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第09练 化学与可持续发展
1.金属矿物的开发利用
(1)金属在自然界中的存在形态
大多数以化合态存在，极少数以游离态存在。
(2)金属冶炼的原理
金属的冶炼是利用氧化还原反应原理，在一定条件下，使金属离子得到电子被还原成金属原子，从而获得金属单质。即：Mn+＋ne-=M。
(3)铝热反应
概念 铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应
原理 Al作还原剂，金属氧化物作氧化剂，用铝将金属氧化物中的金属置换出来
铝热剂 铝粉和和某些金属氧化物(Fe3O4、V2O5、Cr2O3等)组成的混合物
反应特点 反应迅速且放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离
应用 冶炼难熔的相对较不活泼的金属金属(如V、Cr、Mn等)；焊接钢轨
(4)金属的冶炼方法
①金属冶炼方法的选择与金属活泼性的关系
金属活泼性顺序 K、Ca、Na、Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu Hg、Ag Pt、Au
金属原子失电子能力 强→弱
金属离子得电子能力 弱→强
主要冶炼方法 电解法 热还原法 热分解法 富集法
还原剂或针对措施 直流电强制提供电子 H2、CO、C、Al等还原剂加热(高温) 加热 物理富集或化学方法
②其他方法
湿法炼铜：Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu
火法炼铜：Cu2S＋O22Cu＋SO2
(5)金属矿物资源的开发和利用
原因 地球上金属矿物资源有限 措施 提高金属矿物的利用率
金属冶炼消耗很多能量 使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量
金属冶炼造成环境污染 加强金属资源的回收和再利用
2.海水资源的开发利用
(1)海水淡化三种方法的原理
方法 原理
蒸馏法 将海水加热至沸腾汽化，然后将蒸气冷凝而得到蒸馏水
电渗析法 在外加直流电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到除盐的目的
离子交换法 用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂除去海水中的阴、阳离子，得到去离子水
(2)海水化学资源的开发利用
①从海水中提取溴
i．基本操作
富集 海水晒盐和海水淡化过程中，使Br-的浓度增大
氧化 处理后的海水先酸化，再通Cl2，将Br-氧化为Br2：Cl2＋2Br-=Br2＋2Cl-
浓缩 利用溴的挥发性，通热空气或水蒸气，吹出的溴蒸气用SO2吸收：Br2＋SO2＋2H2O=H2SO4＋2HBr；再通Cl2，将Br-氧化为Br2：Cl2＋2Br-=Br2＋2Cl-(溴的富集)
蒸馏 用水蒸气将溴蒸出并冷凝得液溴
ii．工艺流程
②从海水中提取镁
i．工艺流程
ii．反应原理
MgCl2＋Ca(OH)2=Mg(OH)2↓＋CaCl2
Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2O
MgCl2·6H2OMgCl2＋6H2O↑
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
③食盐在工业生产中的应用
反应的化学方程式
氯碱工业 2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
制钠和氯气 2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
