資源簡介

(共63張PPT)
自然資源的開發利用
第一節　
學習目標
1.通過了解金屬在自然界的存在形態及開發利用,能列舉金屬冶煉的一般方法和原理,能書寫相關化學方程式。
2.通過認識海水資源的開發利用,能說明海水淡化的意義和方法,能說明物質提純的原理和方法。
3.通過學習煤、石油、天然氣等化石燃料的綜合利用,能說明它們的組成,列舉綜合利用的方法。
任務分項突破
『自主梳理』
學習任務1　認識乙酸的結構與性質
1.金屬元素在自然界中的存在形態
游離態
金、鉑
化合物
2.金屬的冶煉
工業上將金屬礦物中的金屬從其化合物中 出來,用于生產各種 的過程。
實質:Mn++ne- M。
還原
金屬材料
3.金屬冶煉的方法
(1)根據金屬活潑性的不同,金屬冶煉的方法也各不相同。
熱分解法 分解HgO 2HgO 2Hg+O2↑
電解法 冶煉鈉 　
冶煉鎂 　
冶煉鋁
　
熱還 原法 高爐煉鐵 　
鋁熱法 煉鐵 　
(2)常用的熱還原法。
4.金屬礦物資源的合理開發和利用的途徑
(1)提高金屬礦物的利用率。
(2)開發環保高效的金屬冶煉方法。
(3)防止金屬的腐蝕。
(4)加強廢舊金屬的回收和再利用。
(5)使用其他材料代替金屬材料。
『互動探究』
探究1　金屬冶煉的方法規律
金屬材料在人類文明史中的使用經歷了金、銀、汞、銅、鐵、鋁、鎂、鈦等各種金屬和合金的開發歷程。現代工業上金屬冶煉主要利用熱還原法和電解法,前者的代表是用焦炭高溫煉鐵,后者的代表是電解煉鋁。
問題1:根據以上材料中人類開發利用金屬的順序及金屬的活動性,你發現了什么規律
提示:①金屬的存在形式與其活動性有關。一般而言,活動性較強的金屬,在自然界以化合態存在;活動性較弱的金屬,有可能以游離態存在;有的金屬的存在形式既有游離態又有化合態。②金屬利用時間與金屬活動性有關。金屬活動性越強,人類開發、利用該金屬的時間就越晚;金屬活動性越弱,人類開發、利用該金屬的時間就越早。
問題2:鋁元素在地殼中的金屬含量居第一位,但為什么鋁的發現和使用比銅和鐵要晚得多
提示:鋁是一種活動性較強的金屬,用一般的還原劑很難將其還原,工業上采用電解法進行冶煉,直到發明了電及電解法后,鋁才被大量提煉;而銅和鐵用一般的還原劑就可以從其化合物中還原出來,所以鋁的發現和使用比銅和鐵要晚得多。
問題3:從自然界中獲得金屬單質,是否都必須發生氧化還原反應
提示:否。有些金屬單質化學性質穩定,如金、鉑等,在自然界中主要以游離態形式存在,獲得這些金屬就不需要發生氧化還原反應,用富集的方法就可以,如淘金。
問題4:電解法冶煉金屬鎂時用氯化鎂,而冶煉鋁則是電解熔融氧化鋁。能否電解熔融的MgO、AlCl3制取金屬鎂和鋁,為什么
提示:否。MgO熔點太高,熔化需要很高的溫度,成本太高;AlCl3是共價化合物,熔融狀態下以分子形式存在,不發生電離,沒有自由移動的離子,因此不能電解熔融的MgO、AlCl3制取金屬鎂和鋁。
探究2　鋁熱反應及其應用
問題5:鋁粉和氧化鎂的混合物是鋁熱劑嗎 說明原因。
提示:不是。鋁熱劑是鋁粉與金屬性弱于鋁的金屬氧化物組成的混合物,如Al和Fe2O3(或MnO2)的混合物。
問題6:如圖是實驗室模擬鋁熱反應的裝置,推測鎂條和氯酸鉀的作用。
提示:鎂條引燃,提供反應發生需要的高溫條件,KClO3能在反應中提供氧氣助燃。
問題7:鐵路鋼軌有縫隙時,維修工人常用鋁粉和氧化鐵粉末混合點燃反應來焊接鋼軌,試解釋其原理。
提示:2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe,該反應過程放出大量的熱,能使生成的金屬熔化為液態。
問題8:鋁熱反應適合冶煉具有哪些性質的金屬
提示:鋁熱反應可應用于冶煉一些高熔點且還原性比鋁弱的金屬,如鐵、錳、釩等。
歸
納
拓
展
1.金屬冶煉方法
金屬活動性順序決定了金屬的冶煉方法,常見金屬的冶煉方法如下:
金屬的活 動性順序 K、Ca、Na、 Mg、Al Zn、Fe、Sn、 Pb(H)、Cu Hg Pt、
Au
金屬原子 失電子能力 強→弱 金屬離子得 電子能力 弱→強 主要冶煉 方法 電解法 熱還原法 熱分 解法 物理
方法
