高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 自然资源的开发利用同步练习题

一、金属元素在自然界中的存在形式

金属元素在自然界中，以单质形式存在的，称为游离态，以化合物形态存在的，则为化合态。

游离态——金、铂等极少数不活泼金属。

化合态——钠、镁、铝等绝大多数金属。

二、金属的冶炼原理

1．实质：利用还原反应，使金属化合物中的金属阳离子得到电子变成金属单质：Mn+ + ne- M。

2．常见的金属冶炼方法：根据金属活泼性的不同，采用不同的冶炼方法：

思考与交流

三、常见金属的冶炼方法

1．电解法

（1）冶炼钠：__________________________________________；

（2）冶炼镁：__________________________________________；

（3）冶炼铝：__________________________________________。

思考与交流

2．热还原法

（1）高温下利用C、CO、H2等作为还原剂进行冶炼，如高炉炼铁： Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2；

（2）铝热法炼铁

思考与交流

资料卡片——铜的冶炼

3．热分解法

（1）2HgO  2Hg + O2↑

（2）2Ag2O  4Ag + O2↑

4．物理方法

金、铂在自然界以游离态存在，直接通过物理方法即可提取，如“沙土淘金”。

四、合理开发和利用金属资源

1．意义：节约矿物资源、节约能源、减少环境污染

2．途径：

（1）提高金属矿物的利用率

（2）开发环保高效的金属冶炼方法

（3）防止金属的腐蚀

（4）加强废旧金属的回收和再利用

（5）使用其他材料代替金属材料

•     金属的冶炼

【例1】从本质上讲，工业上冶炼金属的反应一定都属于（    ）

A．氧化还原反应 B．置换反应

C．分解反应 D．复分解反应

【变1-1】下列关于金属冶炼方法的叙述不正确的是（     ）

【变1-2】有关金属的工业制法中正确的是（　　）

A．炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热

B．可以用钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁

C．湿法炼铜和火法炼铜的反应中，铜元素都发生还原反应

D．由于Al的活泼性强，故工业上采用电解熔融AlCl3的方法生产Al

【例2】已知工业上真空炼铷的反应方程如下：2RbCl + MgMgCl2 + 2Rb(g)，对此反应能够进行的正确解释是（　　）

A．铷比镁的金属性弱 

B．铷的沸点比镁低，把铷的蒸气抽走后，平衡向正反应方向移动

C．MgCl2的热稳定性比RbCl弱 

D．高温下Mg2+得电子能力比Rb+弱

【变2】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。工高温业上冶炼钼的化学反应过程为①；②；③；④；⑤用还原剂将还原成金属钼。下列说法正确的是（    ）

A．煅烧产生的尾气可直接排放

B．是金属氧化物，也是碱性氧化物

C．是一种强酸

D．利用、和分别还原等量的，所消耗还原剂的物质的量之比为

•     铝热反应

【例3】铝热反应原理可以应用在生产上。某小组同学在研究铝热反应时，进行如下讨论和实验。

（1）关于铝热反应有以下两种认识，其中正确的是__________（选填字母）。

a．该反应需在高温下发生，所以是吸热反应

b．因为铝的还原性较强，所以铝能将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来

（2）铝和氧化铁反应的化学方程式是_________________________________________________。

（3）请写出铝热反应两个方面的用途：________________、________________。

（4）铝和氧化铁反应所得固体成分的初步确定：

①由上述实验可知：溶液中Fe元素的存在形式有________________。

②i中产生H2的原因是样品中除含Fe外，可能有未反应的Al，为检验样品中是否含Al单质，可选用的试剂是___________，反应的离子方程式为_____________________________________。

③ii中生成O2的化学方程式是____________________________________。溶液变为深红色的原因是（写离子方程式）：______________________________________。

进一步的实验表明，上述固体样品中Fe元素的存在形式有：Fe、Fe2O3、Fe3O4。

【变3】铁砂的主要成分是微粒状的磁性氧化铁、石英、石灰石等混合物。某化学兴趣小组从铁砂中分离出磁性氧化铁，并进行铝热反应实验。

（1）取磁性氧化铁按图装置进行铝热反应，取少许反应生成的“铁块”溶于盐酸，向其中滴加KSCN溶液，发现溶液变血红色。出现这种结果的原因，除了可能混有没反应的磁性氧化铁外，还有一个原因是________________________________________________________________________________________。

