生成CO2，CO2上升跟赤热的焦炭反应生成CO；在炉腰以上的位置与Fe2O3反应得到单质铁，热空气由下向上升，而炉料由上向下落，使它们能够充分接触，有利于反应充分进行和热量充分利用。答案：(1)CaCO3CaO＋CO2↑11\nCaO＋SiO2CaSiO3(2)C＋O2CO2 CO2＋C2CO(3)使炉料和热空气充分接触，使反应得以顺利进行，且有利于热交换，使热能得以充分利用17．(2011·西安质检)我们知道海带中含有碘元素，经常食用海带可以防治甲状腺肿大，所以工业上常用海带为原料提取碘单质。查有关资料可知碘单质有升华现象。下面是某校化学探究小组设计的从海带中提取单质碘的实验，请你完成下列实验。(1)将干燥洁净的海带用酒精湿润后在________(填一种仪器名称)中灼烧成灰烬。(2)将海带灰烬冷却至室温，转移到烧杯中，加蒸馏水后，搅拌、煮沸、冷却、________(填一种操作名称)。(3)在滤液中滴入几滴稀硫酸，再加入一定量的过氧化氢溶液，此时发生反应的离子方程式为：________。(4)把(3)中所得到的溶液注入分液漏斗中，然后再加入四氯化碳，振荡、静置，可以观察到四氯化碳层呈________色，经分液得到碘的四氯化碳溶液。在这一实验过程中，四氯化碳起________作用。(5)用试管取碘的四氯化碳溶液用水浴加热，待四氯化碳挥发完即可得到固体碘单质。为什么不用酒精灯直接加热蒸发四氯化碳：________。(6)证明得到的固体是碘单质的化学方法是________________。解析：(1)经酒精润湿的海带应放在坩埚中灼烧。(3)滤液中先加入硫酸酸化，后加入双氧水，发生的反应为：2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O。(4)把(3)中所得溶液加入四氯化碳中，溶液分层，上层为水溶液，几乎无色，下层为碘的四氯化碳溶液，呈紫红色。(5)用酒精灯加热碘的四氯化碳溶液，四氯化碳挥发的同时碘也容易升华，从而造成碘的损失。(6)利用淀粉遇碘变蓝色可以检验碘的存在。答案：(1)坩埚 (2)过滤(3)2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O(4)紫红 萃取剂(5)因为酒精灯直接加热时的温度高，单质碘易升华，会损失一部分碘(6)取得到的固体少许，将其加入到淀粉溶液中，淀粉溶液变蓝，即可证明所得固体为碘单质(其他方法合理也可)18．(2011·北京黄冈四模)金属镁和镁合金在航空、汽车制造和电子工业等领域具有广泛的用途，金属镁的冶炼有多种方法，其中之一为皮江法。该方法是以白云石(CaCO3·MgCO3)为原料，经高温锻烧生成氧化物(CaO·MgO)，氧化物在还原炉中经1200℃11\n真空条件下用硅铁还原生成镁蒸气(铁在反应前后化合价不变)，镁蒸气经冷凝器冷凝为粗镁，粗镁再经精炼、铸锭得到成品金属镁，反应工艺流程如下图：(1)在冶炼过程中反应温度对生成金属镁的影响如图，在图中分析，还原反应的反应热ΔH________0(填“<”、“>”或“＝”)，理由是__________________________。(2)还原炉中需要在1200℃真空条件下反应，真空条件对制备金属镁来讲，可以达到的目的是：①____________；②____________。(3)工业上，另一种冶炼镁的原理是MgCO3MgO＋CO2↑，MgO＋C＋Cl2MgCl2＋CO，电解氯化镁。工业上不直接电解氧化镁的原因是________________________。(4)另外也可以海水为原料来冶炼金属镁，已知298K时，Mg(OH)2的溶度积常数Ksp＝5.6×10－12，如果在海水结晶的母液中，加入一定量的烧碱达到沉淀溶解平衡，测得pH＝13.00，则此温度下残留在溶液中的c(Mg2＋)＝________mol/L。解析：(1)由图像可知，温度越高，镁的产率越大，所以此反应应为吸热反应，ΔH>0。(2)1200℃真空条件下，降低反应所需的温度，可节约能源，同时也防止镁在高温下与空气中的气体反应。(3)电解法冶炼金属，其原料必须满足两个条件，第一个条件必须是离子化合物；第二个条件是熔点较低。11\n(4)298K下，c(OH－)＝0.1mol/L，Ksp＝c(Mg2＋)·c2(OH－)，代入数据，解得c(Mg2＋)＝5.6×10－10mol/L。答案：(1)> 升高温度Mg的产率增大，平衡向正反应方向移动，说明正反应为吸热反应(2)①降低反应所需温度，节约能源 ②防止Mg被空气氧化(3)氧化镁熔点高于氯化镁，电解氧化镁消耗电能多，成本高(4)5.6×10－1019．(2011·苏州模拟)下图所示是以海水为原料，获得某产物的工艺流程图。已知在吸收塔中，溶液的pH显著减小。试回答下列问题：(1)图中两次氯化的作用是否相同？________(选填“是”或“否”)。(2)吸收塔中反应的化学方程式为______________________，第2次氯化的离子方程为________________________。(3)资料证实，在酸性介质中，第1次氯化过程中可用O2或空气替代。但在实际工业生产中为什么不用更廉价的空气替代Cl2？_________________________________________________________。(4)本工艺的处理方法可简单概括为“空气吹出、X气体吸收、氯化”。某同学认为在工业生产过程中对第1次氯化液直接蒸馏也可得到产物，不必进行上述过程，请对该同学的说法作出正确的评价：____________________________________________________。解析：本工艺流程是海水中Br－被Cl2氧化，然后用热空气吹出，根据题中信息，吸收塔内溶液pH显著减小，可确定气体X是SO2，吸收塔内反应的化学方程式为Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，生成的Br－再被Cl2氧化，生成的Br2用蒸气蒸出，再冷凝得到液态溴。答案：(1)是 (2)Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr11\n2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－(3)若用廉价的空气替代Cl2进行第1次氯化，反应的离子方程式为4Br－＋O2＋4H＋===2Br2＋2H2O，很显然反应时需要将大量的盐卤(浓度不大)酸化，反应后又要将废液中和才能排放，在经济上显然没有吸引力(4)氯化后的海水虽然含有溴单质，但浓度低，如果直接蒸馏原料，产品成本高，“空气吹出、SO2吸收、氯化”的过程实际上是一个溴的富集过程，以提高其浓度，减少能源的消耗11
