第27讲　金属矿物和海水资源的开发利用
 
考　点
题　号

金属的冶炼
1、2
、5、7、10

海水的开发利用
3、4、6、8、9、11

一、选择题(本题共7个小题，每题6分，共42分。每个小题只有一个选项符合题意)
1．人类历史上大量生产和使用铝、钛、铁、铜四种金属单质的时间顺序是
(　　)
A．铜、铁、铝、钛  B．铁、铝、铜、钛
C．铜、铁、钛、铝  D．铁、铜、铝、钛
解析　金属越活泼越难冶炼，人们发现和使用越晚，所以人类对金属单质的使用由早到晚的顺序是铜、铁、铝、钛。
答案　A
2．(2012·自贡阶段测试)下列制备金属单质的方法或原理正确的是  (　　)。
A．在高温条件下，用H2还原MgO制备单质Mg
B．在通电条件下，电解熔融Al2O3制备单质Al
C．在通电条件下，电解饱和食盐水制备单质Na[来源:Zxxk.Com]
D．加强热，使CuO在高温条件下分解制备单质Cu
解析　制备单质Mg应该用电解熔融MgCl2的方法；制备单质Na采用电解熔融NaCl的方法；制备单质Cu用热还原法。
答案　B
3．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Cl2
D．利用潮汐发电是将化学能转化为电能
解析　海水中钾元素以离子形式存在，生成钾单质必然发生化学反应，A错；海水蒸发制海盐发生的是物理变化，B错；潮汐发电是将机械能转化为电能，D错。
答案　C
4．右图是模拟氯碱工业生产中检查氯气是否泄漏的装置，下列有关说法错误的是 (　　)。
A．烧瓶中立即出现白烟
B．烧瓶中立即出现红棕色
C．烧瓶中发生的反应表明常温下氨气有还原性
D．烧杯中的溶液是为了吸收有害气体
解析　此题考查化学实验、元素化合物的性质等知识。分析装置图，可知氨气和氯气接触时发生反应：8NH3＋3Cl2===6NH4Cl＋N2，烧瓶中出现白烟，A对；不能出现红棕色气体，B错；该反应中氨气中的氮元素化合价升高，表现还原性，C对；烧杯中的氢氧化钠可以吸收多余的有害气体，D对。
答案　B
5．(2012·南京质检)氧化还原反应广泛应用于金属的冶炼。下列说法不正确的是
(　　)。
A．电解熔融氯化钠制取金属钠的反应中，钠离子被还原，氯离子被氧化
B．湿法炼铜与火法炼铜的反应中，铜元素
都发生还原反应
C．用磁铁矿炼铁的反应中，1 mol Fe3O4被CO还原成Fe，转移9 mol e－
D．铝热法还原铁的反应中，放出的热量能使铁熔化
解析　由2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑可知钠离子得电子被还原，Cl－失电子被氧化，A
项正确；无论是湿法炼铜还是火法(热还原法)炼铜，都是正二价的铜离子得到电子生成铜原子被还原，B项正确；1 mol Fe3O4被还原为Fe，应转移8 mol e－，C项错误；铝热反应放出大量的热，使铁成为液态从而与Al2O3分离，D项正确。故选C。
答案　C
6．海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源。下图是从海水中提取某些原料的流程图。