（2）设计一个简单的实验方案，证明上述所得的“铁块”中含有金属铝。该实验所用试剂是______________，反应的离子方程式为_________________________________________________。

（3）请写出此铝热反应的化学方程式：____________________________________。1 mol铝参与反应，转移的电子数为_______。

（4）除磁性氧化铁可做铝热反应实验外，下列哪些试剂也可以______（选填字母）。

A．V2O5 B．Na2O2 C．MnO2 D．MgO

（5）为确定上述实验的铝热剂（磁性氧化铁和铝粉）中铝的质量分数，进行如下实验：

若取10.8 g 样品，向其中加入足量的NaOH 溶液，测得生成的气体（标准状况）体积为3.36 L，样品中铝的质量分数是__________。

•     金属矿物资源的开发利用

【例4】明矾[KAl(SO4)2·12H2O] 在生产、生活中有广泛用途：饮用水的净化、造纸工业上作施胶剂、食品工业的发酵剂等。利用炼铝厂的废料——铝灰(含Al 、 Al2O3及少量SiO2和FeO、Fe2O3)可制备明矾。工艺流程如下：

已知：SiO2是不溶于硫酸的固体

回答下列问题：

（1）Al2O3与稀硫酸反应(用离子方程表示) _____________________________。

（2）操作Ⅰ的名称是_____________ ，滤渣Ⅰ的主要成分是______________。

（3）检验滤液Ⅰ中是否存在Fe3+的方法是____________________________________________________。

（4）在滤液Ⅰ中加入高锰酸钾目的是____________，发生反应的离子方程式为(该条件下H+ 参与反应、Fe2+转化为Fe3+、MnO 转化为Mn2+)_________________________________________________________。

（5）根据流程图推测加入沉淀剂的目的是___________，滤渣Ⅱ中主要含有_____________(填化学式，只写一种即可)。

一、海水水资源的利用

1．途径：主要包括海水淡化和直接利用海水进行循环冷却等。

2．海水淡化的方法：________法、________法、________法等。

二、海水中化学资源的利用

海水中含量最多的为O、H两种元素，还有Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11种元素，其总含量超过99%，其他为微量元素。

1．海水制盐

2．海水提镁

3．海水提溴

4．海带提碘

（1）海带提碘的工艺流程：

氧化的方程式为：______________________________

（2）海带中碘元素的检验

三、海水资源的其他利用

1．从海水中提取铀和重水，用于核能开发。

2．开发潮汐能、波浪能等新型能源。

•     海水资源

【例5】海洋又被称为绿色宝库，下列关于海洋的说法正确的是（    ）

A．海洋约占地球表面积的71% B．海水中元素仅为有限的十几种

C．蒸馏是海水淡化的唯一方法 D．海水因有腐蚀性而不能冷却循环使用

【变5】下列说法不正确的是（    ）

A．海洋是一个远未完全开发的巨大化学资源宝库

B．海水中金元素的储存量很大，但它的富集程度却很低

C．从海水中可以提取铀和重水等核原料

D．海水中的溴、氟等元素均为微量元素，但仍有提取的价值

•     海水提镁

【例6】从海水中提取镁的工艺流程可表示如下，下列说法不正确的是（    ）

A．用此法提取镁的优点之一是原料来源丰富   

B．步骤⑥电解MgCl2溶液得到金属Mg

C．制备过程中产生的氯气可以用来制备盐酸，循环使用   

D．上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应

•     海带提碘

【例7】从海带中提取碘单质，相关实验步骤如下：

①灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；

②在滤液中滴加稀H2SO4及适当的氧化剂，然后加入几滴某溶液；

③用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中；

④海带灰转移到小烧杯，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤。

（1）合理的步骤顺序是：________________（将步骤的序号填入空格内）。

（2）适当的氧化剂是：___________，反应的离子方程式是：____________________________。

（3）证明含碘的操作及现象是：_____________________________________________________。

•     海水资源的综合利用

【例8】海水开发利用的部分过程如图所示。下列说法错误的是（    ）

A．向苦卤中通入Cl2是为了提取溴

B．粗盐可采用除杂和重结晶等过程提纯

C．工业生产中常选用NaOH作为沉淀剂

D．富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收

【例9】海水中蕴藏着丰富的资源。除从海水中可制得食盐外，还可以制取镁、钾、溴及其化工产品。从海水中制取金属镁、溴的化工流程图如图：

已知：MgO的熔点为2800℃，MgCl2的熔点为712℃。

回答下列问题：

（1）操作2的方法是_______，操作3具体指________________________。

（2）操作1粗盐精制主要是要除掉粗盐中的Ca2+、Mg2+、离子，以下试剂①稀盐酸②NaOH③Na2CO3④BaCl2合理的组合顺序是___________（选填字母）。