制盐酸 H2＋Cl22HCl
制漂白液 Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O
制漂白粉 2Cl2＋2Ca(OH)2=CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O
制纯碱 NaCl＋CO2＋H2O＋NH3=NaHCO3↓＋NH4Cl2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O
④新能源的开发
i 从海水中提取铀和重水，铀和重水是核能开发的重要原料
ii 潮汐能、波浪能新型能源的开发
iii 开发海洋药物
3.煤、石油和天然气的综合利用
(1)煤
①组成
物质组成 有机物和少量无机物组成的复杂混合物
元素组成 主要含有C，含少量H、O、N、S
②综合利用
干馏 概念 把煤隔绝空气加强热使之分解的过程(工业上也叫煤的焦化)
主产品 焦炭、煤焦油、粗氨水、粗苯、焦炉气(H2、CH4、CO)
气化 概念 把煤转化为CO和H2的过程
主反应 C+H2O(g)CO+H2
液化 直接液化 煤+H2→液体燃料
间接液化 煤CO和H2甲醇
(2)石油
①成分
由多种烃组成的混合物
②综合利用
分馏 原理 根据石油中各种烃的沸点不同进行分离
目的 获得汽油、煤油、柴油等碳原子少的轻质油
裂化 原理 将含原子较多、沸点较高的烃断裂为含碳原子较少、沸点较低的烃
目的 提高轻质液体燃料的产量，特别是汽油的产量
裂解 原理 是深度裂化，即在更高温度下将轻质油转化为碳原子更少的气态烃
目的 获得乙烯、丙烯、甲烷等化工原料
重整 原理 在加热和催化剂存在下，通过结构的重新调整，使链烃转化为环烃
目的 获得苯、甲苯、二甲苯等轻芳烃
(3)天然气
成分 主要成分为甲烷
应用 日常生活 用途燃料
化工生产 合成氨、生产甲醇
4.化学与环境保护
(1)环境问题
主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。根治污染的最有效途径是控制污染源。
(2)环境保护
环境监测 对污染物的存在形态、含量等进行分析和测定，为控制和消除污染提供可靠的数据
治理“三废” “三废”主要指废气、废水和废渣
(3)环境治理
环境问题 污染物 治理办法
酸雨 SO2(主要)和NO2 开发清洁能源；倡导清洁生产
光化学烟雾 汽车尾气(碳氢化合物、氮氧化合物) 控制运行的汽车数量，保持道路通畅；使用清洁能源等
臭氧层空洞 氟氯烃及NOx 减少并逐步禁止氟氯烃等消耗臭氧层的物质的排放；积极研制新型的制冷系统
水体富营养化 生活污水、工业废水等排放大量含氮、磷的物质 控制污水排放量；实施污水处理达标后排放；使用无磷洗涤用品
废旧电池污染 废旧电池中的汞、镉、铅等重金属离子 回收利用；积极研制新型电池
温室效应 CO2，另外甲烷等气体也能加剧温室效应 使用清洁能源；提高能源利用率；进行清洁生产；植树造林；绿化环境
白色污染 废弃的塑料制品 回收利用；使用可降解的塑料制品
(4)大气污染物来源及及次生污染物的形成
(5)污水的处理
常用的处理方法 物理法法、化学法、生物法
溶解水中的污染物常用化学法 中和法、氧化还原法、沉淀法
污水处理流程(根据水质状况和处理后水的去向确定污水处理程度) 一级处理 物理方法——用格栅间、沉淀池除污水中的的不溶物
二级处理 生物方法及某些化学方法——除污水中的可降解有机物
三级处理 化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法和反渗透法，对污水深度处理和净化
(6)工业废渣和生活垃圾的处理
处理原则 无害化、减量化、资源化
目的 减少环境污染和资源回收利用
5.绿色化学
