資源簡(jiǎn)介

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第八章 化學(xué)與自然資源的開(kāi)發(fā)利用
第一節(jié) 自然資源的開(kāi)發(fā)利用
土地與土壤資源
礦產(chǎn)資源
生物資源
水資源
能源資源
環(huán)境資源
可再生資源
不可再生資源
自然資源
能否再生
金屬礦產(chǎn)和非金屬礦產(chǎn)(煤、石油、
天然氣、土壤等)
植物、微生物、可降解塑料袋、水資源、地?zé)豳Y源
經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展
資源可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展
法國(guó)皇帝拿破侖三世是一個(gè)奢靡的人，同時(shí)也喜歡炫耀自己。他常常大擺宴席，宴請(qǐng)?zhí)煜沦e客。每次宴會(huì)，餐桌上的用具幾乎全是用銀制成的，唯有他自己用的那一個(gè)碗?yún)s是鋁制品。
為什么貴為法國(guó)皇帝，卻不用高貴而亮麗的銀碗，而用色澤要暗得多的鋁碗呢
《拿破侖的鋁碗》
《拿破侖的鋁碗》
原來(lái)，在兩百多年前的拿破侖時(shí)代，冶煉和使用金銀的歷史已經(jīng)很久，宮廷中的銀器比比皆是，而冶煉鋁的技術(shù)還非常落后，煉鋁十分困難。所以，當(dāng)時(shí)鋁是非常稀罕的東西，不要說(shuō)平民百姓用不起，就是大臣貴族也用不起。
拿破侖用鋁碗，就是為了顯示自己的高貴。
金礦
Au
鉑礦
Pt
一、金屬的存在
大多數(shù)金屬是以化合態(tài)存在
少數(shù)不活潑金屬以游離態(tài)存在
鋁礦Al2O3
赤鐵礦Fe2O3
二、金屬的冶煉方法
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
約200年前
約3000年前
約5000年前
思考：鋁是地殼中含量最高的金屬元素，為什么人類對(duì)鋁的使用比鐵、銅晚得多？
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
電解法
熱還原法
熱分解法
物理方法
1、物理方法
《浪淘沙》
-劉禹錫
日照澄洲江霧開(kāi)，濤金女伴滿江隈。
美人首飾侯王印，盡是沙中海底來(lái)。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
原理:
金的密度比沙大,在淘去粗沙后,
用水銀滾動(dòng)吸附金,
水銀是已知唯一可以粘附金的物質(zhì).
適用于極不活潑的金屬
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
古代煉丹術(shù)士葛洪的《抱樸子》中“丹砂燒之成水銀”
2、熱分解法
2HgO === 2Hg + O2 ↑
2Ag2O === 4Ag + O2 ↑
HgS ===2Hg + S
對(duì)一些不活潑金屬
3、熱還原法
常用的還原劑有：CO、H2、C(焦炭)、活潑金屬
Fe2O3+3CO === 2Fe + 3CO2
高溫
CuO+H2 === Cu + H2O
高溫
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
爐火照天地，紅星亂紫煙
Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3
高溫
大部分金屬的冶煉都是通過(guò)在高溫下發(fā)生的
氧化還原反應(yīng)完成的。
鋁熱反應(yīng)
Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3
高溫