a．②③④① b．③②④① c．④②③① d．④③①②

（3）SO2水溶液可以起到富集溴的目的，该溶液吸收溴的离子反应方程式为__________________________。

（4）写出电解MgCl2制取Mg的化学方程式___________________________________________。

（5）有同学认为：上述流程过于复杂，可直接加热Mg(OH)2得到MgO，再电解熔融的MgO制取金属镁，这样可简化实验步骤，体现实验的简约性原则。你同意该同学的想法吗？_________（选填“同意”或“不同意”），请说出你同意或不同意的理由_______________________________________________________。

一、煤的组成

煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，其组成以碳元素为主，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。

二、煤的综合利用

1．煤的干馏

煤的干馏是指将煤_______空气加强热使煤中的有机物分解的过程，是一个复杂的_______变化和_______变化过程，工业上也叫煤的焦化。

煤的干馏可以得到煤焦油、焦炭、粗氨水、粗苯、焦炉气。

2．煤的气化

将煤转化为可燃性气体，C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)

3．煤的液化

把煤转化成液体燃料的过程，分为直接液化和间接液化

（1）直接液化：在高温、高压和催化剂条件下，使煤与氢气作用生成液态碳氢化合物。即：煤＋H2 → 液体燃料

（2）间接液化：煤炭在高温下与水蒸气作用气化，产生合成气CO、H2等，然后在催化剂作用下合成甲醇等。即：煤CO＋H2甲醇

三、石油的组成

1．由多种碳氢化合物组成的混合物，主要是多种烷烃、环烷烃和芳香烃等，一般石油不含烯烃，从所含成分的状态看，大部分是液态烃，在液态烃里溶有气态烃和固体烃。

2．石油是一种黑褐色的粘稠状物质，有特殊气味，比水轻，不溶于水，没有固定沸点。

四、石油的综合利用

思考与交流

五、天然气的组成及其综合利用

1．天然气的组成：天然气的主要成分是甲烷，还含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢等。

2．天然气的综合利用

（1）天然气是一种清洁的化石燃料，可以直接用作燃料；

（2）重要的化工原料，主要用于合成氨和生产甲醇。

明辨是非

•     煤的综合利用

【例10】下列不属于煤的综合利用的是（　　）

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．煤变为煤饼作燃料

D．将煤干馏制得甲苯和乙烯

•     天然气的综合利用

【例11】天然气的主要成分CH4是一种会产生温室效应的气体，等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应前者大。下列叙述：①天然气与煤、石油相比是较洁净的能源；②等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大；③燃烧天然气也是酸雨的成因之一；④甲烷可用于制造合成氨的原料气；⑤用甲烷可生成CCl4；⑥甲烷易完全燃烧，故燃烧甲烷时不必保持空气流通。其中正确的是（    ）

A．①②③ B．③④⑤ C．①②④⑤ D．①②③④⑤

•     石油的综合利用

【例12】《汉书》中“高奴县有洧水可燃”，沈括在《梦溪笔谈》对从地表渗出的、当地人称为“石脂”或“洧水”的使用有“予知其烟可用，试扫其烟为墨，黑光如漆，松果不及也，此物必大行于世”的描述， 关于上文的下列说法中正确的是（    ）