(1)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，即防治优于治理。
(2)原子经济
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
原子利用率 即期望产物的总质量与生成物的总质量之比
(3)绿色化学对化学反应的要求
1．工业冶炼下列金属，采用的冶炼方法对应错误的是
A．Na—电解法 B．Fe—热还原法 C．Cu—热还原法 D．Cu—热分解法
2．空气吹出法是工业规模海水提溴的常用方法，流程如下：
下列说法不正确的是
A．步骤①发生的主要反应为：Cl2+2Br-=Br2+2Cl-
B．步骤②③的目的是富集溴元素
C．物质X为HBrO
D．空气吹出法用到了溴易挥发的性质
3．下列不符合环境保护和绿色化学理念的是
A．禁止使用含铅汽油作为汽车燃料
B．用银作催化剂，乙烯和氧气反应制取环氧乙烷，原子利用率100%
C．制CuSO4时先将Cu氧化成CuO后再与稀硫酸反应
D．用铜和浓硝酸反应制取Cu(NO3)2
4．煤的干馏、气化和液化是实现煤的综合利用的主要途径，主要产物及转化关系如下：
(1)途径I是煤的 ，属于 变化(填“物理”或“化学")。
(2)途径II用化学方程式可表示为 。
(3)煤直接燃烧会产生二氧化硫，下图表示“双碱法”烟气脱硫过程：
①方框内的物质是 ，可循环利用的物质是 (填化学式)。
②从物质类别视角看，SO2属于酸性氧化物，上述流程中能体现该性质的离子方程式为 。
③上述流程的优点是 (写出一点即可)。
5．根据流程回答问题：
Ⅰ.从海带(含KI)中提取碘， 某研究性学习小组设计了以下流程：
(1)步骤①中灼烧海带是在 ( 填仪器名称)中进行。
(2)步骤③、⑤的实验操作分别为 、 。
(3)反应④的离子方程式为 。
Ⅱ.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，Al2O3的含量为a%，其中含有Fe2O3 杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如下(所加试剂均过量)：
(4)试剂b是 (填化学式)。
(5)反应①的离子方程式为 。
(6)过程④的化学方程式为 。
(7)工业上生产1 t Al，在生产过程中Al的损失率为b%，理论上需投入铝土矿 (列出计算表达式即可)。
6．海洋是巨大的化学资源宝库，如图是从海水中提取溴的流程图(部分)。据图回答下列问题。
(1)写出一种工业上海水淡化的方法： 。
(2)过程1发生反应的离子方程式是 。该反应可证明氧化性： (填“>”、“＜”或者“=”)，从原子结构角度解释原因 。
(3)过程2中发生反应生成两种强酸，写出该反应的化学方程式： 。
(4)上述过程2中将转化成的目的是 。
(5)若过程2用溶液吸收溴，补全方程式： 。
3＋_______＋_______=_______＋_______＋_______
若反应中转移电子的物质的量为5mol，则被还原的溴单质的质量为： 。
7．从淡化海水中提取溴的流程如图所示，下列说法错误的是
A．X可为或
B．设备Y为蒸馏塔
C．流程中经历2次，转化的目的是：富集溴元素
D．流程中可循环利用的物质为氯气
8．镁及其合金是用途很广的金属材料。大量的镁是从海水中提取的，其中的主要步骤如图：
下列说法不正确的是
A．为了节省原料，海水可选用提取粗食盐后的母液
B．为了使转化为，工业上试剂①主要选用
C．加入试剂①后，可用过滤得到沉淀
D．镁与铝等金属按一定比例制成的合金，由于其密度小、强度大，可用于制造飞机
9．“绿色化学”是化学工业发展的方向，它旨在利用化学原理和技术手段，从源头上减少或消除污染。其核心在于提高原子利用率(期望产物的总质量与生成物的总质量之比)，以下关于物质的冶炼方法正确，且原子利用率最高的一项是