1、鋁熱法：用金屬鋁做還原劑冶煉活潑性不如鋁且“高熔點(diǎn)”的金屬(Fe、V、Cr、Mn等)
2、原理：
活潑金屬置換不活潑金屬
【思考與交流】
1、鋁熱反應(yīng)需要高溫條件，是否還需要持續(xù)加熱？
2、實(shí)驗(yàn)中，鎂條、氯酸鉀的作用是什么
3、蒸發(fā)皿中鋪少量細(xì)沙的作用是什么？
現(xiàn)象：鎂條劇烈燃燒，放出大量的熱，發(fā)出耀眼的白光，
紙漏斗內(nèi)劇烈反應(yīng)，紙漏斗被燒穿，有熔融物落入沙中
Fe2O3+2Al === 2Fe + Al2O3
高溫
鋁熱劑
防止蒸發(fā)皿炸裂，防止熔融的液體濺出傷人
鎂條引燃劑
氯酸鉀助燃劑
不需要
鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用：
①焊接鋼軌；
②定向爆破；
③冶煉熔點(diǎn)高的金屬（如鎢、釩、鉻、錳等）
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
4、電解法
MgCl2 (熔融) Mg ＋ Cl2 ↑
電解
2NaCl (熔融) 2Na＋Cl2 ↑
電解
2Al2O3 (熔融) 4Al ＋ 3O2 ↑
電解
冰晶石
冰晶石的作用是降低Al2O3的熔化溫度
注意：①“熔融” 而不是水溶液。
②必須是離子化合物，共價(jià)化合物熔融不導(dǎo)電。
非常活潑的金屬
【思考】制鉀、鈉、鎂時(shí)，為何電解熔融的KCl、NaCl、MgCl2而不電解熔融的K2O、 Na2O、 MgO？
K2O、Na2O、MgO的熔點(diǎn)高，熔融時(shí)消耗大量熱能，增加生產(chǎn)成本
【思考】制鋁時(shí)，電解熔融Al2O3而不電解熔融AlCl3？
氯化鋁是共價(jià)化合物，熔融態(tài)氯化鋁不導(dǎo)電
【思考】能否電解飽和的氯化鈉溶液來(lái)制取鈉？
不能 2NaCl+2H2O == 2NaOH+H2↑+Cl2↑
電解
合理開(kāi)發(fā)和利用金屬資源的有效途徑
1、提高金屬礦物的利用率
2、開(kāi)發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法
3、防止金屬的腐蝕
4、加強(qiáng)廢舊金屬的回收和再利用
5、使用其他材料代替金屬材料
(1)在自然界中金屬元素都以化合態(tài)的形式存在(　　)
(2)利用化合物冶煉金屬時(shí)，金屬元素一定發(fā)生還原反應(yīng)(　　)
×
(3)越活潑的金屬元素，人類利用的越晚(　　)
(4)熱還原法冶煉金屬時(shí)，可以用H2將Mg還原出來(lái)(　　)
√
√
×
(5)鋁熱反應(yīng)的本質(zhì)是用鋁將比鋁活潑性弱的金屬?gòu)钠浠衔镏兄脫Q出來(lái)(　　)
(6)可以通過(guò)電解飽和食鹽水的方法獲取金屬鈉(　　)
(7)可以通過(guò)電解熔融的MgO和AlCl3來(lái)制備金屬M(fèi)g、Al(　　)
√
×
×
一、金屬元素在自然界中的存在形式
二、金屬的冶煉原理及步驟
三、金屬的冶煉方法
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
電解法
熱還原法
熱分解法
物理方法
金屬活動(dòng)性逐漸減弱
鋁熱反應(yīng)
鋁＋某些金屬氧化物 　 金屬＋Al2O3　
高溫
四、合理開(kāi)發(fā)和利用金屬礦物資源
現(xiàn)象
“熱”
二、海水資源的開(kāi)發(fā)利用
海水資源
水資源
化學(xué)資源
礦產(chǎn)資源
生物資源
能源
空間資源
海水資源的特點(diǎn)：
分散性
廣闊性
多樣性
海水中的水資源利用
(1)蒸餾法
(2)離子交換法
(3)電滲析法
最先使用，技術(shù)成熟，但成本高
成本低，但未能大量生產(chǎn)
