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第四章 化学与自然资源的开发利用
第一节 开发利用金属矿物和海水资源
1．通过典型实例，比较制取金属单质和非金属单质的反应原理，它们有那些相同点和不同点？
2．完成下列化学方程式，并指出其中的氧化剂和还原剂。
SnO2 + C —— Sn + CO
WO3 + H2 —— W + H2O
PbS + O2 —— PbO + SO2
UF4 + Mg —— U + MgF2
Au(CN)2- + Zn —— Au + Au(CN)42-
3．蓝铜矿的主要成分为2CuCO3·Cu(OH)2 ，当它与焦炭一起加热时，可以生成铜、二氧化碳和水，试写出该反应的化学方程式，并注明其反应类型。
4．镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的。主要步骤如下：
（1）为了使MgSO4转化为Mg(OH)2，试剂①可以选用 ，要使MgSO4完全转化为沉淀，加入试剂①的量应___________；
（2）加入试剂①后，能够分离得到Mg(OH)2沉淀的方法是 ；
（3）试剂②可以选用 ；
（4）无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl2，写出该反应的化学方程式为
。
5．试写出工业上海水提溴、实验室中海带提碘过程中所发生的主要反应的离子方程式。根据上述事实，关于Cl2、Br2、I2、H2O2、SO2五种物质的氧化性相对强弱，你可以明确得出的结论有哪些？推测下列过程的结果，写出有关反应的化学方程式。
（1）将氯气通入溴化钠溶液中；
（2）将溴水加入氟化钠溶液中；
（3）将氯气通入碘化钠溶液中；
（4）将碘加入溴化钠溶液中。
6．工业上以铝土矿（主要成分Al2O3·3H2O）为原料生产铝，主要包括下列过程：
（1）将铝土矿中的氧化铝水合物溶解在氢氧化钠溶液中；
（2）通入二氧化碳使（1）所得溶液中析出氢氧化铝固体；
（3）使氢氧化铝脱水生成氧化铝；
（4）电解熔融氧化铝生成铝。
请写出上述各有关反应的化学方程式，并推测哪一步转化过程消耗的能量最多，为什么？
7．某种磁铁矿样品中，含Fe3O4 76.0%，SiO2 11.0%，其他不含铁的杂质13.0%，计算这种矿样中铁的质量分数。
8．由金属矿物转变为金属，一般要经过采矿、选矿和冶炼等主要阶段。在这些过程中可能会产生噪音、粉尘和烟雾、有害气体、污染的水、固体废料等环境污染问题。请你查阅有关资料，将这三个主要阶段与相应主要污染以及为减轻和消除污染应采取的措施，按下表进行归纳。
阶 段
主要污染
采取的措施和建议
采矿
选矿
冶炼
9．孔雀石的主要成分为CuCO3·Cu(OH)2 。某同学设计从孔雀石中冶炼铜的方案如下：
① 将孔雀石粉碎后加过量的稀硫酸；
② 将反应后的混合物过滤；
③ 向滤液中加入一种金属粉末。
根据上述实验方案，试回答：
（1）第①步反应中可观察到的现象是什么？
（2）第③步加入的金属粉末可以是什么？说明理由；
（3）设计从滤液中获得铜的另外一种方案。
10．以红金石（主要成分TiO2）为原料生产金属钛的步骤主要有：
（1）在高温下，向红金石与焦炭的混合物中通入Cl2，得到TiCl4和一种可燃性气体；
（2）在稀有气体（如氩）氛围和加热的条件下，用镁与TiCl4反应可得到钛。
请写出上述两步反应的化学方程式，并分析反应（2）时稀有气体氛围的作用。
第二节 资源综合利用 环境保护
1．通常用来衡量一个国家石油化学工业发展水平的标志是（ ）
A．石油年产量 B．乙烯的年产量
C．合成纤维的年产量 D．硫酸的年产量
2．下列过程属于物理变化的是（ ）
A．煤的干馏 B．石油分馏 C．石油裂化 D．乙烯聚合
3．石油裂化的目的是（ ）
A．使长链烃分子断裂为短链烃分子 B．除去石油中的杂质
C．使直链烃转化为芳香烃 D．提高汽油的产量和质量
4．酸雨的形成主要是由于（ ）