A．2MgO(熔融)2Mg +O2↑ B．SiO2+CO Si+CO2
C．WO3+3H2 W+3H2O D．2Ag2O4Ag+O2↑
10．2020年9月我国提出了“碳达峰，碳中和”战略，目标旨在倡导低碳生活方式，降低碳排放。科研人员提出了由和转化为的催化反应历程。该催化反应历程示意图如下。下列说法错误的是
A．①→②放出能量并形成了键 B．过程中，有键发生断裂
C．使用催化剂一定能加快反应速率 D．生成总反应的原子利用率为100%
11．碳氮硫共脱除工艺可以协同除去工业废水中的、和，流程如图所示。下列说法错误的是
A．过程中氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1
B．过程中发生反应的离子方程式为
C．过程中每生成，转移电子的物质的量为
D．转化为的总反应为
12．为探究溶液对氮氧化物的处理效果，进行如下实验：
已知：具有强氧化性，且氧化性随着溶液的酸性增强而增强。和反应的化学方程式为：。对氮氧化物具有强吸收效果。
(1)“制气”阶段生成和。“制气”反应的化学方程式为 。
(2)可以将氧化为，并进一步氧化为，则被还原为。吸收时，溶液从吸收器顶部喷淋，氮氧化物从吸收器底部通入(如图所示)。
①和反应的离子方程式为 。
②吸收器内装填碎瓷片填料的目的是 (填字母)。
A．增大氮氧化物的吸收速率 B．防止氮氧化物气体外逸
(3)通过加入盐酸或调节溶液的，测得不同的溶液对吸收率的影响如图所示。
①当小于7时，吸收率随增大而减小的原因是 。
②当大于7时，吸收率随增大而增大的原因是 。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】A．钠是活泼金属，工业上冶炼金属钠常用电解熔融状态氯化钠的方法，故A正确；
B．铁是较活泼金属，工业上冶炼金属铁常用热还原法，故B正确；
C．铜是不活泼金属，工业上冶炼金属铜常用热还原法，故C正确；
D．铜是不活泼金属，工业上冶炼金属铜常用热还原法，不能用热分解法，故D错误；
故选D。
2．C
【分析】由流程可知，浓缩海水与氯气发生Cl2+2Br-=Br2+2Cl-，溴易挥发，利用热空气和水蒸气吹出后，溴与二氧化硫发生氧化还原反应生成硫酸和HBr，然后氯气与HBr反应生成溴；
【详解】A．步骤①发生的主要反应为：Cl2+2Br-=Br2+2Cl-，生成粗产品溴，选项A正确；
B．海水中溴离子浓度较低，由上述分析可知，步骤②③的目的是富集溴元素，选项B正确；
C．物质X含硫酸和HBr，选项C错误；
D．溴易挥发，可空气吹出，选项D正确；
答案选C。
3．D
【详解】A．禁止使用含铅汽油作为汽车燃料，能够减少有毒气体的排放，有利于环境保护，符合绿色化学的理念，A项不符合题意；
B．采用银作催化剂，乙烯和氧气制取环氧乙烷，原子利用率100%，符合绿色化学的理念，B项不符合题意；
C．制CuSO4时先将Cu氧化成CuO后再与稀硫酸反应，不会产生有毒气体，消耗的硫酸的量少，符合绿色化学观念，C项不符合题意；
D．用铜和浓硝酸反应制取Cu(NO3)2，反应过程中除了生成硝酸铜外还生成二氧化氮有毒气体，不符合绿色化学理念，D项符合题意；
答案选D。
4．(1) 干馏 化学
(2)
(3) NaOH 污染物零排放等
【分析】煤经过干馏得到出炉煤气、煤焦油和焦炭，煤与水蒸气在高温条件下反应生成可燃性气体，煤经过直接液化得到液体燃料，间接液化得到水煤气。
【详解】（1）由分析可知，途径I是煤的干馏，干馏是将煤隔绝空气加强热使其分解，属于化学变化。
（2）途径II为煤与水蒸气在高温条件下反应生成CO和H2，反应的化学方程式为：。
（3）二氧化硫与氢氧化钠溶液反应生成亚硫酸钠和水，亚硫酸钠与氢氧化钙反应生成亚硫酸钙和氢氧化钠，亚硫酸钙经过一系列处理得到石膏。