2.鋁熱反應和鋁熱劑
鋁熱反應是利用鋁的強還原性,在高溫下將相對不活潑且熔點高的金屬從其金屬氧化物中還原出來,發生置換反應。
鋁粉和某些金屬氧化物(Fe2O3、V2O5、Cr2O3、MnO2等)組成的混合物叫鋁熱劑。
『題組例練』
A
1.下列說法錯誤的是(　 　)
A.活潑金屬鈉的冶煉是通過電解其鹽溶液
B.對廢舊金屬的最好處理方法是回收再利用
C.提煉金屬要經過礦石的富集、冶煉、精煉三步
D.熱還原法中還原劑有焦炭、一氧化碳、氫氣和活潑金屬等
解析:活潑金屬鈉的冶煉是通過電解熔融的NaCl,若電解其鹽溶液,由于H+放電能力比Na+強,會產生H2,A錯誤;對廢舊金屬進行回收再利用,可以節約大量礦產資源,也可以節省大量能量,同時也會減少對環境的污染,B正確;根據金屬提煉步驟分析,先要富集以提高金屬元素的含量,然后冶煉得到粗產品,最后再進行精煉,C正確;焦炭、一氧化碳、氫氣或活潑金屬等常用作金屬冶煉時的還原劑,D正確。
2.下表中金屬的冶煉原理與方法不正確的是(　 　)
B
解析:Hg為不活潑金屬,用熱分解HgO的方法制備,A正確;Na為活潑金屬,應采用電解熔融NaCl的方法制備,B錯誤;Al為活潑金屬,用電解熔融Al2O3的方法制備,C正確;Al具有還原性,高溫下能將Fe2O3還原為單質鐵,即可用熱還原法制備Fe,D正確。
學習任務2　探究海水資源的開發利用
『自主梳理』
1.海水水資源的開發利用
(1)利用途徑: 和直接利用海水進行 等。
(2)海水淡化的方法主要有 、 和 等。其中 的歷史最久,技術和工藝也比較成熟。
海水淡化
循環冷卻
蒸餾法
反滲透法
電滲析法
蒸餾法
2.海水中化學資源的開發利用
(1)海水制鹽。
①海水 粗鹽 精鹽。
②食鹽化工用途。
(2)海水提溴(吹出法)。
(3)海水中其他資源的開發利用。
①制備化工產品:制備Mg、K、I2及其他化工產品。
②獲取能量物質:提取鈾和重水用來開發核能。
③開發利用新型能源:潮汐能、波浪能等。
『互動探究』
浩瀚的海洋是個巨大的資源寶庫。全世界每年都要從海洋中提取大量的食鹽、鎂、溴、碘、鉀等有用物質,海水素有“液體工業原料”的美譽。海水淡化與化工生產、能源開發等相結合已經成為海水綜合利用的重要方向。
探究1　海水淡化的方法
問題1:由海水制取淡水的方法中廣泛應用的是哪種方法 有何優缺點
提示:蒸餾法;優點是設備簡單、易操作、淡水質量好,缺點是耗能大、成本較高。
問題2:蒸餾法是歷史最久、技術和工藝也比較成熟的海水淡化方法。如圖為某同學組裝的實驗室蒸餾海水的裝置。實驗時碎瓷片起什么作用 裝置A、B、C的作用和名稱分別是什么
提示:防止液體暴沸;A冷凝,冷凝管;B蒸發,蒸餾燒瓶;C接收產品,錐形瓶。
問題3:為更高效地獲得產品,你認為溫度計應插到蒸餾燒瓶的支管口處還是液面以下 冷卻水的流向如何
提示:支管口處;冷卻水的流向為a口進,b口出。
探究2　海水提鎂和海帶提碘的原理
問題4:為富集Mg2+能否直接往海水中加沉淀劑 從綜合角度考慮,選用哪種試劑作沉淀劑好
提示:不能直接往海水中加沉淀劑,因為海水中Mg2+的濃度很小,不利于Mg2+的沉淀,而且會增大沉淀劑的用量,可以先將海水濃縮,再加沉淀劑。從綜合角度考慮,用石灰乳作沉淀劑好。
問題6:請敘述如何由MgCl2溶液制得無水MgCl2。
提示:先加鹽酸反應,再濃縮得MgCl2·6H2O晶體,然后再將MgCl2·
6H2O晶體在HCl氣氛中加熱脫水即可得無水MgCl2。
問題7:海帶中提取碘的主要流程為
如何證明獲得了碘單質 試寫出獲得碘的有關反應的離子方程式。
歸
納
拓
展
海水中化學資源的開發利用
項目 操作方法
海水 制鹽 ①方法:把海水引到鹽灘上,利用日光和風力使水分蒸發,得到食鹽;
②原理:蒸發海水,使食鹽濃縮結晶
海水 提溴 ①流程:
海帶 提碘 ①方法:海帶灼燒→浸泡→過濾→氧化→萃取→提純→碘單質;
②主要反應:2I-+Cl2 I2+2Cl-
海水 提鎂 ①流程:
『題組例練』
1.下列有關說法正確的是(　 　)
A.必須通過化學變化才能從海水中獲得食鹽
B.海水中的溴、碘元素可用四氯化碳直接萃取得到