下列有关说法正确的是   (　　)。
A．第①步中除去粗盐中的SO、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等杂质，加入的药品顺序为Na2CO3溶液―→NaOH溶液―→BaCl2溶液―→过滤后加盐酸
B．工业上通过氯碱工业制取金属钠
C．
从第③步到第⑤步的目的是浓缩、富集溴单质
D．第②步的反应条件是高温加热
解析　分析流程图，除去粗盐中的杂质时，应先加氯化钡溶液再加碳酸钠溶液，以除去过量的钡离子，A错；氯碱工业的产品是氢氧化钠、氯气和氢气，得不到金属钠，B错；溴离子在海水中的浓度较小，必须经过浓缩、富集才有利于得到溴单质，C对；MgCl2·6H2O高温加热时，由于镁离子水解，最终得到的是氧化镁，得不到氯化镁，D错。
答案　C
7．(2013·广元一模)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。工业上冶炼钼的化学原理为：
①2MoS2＋7O22MoO3＋4SO2；[来源:Zxxk.Com]
②MoO3＋2NH3·H2O===(NH4)2MoO4＋H2O；
③(NH4)2MoO4＋2HCl===H2MoO4↓＋2NH4Cl；
④H2MoO4MoO3＋H2O；
⑤用还原剂将MoO3还原成金属钼。
则下列说法正确的是   (　　)。
A．MoS2煅烧产生的尾气可直接排入空气中
B．MoO3是金属氧化物，也是碱性氧化物
C．H2MoO4的酸性比盐酸强
D．利用H2、CO和铝分别还原等量的MoO3，所
消耗还原剂的物质的量之比为3∶3∶2
解析　A项，MoS2煅烧产生的SO2是大气污染物，不能直接排入空气，A不正确；B项，MoO3与氨水反应表现出酸性氧化物的性质，B不正确；C项，H2MoO4可用盐酸制取，酸性比盐酸弱，C不正确；D项还原1 mol MoO3需要6 mol电子，消耗H2、CO、Al的物质的量分别为∶∶＝3∶3∶2，D正确。
答案　D
二、非选择题(本题共4个小题，共58分)
8．(14分)我国有较长的海岸线，浩瀚的海洋是一个巨大的物质资源和能量的宝库。目前，世界各国都在研究如何充分利用海洋资源。全球海水中的溴的储量丰富，约占地球溴总储量的99%，故溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65 mg·L－1。其工业提取法有：
Ⅰ.空气吹出纯碱吸收法。方法是将氯气通入到富含溴离子的海水中，使溴置换出来，再用空气将溴吹出，用纯碱溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到单质溴。该方法涉及的反应有：
①____________________________________(写出离子方程式)；
②3Br2＋3CO===BrO＋5Br－＋3CO2↑；
③_____________________________________(写出离子方程式)。
其中反应②中氧化剂是________，还原剂是________。
Ⅱ.空气吹出SO2吸收法。该方法基本同(Ⅰ)，只是将吹出的溴用SO2溶液来吸收，使溴转化为氢溴酸，然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质溴。
写出溴与二氧化硫反应的化学方程式_______________________ __________________________
_______________________。
Ⅲ.溶剂萃取法。该法是利用单质溴在水中和萃取剂中溶解度的不同的原理来进行的。
实验室中萃取用到的实验仪器名称是_______________________。
下列可以用于海水中溴的萃取的试剂是________(填序号)。
①乙醇　②四氯化碳　③硝酸
解析　Ⅰ、由氯气通入到富含溴离子的海水中，将溴置换出来，可写出Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，结合氧化还原反应的归中规律可知，BrO＋5Br－ ＋ 6H＋===3Br2＋3H2O；Ⅱ、溴与二氧化硫反应和氯气与二氧化硫反应相似；Ⅲ、萃取用到的实验仪器有分液漏斗、烧杯，萃取剂为四氯化碳。
答案　(1) Ⅰ
.Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－　BrO＋5Br－ ＋6H＋===3Br2＋3H2O　Br2　Br2
Ⅱ.Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr
Ⅲ.分液漏斗、烧杯　②
9．(15分)我国濒临海域的省份能够充分利用海水制得多种化工产品。如图是以海水、贝壳(主要成分CaCO3)等为原料制取几种化工产品的工艺流程图，其中E是一种化肥，N是一种常见的金属单质。


结合上述工艺流程回答下列问题。
(1)物质G和L的化学式分别为________和________。固体B是生活中的一种必需品，主要用作________。
(2)上述工艺流程中可以循环使用的物质的化学式为________
。
(3)反应①的化学方程式为________________________________________；
在反应①中必须先通入NH

3，而后通入D，其原因是____________________ ________________________________________________________。
(4)工业上利用F可制得另一种化工产品，该反应的化学方程式为______________________
___________________________________。
(5)由K溶液经如何处理才能制得N？__________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________。
解析　根据题中提示可知C为CaO，D为CO2，固体B是生活中的一种必需品，可由海水曝晒过滤得到，推测B为NaCl。NaCl与NH3、CO2、H2O反应可以得到化肥E和沉淀F，根据侯氏制碱法知识可以推测E为NH4Cl，F为NaHCO3，母液与CaO反应得到可以煅烧的物质H可以推测母液
中参与反应的主要物质为MgCl2，H为Mg(OH)2，G为CaCl2，I为MgO，结合N是一种常见金属单质，推测N为Mg，结合题中第(5)问可以推测K为MgCl2，则M为Cl2，J为盐酸，L为H2。将推测代入流程图中检验，符合题意。
答案　(1)CaCl2　H2　调味剂　(2)CO2
(3)NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl　NH3在水中的溶解度大，先通入NH3，有利于吸收CO2
(4)2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O
(5)将MgCl2溶液在氯化氢气体中进行蒸发结晶制得MgCl2晶体，电解熔融的MgCl2晶体可制取金属镁[来源:学科网]
10．(14分)目前消耗量巨大、有着“高能金属”美誉的锂与镁在性质上有诸多相似之处。工业上通常采用的由β
锂辉矿(LiAlSi2O6和少量钙镁杂质)制备金属锂的工艺流程如下，其中该β锂辉矿经研磨后与硫酸在250～300 ℃反应，生成Li2SO4以及铝硅化合物、MgSO4等。请回答下列问题：