①由分析可知，亚硫酸钠与氢氧化钙反应生成亚硫酸钙和氢氧化钠，因此方框内的物质是，可循环利用的物质是NaOH。
②酸性氧化物能与碱反应生成盐和水，因此上述流程中能体现二氧化硫是酸性氧化物的离子方程式为：。
③由分析可知，过程中不产生污染性物质，因此上述流程的优点是：污染物零排放。
5．(1)坩埚
(2) 过滤 萃取
(3)H2O2+2I-+2H+=2H2O+I2
(4)CO2
(5)Al2O3+2OH- =2AlO+H2O
(6)2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑
(7)
【分析】海带在坩埚中灼烧后得到海带灰，加水浸泡得到海带灰悬浊液，过滤后得到含有碘离子的溶液，加入过氧化氢和稀硫酸氧化生成碘单质得到含碘水溶液，加入苯进行萃取得到含碘苯溶液，再蒸馏得到碘单质。
铝土矿中含有氧化铁杂质，加入氢氧化钠溶液，氧化铝溶解，氧化铁不溶解，向含偏铝酸钠的溶液通入过量的二氧化碳，得到氢氧化铝，氢氧化铝受热分解生成氧化铝，电解熔融氧化铝得到金属铝。
【详解】（1）灼烧固体要在坩埚中进行。
（2）由分析可知，步骤③为过滤，步骤⑤为萃取，步骤⑥为蒸馏。
（3）反应④是过氧化氢在酸性条件下氧化碘离子生成碘单质，离子方程式为：H2O2+2I-+2H+=2H2O+I2。
（4）由分析可知，试剂b为CO2。
（5）反应①为氧化铝和氢氧化钠溶液反应，反应的离子方程式为：Al2O3+2OH-=2AlO+H2O。
（6）反应④为电解熔融氧化铝生成铝和氧气，反应的化学方程式为：2Al2O3(熔融)4Al+3O2↑。
（7）根据铝原子守恒，2Al~ Al2O3，Al2O3的含量为a%，工业上生产1t Al，在生产过程中Al的损失率为b %，理论上需投入铝土矿xt,有=，解得：x=。
6．(1)蒸馏法、电渗析法、离子交换法(任写一种即可)
(2) > 同主族元素最外层电子数相同，电子层数增加，原子半径增大，原子得电子能力减弱，所以单质氧化性减弱
(3)
(4)富集溴元素
(5) 400g
【分析】含溴离子的低浓度的海水浓缩，用氯气将浓缩海水氧化生成溴单质，得到的溴单质和二氧化硫反应生成氢溴酸和硫酸，氢溴酸被氯气氧化成溴单质，再用蒸馏法将溴单质蒸出，冷却后得到较纯的溴，
【详解】（1）工业上海水淡化的方法：蒸馏法、电渗析法、离子交换法；
（2）过程1发生反应是氯气将溴离子还原为溴单质，其离子方程式是Cl2+2Br-=2Cl-+Br2，根据氧化剂的氧化性大于氧化产物氧化性得到该反应氧化性：Cl2＞Br2，从原子结构角度解释原因Cl、Br最外层电子数相同，电子层数Cl＜Br，原子半径Cl＜Br，原子核对最外层电子的吸引力Cl＞Br，得电子能力Cl＞Br，非金属性Cl＞Br，氧化性Cl2＞Br2，故答案为：Cl2+2Br-=Br2+2Cl-；＞；同主族元素最外层电子数相同，电子层数增加，原子半径增大，原子得电子能力减弱，所以单质氧化性减弱；
（3）过程2主要是溴单质和二氧化硫反应生成氢溴酸和硫酸，因此过程2中发生反应的化学方程式为：Br2+SO2+2H2O=H2SO4+2HBr，故答案为：Br2+SO2+2H2O=H2SO4+2HBr；
（4）过程2和3将得到的溴被二氧化硫还原，在被氯气氧化，其目的是富集溴，故答案为：富集溴元素；
（5）若过程2用Na2CO3溶液吸收溴，主要反应是Br2+Na2CO3+H2O→NaBr+NaBrO3+NaHCO3，溴元素化合价0价变化为-1价和+5价，吸收3mol溴单质，电子转移5mol，电子守恒和原子守恒写出化学方程式为：3Br2+6Na2CO3+3H2O=5NaBr+NaBrO3+6NaHCO3，转移电子的物质的量为5mol，被还原的溴单质为mol，质量为：m=nM=mol×160g/mol=400g，故答案为：3Br2+6Na2CO3+3H2O=5NaBr+NaBrO3+6NaHCO3；400g。