A．森林遭到乱砍乱伐，破坏了生态环境 B．含硫化石燃料的大量燃烧
C．大气中二氧化碳的含量增大 D．汽车排出大量尾气
5．我国许多城市已经推广使用清洁燃料，如压缩天然气（CNG）类，液化石油气（LPG）类。这两类燃料的主要成分是（ ）
A．醇类 B．一氧化碳 C．氢气 D．烃类
6．甲基丙烯酸甲酯是合成有机玻璃的单体。
旧法合成的反应是：
(CH3)2C=O + HCN (CH3)2C(OH)CN
(CH3)2C(OH)CN + CH3OH + H2SO4 CH2=C(CH3)COOCH3 + NH4HSO4
新法合成的反应是：
CH≡CH + CO + CH3OH CH2=C(CH3)COOCH3
与旧法比，新法的突出优点是（ ）
A．原料无爆炸危险 B．原料都是无毒物质
C．没有副产物，原料利用率高 D．对设备腐蚀性小
7．空气质量已经是政府和公众普遍关注的问题。
（1）目前，环保部门监测和公布的大气污染物主要有________________；
（2）在汽油中加入某种含铅化合物可以提高汽油的抗爆性，但我国已明令禁止生产、销售和使用含铅汽油，其主要原因是_________________；
（3）控制城镇空气污染可以从哪些方面考虑？举例说明可行的措施。
8．氯乙烯（ CH2==CHCl ）、苯乙烯（ ）分别发生反应生成聚氯乙烯
和聚苯乙烯，试写出反应的表达式。
9．以原油为原料生产聚烯烃的几个步骤如下：
（1）请写出含有10个氢原子的烷烃的分子式；
（2）在第①步得到的烃类混合物中，只含有7种不同的物质吗？为什么？请举例说明。
（3）在第③步发生了什么反应？
10．20世纪70年代以来，人们逐渐认识到，如果继续过多地依赖石油作为主要能源，迟早会出现严重的能源危机，因此，必须在节约使用的同时，寻找新的替代能源。请回答下列有关的问题：
（1）以石油为例，请你分析和归纳，作为一种比较好的能源应该具有哪些特点？
（2）如果用煤、天然气、氢能、生物质能、核能、风能等来替代石油作为主要能源，这样做可能面临或可能带来的主要问题分别是什么？你认为应该怎样做会更好些？
（3）煤、石油和天然气等化石燃料是应该作为能源使用，还是应该作为原料加工成医药、化工产品？对这样有争议的问题，你的看法是什么？请查阅有关数据和资料说明你的观点。
复习题
1．为实现消除碘缺乏症的政府目标，卫生部规定食盐必须加碘，其中的碘以碘酸钾（KIO3）形式存在。已知在溶液中IO3－可和I－发生反应：IO3－+5I－+6H+==3I2+3H2O。根据上述反应，可用试纸和一些生活中常见的物质进行实验，证明在食盐中存在IO3－。可供选用的物质有：①自来水；②蓝色石蕊试纸；③碘化钾淀粉试纸；④淀粉；⑤食糖；⑥食醋；⑦白酒。进行上述实验时必须使用的物质是（ ）
A．①③ B．③⑥ C．②④⑥ D．①②④⑤⑦
2．一种甲烷水合物晶体中，平均每46个水分子构成8个分子笼，每个分子笼可容纳1个甲烷分子或水分子，若这8个分子笼中有6个容纳的是甲烷分子，另外2个被水分子填充，这种可燃冰的平均组成可表示为____________。
3．一氧化氮是大气污染物之一。目前，有一种治理方法是：在400℃左右、有催化剂存在的情况下，使氨跟一氧化氮反应生成无污染的氮气和水。请写出该反应的化学方程式。
4．铅丹（Pb3O4）可作为防锈用涂料，呈红褐色。
（1）铅丹可用PbO在空气中加热制备，请写出有关反应的化学方程式；
（2）铅丹曾用于铁制品防锈，请举例说明铁制品防锈的其他两种方法；
（3）铅丹加强热可以分解为PbO2和O2，你怎样证明产物中有氧气生成，如何检验反应是否完成？
（4）铅丹与浓盐酸反应生成PbCl2、Cl2和H2O，请写出反应的化学方程式，说明如何检验反应中有氯气生成？
5．汽油是常见的车用燃料，如果将它作为化工原料开发利用，则其用途更加广泛。
（1）每升汽油燃烧时能产生约3.5×104 kJ的能量，汽缸只能将其中的部分能量转化为有用功，损耗的能量主要转化成了什么？