(1)沉淀X的主要成分是(写化学式)_________________________________ _______________________________________。
(2)流程中前后两次使用的Na2CO3溶液浓度不同的原因是________________ _______
_______________________________________________。
(3)20% Li2SO4溶液中加入饱和Na2CO3溶液时的离子方程式为_____________ _______，已知Li2CO3在水中的溶解度随着温度升高而减小。因而在过滤得到Li2CO3时应采取的操作是___________________________________。
(4)将盐酸与Li2CO3完全反应后的溶液加热蒸干得到固体，再将其熔融电解生产锂，但电解时产生的氯气中会混有少量气体________(写化学式)。
(5)氢气是一种清洁能源，但它的制取、存储和运输都很困难。锂是一种重要的储氢材料，一定质量的金属锂完全反应时吸收0.8 g氢气，得到的氢化锂与足量水反应放出的氢气在标准状况下的体积为________。
解析　(1)经水浸泡处理后得到的溶液中含有Li2SO4、MgSO4，加入Ca(OH)2后得到Mg(OH)2沉淀，再加入Na2CO3后又生成CaCO3沉淀，故X的主要成分是CaCO3、Mg(OH)2。(2)第一次使用Na2CO3溶液是为了除去Ca2＋，第二次是为了得到Li2CO3，前者浓度小是防止形成Li2CO3沉淀，后者浓度大则有利于Li＋形成沉淀。(3)因温度高碳酸锂溶解度小，故应趁热过滤。(4)由锂镁性质具有相似性(二者在周期表中处于对角线位置)知，加热蒸干LiCl溶液过程中可能会有部分Li＋水解生成LiOH，受热分解得到Li2O，电解时会生成一定量O2。(5)0.8 g H2为0.4 mol，生成的LiH为0.8 mol，由LiH＋H2O===LiOH＋H2↑知生成的H2为0.8 mol，标准状况下体积为17.92 L。
答案　(1)CaCO3、Mg(OH)2
(2)前者是为了除去Ca2＋，浓度过大会使部分Li＋沉淀，后者是为了得到Li2CO3，浓度大有利于Li2CO3沉淀的生成(其他合理答案均可)
(3)2Li＋＋CO===Li2CO3↓　趁热过滤
(4)O2(其他合理答案均可)　(5)17.92 L
11．(15分)(2013·攀枝花二检)海水资源的利用具有广阔前景。海水中主要离子的含量如表所示。

成分
含量(mg·L－1)
成分[来源:Zxxk.Com]
含量(mg·L－1)

Cl－
18 980
Ca2＋
400

Na＋
10 560
HCO
142

SO
2 560[来源:学&科&网Z&X&X&K]
Br－
64

Mg2＋
1 272



(1)电渗析法淡化海水的示意图如图所示，其中阴(阳)离子交换膜仅允许阴(阳)离子通过。


①阳极的主要电极反应式是_______________________________________。
②在阴极附近产生少量白色沉淀，其成分有________和CaCO3，生成CaCO3的离子方程式是_______________________________________________ ________________________________________________________________。
③淡水的出口为________(填“a”、“b”或“c”)。
(2)利用海水可以提取溴和镁，提取过程如下。


①提取溴的过程中，经过两次Br－→Br2转化的目的是________，吸收塔中发生反应的离子方程式是________。用平衡移动原理解释通空气的目的是_______________________________________________________________。
②从MgCl2溶液中得到MgCl2·6H2O晶体的主要操作是________________、过滤、洗涤、干燥。
③依据上述流程，若将10 m3海水中的溴元素转化为工业溴，至少需要标准状况下Cl2的体积为________L(忽略Cl2的溶解)。
解析　(1)①在阳极是阴离子放电。由于海水中Br－浓度太小，所以主要是Cl－放电。②在阴极是H＋放电，致使溶液中OH－浓度增大，所以Mg2＋转化为Mg(OH)2；OH－还能与HCO反应生成CO，CO与Ca2＋结合生成CaCO3沉淀。(2)②由于得到的是MgCl2·6H2O，所以需要经过加热浓缩、冷却结晶、过滤等步骤，而不能直接将溶液蒸干。③10 m3海水中Br－的质量为104L×64×10－3 g·L－1＝640 g，根据Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2，可知一次转化消耗89.6 L Cl2(标准状况下)，两次需要179.2 L Cl2(标准状况下)。
答案　(1)①2Cl－－2e－===Cl2↑　②Mg(OH)2　Ca2＋＋OH－＋HCO===CaCO3↓＋H2O　③b
(2)①对溴元素进行富集　SO2＋Br2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO　通入空气将溴蒸气带出，使Br2(g)Br2(aq)(或Br2＋H2OHBr＋HBrO)平衡向左移动
②加热浓缩、冷却结晶　③179.2