7．D
【分析】淡化海水中通入氯气把Br-氧化为Br2，鼓入热空气使溴挥发出来，用二氧化硫、水吸收溴蒸气，生成硫酸和氢溴酸，再通入氯气把Br-氧化为Br2，鼓入水蒸气使溴挥发出来，冷凝得到液溴。
【详解】A．或都具有还原性，能把Br2还原为Br-，所以X可为或，故A正确；
B．设备Y中通入氯气把Br-氧化为Br2，鼓入水蒸气使溴挥发出来，Y为蒸馏塔，故B正确；
C．流程中经历2次，转化的目的是：富集溴元素，故C正确；
D．流程中没有生成氯气，氯气不能循环利用，故D错误；
选D。
8．B
【分析】海水中加入生石灰或石灰乳会生成氢氧化镁沉淀和滤液，向氢氧化镁沉淀中加入盐酸生成氯化镁溶液，氯化镁溶液在HCl氛围中加热蒸发、冷却结晶得到无水氯化镁，再电解熔融的氯化镁可得到镁单质与氯气，据此分析解答。
【详解】A．海水提取粗食盐后的母液中含有镁离子，可作为提取镁的原料，A正确；
B．工业上使Mg2+沉淀，应选用廉价的石灰乳，可利用海边大量存在的贝壳煅烧成石灰制得，B错误；
C．由图可知加入试剂①后，可得到沉淀，故可用过滤的方法得到沉淀，C正确；
D．合金的密度一般比成分金属小，机械强度更强，故镁与铝合金密度小、强度大，可用于制造飞机，D正确；
故选B。
9．D
【详解】A.工业上电解熔融氯化镁冶炼金属镁，冶炼方法错误；
B.工业上用焦炭和二氧化硅反应冶炼粗硅，SiO2+2C Si+2CO，冶炼方程式错误；
C.高温条件下可以用氢气还原WO3冶炼金属钨，WO3+3H2 W+3H2O，原子利用率为十分之一；
D.高温条件下，氧化银分解为银和氧气，2Ag2O4Ag+O2↑，原子利用率为三分之二；
综上所述，冶炼方法正确且原子利用率最高的是D；
答案选D。
10．C
【详解】A．根据图示，①的能量大于②，①→②放出能量并形成了键，故A正确；
B．根据图示，CH4选择性活化过程中，CH4中有有键发生断裂，故B正确；
C．催化剂能改变反应速率，但使用催化剂不一定加快反应速率，故C错误；
D．反应方程式为，所以生成总反应的原子利用率为100%，故D正确；
选C。
11．CD
【详解】A．由图示可知，r1过程中发生反应S2-+NO+2H+=S↓+NO+H2O，氧化剂为NO，还原剂为S2-，故氧化剂与还原剂物质的量之比为1∶1，A正确；
B．由图示可知，过程中发生反应的离子方程式为，B正确；
C．由图示可知，过程中发生反应的离子方程式为8NO+3CH3COO-+11H+=4N2↑+6CO2↑+10H2O，每生成，转移电子的物质的量为4mol，故C错误；
D．转化为的总反应为，故D错误；
故选CD。
12．(1)
(2) A
(3) ClO2的氧化性随pH增大而减弱，氧化氮氧化物的能力下降 随着pH增大，ClO2转化为NaClO2和NaClO3的程度增大，NaClO2浓度增大，由于NaClO2对氮氧化物具有强吸收能力，导致吸收液对氮氧化物的吸收效率增高
【详解】（1）根据图示可以发现反应物有NaNO2和浓硫酸，所以方程式为：；
（2）①和反应属于氧化还原反应，根据氧化还原的原理可以其方程式为：；
②装填碎瓷片填料，随着吸收器内填料高度增加，这样反应物的接触时间变长，增大了氮氧化物的吸收速率，转化率就会变大，故答案选A；
（3）根据图示，的氧化性不同，存在形式也不同，是因为发生氧化还原而被吸收的，所以：
①当pH＜7时，ClO2的氧化性随pH增大而减弱，氧化氮氧化物的能力下降；
②当pH＞7时，随着pH增大，ClO2转化为NaClO2和NaClO3的程度增大，NaClO2浓度增大，由于NaClO2对氮氧化物具有强吸收能力，导致吸收液对氮氧化物的吸收效率增高。
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