目前正迅速發(fā)展，需要不斷更新離子交換樹(shù)脂
觀察課本P100海水的綜合利用示意圖.了解海水的綜合利用
海水水資源的利用
海水化學(xué)資源的開(kāi)發(fā)利用
1．海水制鹽
鹽田
海水
飽和食鹽水
引入
日曬風(fēng)吹
析出粗鹽
食用鹽
氯堿工業(yè)
精制
現(xiàn)在我們炒菜用的精鹽又細(xì)又白，你知道精鹽是由粗鹽經(jīng)過(guò)什么樣的程序制得的嗎？粗鹽經(jīng)溶解、過(guò)濾和蒸發(fā)后還含有硫酸鹽及CaCl2、MgCl2等雜質(zhì)。如何進(jìn)行粗鹽提純嗎？
【思考交流】
【思考討論】（1）經(jīng)溶解、過(guò)濾和蒸發(fā)操作得到的粗鹽中還含有一些可溶性硫酸鹽、CaCl2、MgCl2等雜質(zhì),若要除去它們,應(yīng)加入什么試劑
雜質(zhì) 加入的試劑 離子方程式
硫酸鹽
MgCl2
CaCl2
BaCl2
NaOH
Mg2+＋2OH-===Mg(OH)2↓
Na2CO3

(2)加入你選擇的試劑除去雜質(zhì)后，有沒(méi)有引入其他離子？用什么方法除去這些離子？
(3)設(shè)計(jì)除去雜質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，除了要考慮所加試劑的種類，還要考慮哪些問(wèn)題？
引入了Ba2+、CO32-、OH-
試劑的用量和順序
Ca2++===CaCO3↓
(2)從海水中提取溴——吹出法
海水
濃縮
酸化
濃縮海水Br-
通入
氯氣
海水Cl-Br2
通入空氣
水蒸氣(吹入)
吸收塔SO2
反應(yīng)后
富集溴
HBr、SO42－
通入Cl2
Cl-Br2
萃取
溴單質(zhì)
蒸餾
2NaBr + Cl2== Br2+2NaCl
2H2O + Br2+SO2== H2SO4+2HBr
2HBr + Cl2== Br2+2HCl
稀硫酸
過(guò)氧化氫溶液
(3)從海水中提取碘
灼燒
加水
加熱
溶解
過(guò)濾
CCl4
蒸餾
海帶灰
海帶
懸濁液
濾液
碘水
碘的CCl4溶液
單質(zhì)碘
操作1
操作2
操作3
操作4
操作5
試劑1
試劑2
萃取
分液
生物
富集
海水
+2H+
+ H2O
2I-
I2
氧化
+ H2O2
還原
2
==
O
分液漏斗
(4)從海水中提取鎂
富含Mg2+海水
貝殼CaCO3
高溫煅燒
CaO
沉降池
過(guò)濾網(wǎng)
沉降過(guò)濾
Mg(OH)2
△
MgO
(耐火材料)
HCl溶液
MgCl2溶液
MgCl2
熔融電解
Mg
Cl2
思考：從海水中的Mg2＋到金屬鎂，經(jīng)歷了哪些化學(xué)變化？寫(xiě)出相應(yīng)的化學(xué)方程式
蒸發(fā) 干燥
HCl氛圍
MgCl2(熔融） Mg＋Cl2↑
電解
Mg(OH)2 MgO＋H2O
△
Mg(OH)2＋2HCl MgCl2＋2H2O
MgCl2＋Ca(OH)2 CaCl2＋Mg(OH)2↓
(1)海洋約占地球表面積的71%，因此地球不缺水，人類可以任意使用，不用節(jié)約(　　)
(2)海水淡化的方法中，蒸餾法成本最低(　 　)
(3)海水中含量最多的兩種元素為Na元素和Cl元素( 　)
(4)可以通過(guò)電解飽和食鹽水的方式獲取金屬鈉和氯氣(　　)
(5)從溴化鉀中獲取單質(zhì)溴發(fā)生了氧化還原反應(yīng)(　 　)
(6)除了從海水中獲取淡水和化學(xué)物質(zhì)外，其他就沒(méi)有什么價(jià)值了(　　)
×
×
×
×
×
√
2、許多國(guó)家十分重視海水資源的綜合利用。不需要化學(xué)變化就能夠從海水中獲得的物質(zhì)是( )
A、氯、溴、碘 B、鈉、鎂、鋁
C、燒堿、氫氣 D、食鹽、淡水
D
3、檢驗(yàn)溶液中是否含有I-，可以加入試劑( )
A、氯水 B、溴水和淀粉