（2）由汽油裂解得到的乙烯、丙烯是重要的化工原料，请写出下列转化反应的化学方程式，并注明其反应类型：
① 乙烯 → 1，2-二氯乙烷；
② 丙烯 → 聚丙烯。
（3）乙烯、丙烯既可以分别发生反应形成聚合物，也可以按一定比例相互反应形成聚合物，请写出这三种聚合物的结构式；
（4）举例说明上述产品的一些用途。
6．沼气在我国一些农村有广泛的应用。
在一定温度、湿度、pH条件下，秸秆、杂草、人畜粪便等在沼气池经隔绝空气发酵产生沼气。沼气是一种混合气体，其中CH4含量约为55% ~ 70%，CO2含量约为45% ~ 30%。沼气池中主要发生下列一些变化（过程不以编号为序）：
（1）沼气细菌将一些有机酸变为甲烷；
（2）动、植物废弃物中含有纤维素、蛋白质和脂肪，细菌将它们变成可溶性化合物；
（3）成酸菌将这些可溶性化合物转变为有机酸；
（4）发酵池中产生的液体是很好的肥料；
（5）发酵池中还产生CO2、H2S等气体。
根据以上描述，将画线部分的物质填入下面图示中的合适位置。
7．煤的干馏实验如图所示：
（1）指出煤干馏后得到的固体、液体和气体分别主要含有什么物质？
（2）煤焦油经过分馏可以得到萘（ ），请写出萘的相对分子质量及完全燃烧后的产物。
（3）如何证明所得水层中含有氨？若用硫酸回收氨，计算得到的这种化肥中氮的含量；
（4）煤干馏会产生H2S等有害气体，请设计一种方案以使H2S转化为硫磺，从而化害为利。
*8．通过下列方法可以测定金属锡样品的纯度：
（1）将试样溶于盐酸中，发生的反应为：Sn + 2HCl == SnCl2 + H2↑
（2）加入过量的FeCl3溶液，发生的反应为：SnCl2 + 2FeCl3 == SnCl4 + 2FeCl2
（3）用已知浓度的K2Cr2O7溶液滴定生成的Fe2+，发生的反应为：
6FeCl2 + K2Cr2O7 + 14HCl == 6FeCl3 + 2KCl + 2CrCl3 + 7H2O
现有金属锡样品0.613 g，经上述各步反应后，共用去0.100 mol/L K2Cr2O7溶液16.0 mL。求试样中锡的质量分数（假定杂质不参加反应）。
*9．卤块的主要成分是MgCl2，此外还含Fe3+、Fe2+、Mn2+等离子。若以它为原料按下图所示工艺流程进行生产，可制得轻质氧化镁。
如果要求产品尽量不含杂质离子，而且成本较低。请根据表1和表2提供的资料，填写空白：
表1 生成氢氧化物沉淀的pH
物 质
开始沉淀
沉淀完全
Fe(OH)3
2.7
3.7
Fe(OH)2
7.6
9.6*
Mn(OH)2
8.3
9.8
Mg(OH)2
9.6
11.1
*Fe2+氢氧化物呈絮状，不易从溶液中除去，所以常将它氧化成为Fe3+，生成沉淀Fe(OH)3而除去。
表2 原料价格表
物质
价格/元·吨-1
漂液（含25.2% NaClO）
450
双氧水（含30% H2O2）
2400
烧碱（含98% NaOH）
2100
纯碱（含99.5% Na2CO3）
600
（1）在步骤②中加入的物质X，最佳选择应是 ，其作用是 ；
（2）在步骤③中加入的试剂应是 ；之所以要控制pH=9.8，其目的是 ；
（3）在步骤④中加入的试剂Z应是 ；
（3）在步骤⑤中发生的反应是 。
10．腈纶织物广泛地用作衣服、床上用品等。腈纶是由CH2＝CH—CN聚合而成的，CH2＝CH—CN可以由下列反应制得：
2CH3—CH＝CH2 + 2NH3 + 3O2 → 2CH2＝CH—CN + 6H2O
丙烯可以由石脑油裂解制得：C10H22 → 2C3H6 + X
（1）写出上述反应式中X的名称和结构简式；
（2）合成高分子化合物（如腈纶等）部分地取代了棉、麻等天然材料，为什么前者作为废弃物易产生环境污染，而后者却不会？
（3）生物质含有葡萄糖、淀粉和纤维素等糖类，也称碳水化合物，绿色植物将二氧化碳和水变成碳水化合物的过程称为什么？写出由二氧化碳、水变成葡萄糖的化学方程式。

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