A．“洧水”的主要成分是油脂 B．“洧水”的主要成分是煤油

C．“洧水”的主要成分是石油 D．其烟的主要成分是木炭

【变12】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

【练1】下列说法不正确的是（　　）

A．冶炼金属时，不一定需要加入还原剂 

B．利用金属活泼性的不同，可以采用不同的冶炼方法 

C．工业上常用铝热反应来大量冶炼金属铁

D．人类历史上大量生产和使用铝、铁、铜三种金属单质的时间顺序是铜、铁、铝

【练2】下列化工生产原理错误的是（　　）

A．电解熔融的NaCl来制取Na 

B．电解熔融的AlCl3来制取Al 

C．CO热还原Fe2O3制取Fe

D．利用铝热反应原理：4Al + 3MnO2  3Mn + 2Al2O3

【练3】下列有关化学与自然资源的开发利用描述中错误的是（　　）

A．煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使之分解，属于化学变化

B．要使海水淡化通常有蒸馏法和离子交换法

C．天然矿藏很少只含有一种金属元素，往往含有较多杂质

D．金属冶炼一定要用到还原剂

【练4】下列哪种方法不能实现海水的淡化（    ）

A．蒸馏法 B．电渗析法 C．离子交换法 D．电解法

【练5】海水是巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法正确的是（    ）

A．海水的淡化必须经过化学变化才能实现

B．蒸发海水制粗盐的过程中只发生了化学变化

C．从海水中可以得到NaCl，电解熔融的NaCl可制备金属Na

D．利用海水，铝、空气的航标灯的工作原理是将电能转化为化学能

【练6】从海水中提取部分物质的过程如下图所示，下列有关说法错误的是（    ）

A．过程①需要加入化学试剂、沉淀、过滤等操作

B．由“母液→无水MgCl2”一系列变化中未涉及氧化还原反应

C．工业上一般用电解氯化镁溶液制取Mg单质

D．反应③和⑤均可由下列反应实现：2Br-+Cl2=Br2+2Cl-，该反应属于置换反应

【练7】下列关于化石燃料的说法错误的是（     ）

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C20以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油

C．天然气是一种清洁的化石燃料，它作为化工原料，主要用于合成氨和生产甲醇等

D．煤中含有苯和甲苯，可以用分馏的方法把它们从煤中分离出来

【练8】下列关于化石燃料煤、石油和天然气的说法中，不正确的是（　　）

A．石油是多种碳氢化合物的混合物，可据各组分沸点不同进行分馏利用

B．煤的气化、液化是物理变化，煤的干馏是化学变化

C．天然气的主要成分是甲烷

D．酸雨形成的主要原因是含硫化石燃料的大量燃烧

【练9】高铁轨道焊接常用到铝热反应，某学习小组进行铝热反应实验，装置如图所示。

（1）仪器 A 的名称为_________________。

（2）写出工业上制取金属铝的化学方程式__________________________________________。

（3）点燃镁条引发铝热反应，在反应过程中没有涉及到的化学反应类型是______（选填字母）。

A．化合反应 B．分解反应 C．置换反应 D．复分解反应

（4）写出该铝热反应的化学方程式，并用单线桥表示电子转移的方向和数目：________________________。

（5）铝热反应中放出大量的热，有黑色熔融物落入沙中。学习小组推测黑色熔融物中除了含有铁和氧化铝外，还含有铝和氧化铁，实验验证如下：

①向冷却后的黑色固体中加入NaOH溶液，观察到有气体产生。实验结论：黑色固体中含有铝。写出该反应的离子方程式：__________________________________________。

②取少量黑色固体于试管中，加入稀盐酸，固体溶解，有气泡产生。向所得溶液中滴入几滴0.01 mol·L-1 KSCN溶液，溶液不变色。实验结论：黑色固体中不含氧化铁。

你认为实验结论是否合理？____________（选填“合理”或“不合理”）。理由是_____________________

__________________________________________________________________________________________。

【练10】目前世界上60%的镁是从海水提取的，海水提镁的主要流程如下：

请回答下列问题：

（1）生成石灰乳涉及的化学方程式有：_________________________________________________________；

（2）从离子反应的角度思考，在海水中加入石灰乳的作用是__________________，写出在沉淀池发生反应的离子方程式：_____________________________________。

（3）从充分利用海洋化学资源，提高经济效益的角度考虑，生产生石灰的主要原料来源于海洋中的______________；加石灰乳而不加NaOH溶液的原因是______________________________________。

（4）操作A是___________。

（5）加入的足量试剂a是___________（填化学式）。

（6）无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl2，该反应的化学方程式为________________________。从考虑成本和废物循环利用的角度，副产物氯气可以用于_________________。