C、溴水 D、淀粉
B
海水資源
海水化學(xué)資源的開(kāi)發(fā)利用
海水提鎂
海水提溴
海帶提碘
海水制鹽
海水淡化
蒸餾法、電滲析法、
離子交換法
海水冷卻循環(huán)
淡水
濃縮海水
海水水資源的利用
課堂小結(jié)
H2O2+2I- +2H+=I2＋2H2O
化石燃料
煤
石油
天然氣
缺點(diǎn)：不可再生資源、燃料利用率低，環(huán)境污染
面臨的挑戰(zhàn)：綜合利用、提高利用率、減少燃燒造成的環(huán)境污染
應(yīng)用：主要能源、重要的化工原料
閱讀課本P102，總結(jié)化石燃料的應(yīng)用、缺點(diǎn)和面臨的挑戰(zhàn)
1、煤的形成
一、煤
古代植物遺體的堆積層埋在地下后,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)期的地質(zhì)作用而形成
2、 煤的組成——有機(jī)物+少量無(wú)機(jī)物組成的復(fù)雜混合物
主要元素 其他元素
氧化物會(huì)造成環(huán)境問(wèn)題
CO2會(huì)加劇溫室效應(yīng)
C
H、O、N、S 等
褐煤
泥煤
無(wú)煙煤
3、 煤的綜合利用
煤的干餾
煤的氣化
煤的液化
煤直接作燃料有什么問(wèn)題？
—利用率低并污染環(huán)境
①減少了煤燃燒產(chǎn)生的SO2、氮的氧化物、碳的氧化物和煙塵等污染物的排放。
②提高了煤燃燒的熱效率 ③提取了煤中的化學(xué)原料。
(1)煤的干餾—焦化
U形管底部有黑褐色粘稠的油狀物生成，這是煤焦油。
成分：苯、甲苯、二甲苯等
點(diǎn)燃，導(dǎo)管尖嘴處有淡藍(lán)色火焰。
出爐煤氣：氫氣、甲烷、乙烯、一氧化碳
將煤隔絕空氣加強(qiáng)熱使它分解的過(guò)程
煤的干餾是復(fù)雜的物理和化學(xué)變化過(guò)程
玻璃管中的煙煤粉最后變成黑灰色固體物質(zhì)這是焦炭
表8-1 煤干餾的主要產(chǎn)品和用途
干 餾 產(chǎn) 品 主 要 成 分 主 要 用 途
出爐煤氣 (氣) 焦?fàn)t氣 氫氣、甲烷、乙烯、 一氧化碳 氣體燃料、化工原料
粗氨水 氨、銨鹽 氮肥
粗苯 苯、甲苯、二甲苯 炸藥、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料
煤 焦 油 (液) 苯、甲苯、二甲苯 酚類、萘 染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料
瀝青 筑路材料、制碳素電極
焦 炭(固) 碳 冶金、合成氨造氣、電石、燃料
(2)煤的氣化
把煤中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的過(guò)程
屬于化學(xué)變化
C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)
高溫
水煤氣
工業(yè)制水煤氣的方法
(3) 煤的液化---- (化學(xué)變化)
直接液化——使煤與H2作用生成液體燃料
間接液化:
CO(g) + 2H2(g)
催化劑
CH3OH(l)
C(s) + H2O(g) === CO(g) + H2(g)
高溫
【思考與討論】
煤的氣化、液化是物質(zhì)三態(tài)(氣、液、固)之間的變化嗎？為什么？
不是，物質(zhì)三態(tài)之間的變化是物理變化，煤的氣化、液化是化學(xué)變化
煤
氣化
CO和H2
催化劑
CH3OH(甲醇)
天然氣——主要成分CH4
海底可燃冰：CH4·nH2O
日常生活中，用作清潔的化石燃料；
化工生產(chǎn)中，用于合成氨和生產(chǎn)甲醇。
二、天然氣的綜合利用
三、石油
1、石油的形成
古代生物遺骸,堆積在湖里、海里,或是陸地上,經(jīng)高溫、高壓的作用,由復(fù)雜的生物及化學(xué)作用轉(zhuǎn)化而成的
2、石油中元素
C、H（占97%-98%）O、N、S等
3、石油的成分
多種碳?xì)浠衔锝M成的混合物
4、石油的物性
粘稠液體，呈黑色或深棕色，有特殊氣味，不溶于水，比水稍輕，沒(méi)有固定的熔沸點(diǎn)
1~50個(gè)碳原子的烷烴及環(huán)烷烴，一般不含烯烴
(1)石油的分餾
石油氣(C1～C4)
汽油(C5~C12)
煤油(C12~C16)
柴油(C15~C18)
重油(C20以上)
原油
脫鹽脫水
石油
常壓分餾
利用原油中各組分的沸點(diǎn)不同將復(fù)雜的混合物分離成簡(jiǎn)單混合物的過(guò)程
柴油、燃料油、石蠟、潤(rùn)滑油、瀝青
減壓分餾
輕質(zhì)液體燃料
物理變化
5、石油的綜合利用
(2)石油的裂化
提高輕質(zhì)液體燃料的產(chǎn)量
①裂化的目的：
②裂化的原理：
在催化劑、加熱、加壓的作用下將含碳原子多的重油(烴)斷裂成碳原子較少的烴的過(guò)程
C16H34 C8H18+C8H16
催化劑
加熱、加壓
烷烴
烷烴
烯烴
裂化的主要產(chǎn)物：汽油、煤油、柴油、潤(rùn)滑油等
(3)石油裂解(深度裂化)
在催化劑、加熱、加壓、更高溫下經(jīng)多步斷裂變成短鏈烴
裂解(深度裂化)
裂解的目的：
獲得乙烯、丙烯、甲烷、丁二烯等重要化工基本原料
C4H10
丁烷
CH4
甲烷
＋
C3H6
丙烯
催化劑
加熱、加壓
C2H6
乙烷
C4H10
丁烷
＋
C2H4
乙烯
催化劑
加熱、加壓
C8H18
辛烷
C4H10
丁烷
＋
C4H8
丁烯
催化劑
加熱、加壓
(4)石油催化重整
在加熱和催化劑的作用下，通過(guò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，使鏈狀烴轉(zhuǎn)化為
環(huán)狀烴
①提高汽油的質(zhì)量
②獲得副產(chǎn)物氫氣
③獲得苯、甲苯等重要的化工原材
目的
石油煉制的主要方法：
分餾
催化裂化
裂解
催化重整
石油化工產(chǎn)品的應(yīng)用
石油化工產(chǎn)品
燃料
紡織
醫(yī)藥
農(nóng)藥
日用化妝品
建材
化工
以煤、石油和天然氣為原料生產(chǎn)合成材料
合成塑料
合成橡膠
合成纖維
三大合成材料：
人工合成
高分子材料
干餾 蒸餾 分餾
原理
產(chǎn)物
反應(yīng)類型
隔絕空氣、高溫下使物質(zhì)分解
根據(jù)液態(tài)混合物中各組分沸點(diǎn)不同進(jìn)行分離
與蒸餾原理相同
產(chǎn)物為混合物
產(chǎn)物為單一組分的純凈物
產(chǎn)物為沸點(diǎn)相近的各組分組成的混合物
化學(xué)變化
物理變化
物理變化
化學(xué)“三餾”的比較
高爐 煤氣 水煤氣 天然氣 液化石油氣 焦?fàn)t氣 裂解氣
主要成分
CO、CO2
H2、CO
CH4
C3H8、C4H10
H2、CH4、C2H4、CO
C2H4、C3H6、C4H8、CH4
化學(xué)“六氣”的主要成分
(1)石油的分餾為物理變化，獲取的各種產(chǎn)品為混合物(　　)
(2)石油的裂化和裂解原理相同，目的也相同(　　)
(3)裂化汽油不能用作提取溴的萃取劑(　　)
(4)含4個(gè)碳原子的烷烴，經(jīng)催化裂解后，只能生成2種氣態(tài)烴(　　)
(5)石油在加熱和催化劑的作用下，可通過(guò)結(jié)構(gòu)重整，獲取苯、甲苯等環(huán)狀烴(　　)
(6)許多性能優(yōu)異的合成高分子材料的原料為煤、石油和天然氣
√
×
√
×
√
√
物理變化
分餾
化學(xué)變化
化學(xué)變化
課堂小結(jié)

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