C.海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法和反滲透法等
D.海水水資源的利用只有海水淡化
C
解析:通過海水蒸發結晶可獲得食鹽,沒有新物質產生,屬于物理變化,A錯誤;海水中的溴、碘元素以Br-、I-形式存在,需加入氧化劑將其氧化為Br2、I2,再用CCl4萃取獲得,B錯誤;海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法、反滲透法等,C正確;海水中水資源的利用,主要包括海水的淡化和直接利用海水進行循環冷卻,D錯誤。
2.在驗證海帶中含有碘元素的實驗操作過程中,下列操作不涉及的是(　 　)
C
解析:驗證海帶中含有碘元素,應先把海帶灼燒成灰,再浸泡、過濾,得到含碘離子的溶液,然后在溶液中加稀硫酸酸化的過氧化氫溶液和淀粉溶液,所以涉及的操作有灼燒、過濾、加試劑檢驗,不涉及的操作為蒸發,故選C。
A B C D
3.海洋是資源的寶庫,以海水為原料可以提取溴、鎂等多種物質。
Ⅰ.濃縮海水中含有NaCl、NaBr等物質。從濃縮海水中提取溴的流程如圖所示。
(1)寫出“氧化1”反應的離子方程式:　　　　　　　　　　。
(2)“吸收”時是用SO2水溶液吸收空氣吹出的溴蒸氣。寫出“吸收”時發生反應的化學方程式,并用雙線橋法標出電子轉移的方向
和數目: 　。
Ⅱ.從海水中提取鎂的流程如圖所示。
提示:①圖中氯化鎂晶體的化學式為MgCl2·6H2O;
②MgO的熔點為2 852 ℃,無水MgCl2的熔點為714 ℃。
(3)操作②是　　　　 　　　、過濾;試劑a是　　　　。
蒸發濃縮、冷卻結晶
鹽酸
解析:(3)操作②是由MgCl2溶液制備MgCl2晶體,需經歷蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾等操作。
(4)工業上是將氫氧化鎂轉變為氯化鎂,再電解熔融氯化鎂來制取鎂單質,而不采用加熱Mg(OH)2得到MgO,再電解熔融MgO的方法制取金屬鎂,其原因是　 　
。
氯化鎂和氧化鎂同為離子化合物,氧化鎂熔點
高,能耗高
解析:(4)MgO 和MgCl2均為離子化合物,由提示②可知,MgO的熔點遠高于MgCl2的,電解熔融MgO時耗能太大,一般采用電解熔融MgCl2的方法制取金屬Mg。
學習任務3　認識煤、石油和天然氣的綜合利用
『自主梳理』
1.煤的綜合利用
(1)煤的組成。
有機物
無機物
碳
氫 氧 氮 硫
、
、
、
(2)綜合利用。
焦爐氣
煤焦油
可燃性氣體
2.天然氣的綜合利用
CH4
燃料
3.石油的綜合利用
碳氫化合物
利用石油中各組分沸點的不同進行分離
汽油
煤油
柴油
乙烯
丙烯
甲烷
C3H6
C2H6
加熱
催化劑
鏈狀
環狀
4.以煤、石油和天然氣為原料生產合成材料
(1)三大合成材料: 、 、 。
(2)對環境影響:廢棄的合成材料給人類社會造成了巨大的環境壓力。
塑料
合成橡膠
合成纖維
『互動探究』
煤、石油和天然氣是重要的三種化石燃料,都主要由碳、氫元素組成。煤被稱為“工業的糧食”,石油被譽為“工業的血液”。煤、石油、天然氣經過適當的加工處理,一方面提供了生活中各種交通工具的燃料,另一方面提供了現代化工工業的各種基礎原料。
探究　煤、石油和天然氣的利用
問題1:煤中含有苯、甲苯等物質嗎 煤化工行業是如何生產苯或甲苯的
提示:煤是由有機物和少量無機物組成的復雜混合物,本身不含有苯、甲苯等物質。煤化工行業將煤干餾時發生化學變化生成了苯和甲苯及其他物質,然后通過分離得到苯和甲苯。
問題2:石油的裂化和裂解有何區別和聯系 兩者的目的分別是什么
提示:裂化和裂解的原理相同,都是烷烴的分解反應,只是裂解選用的溫度比裂化溫度更高,因此裂解又稱為深度裂化。石油裂化的目的是提高輕質油(特別是汽油)的產量;石油裂解的目的是得到短鏈的不飽和烴(如乙烯等化工原料)。
問題3:能否用裂化汽油作萃取劑萃取溴水中的溴單質
提示:不能。裂化汽油為飽和烴和不飽和烴的混合物,不飽和烴可以與溴發生加成反應,不能達到萃取溴單質的目的。
問題4:天然氣可用于合成氨和生產甲醇等,結合所學知識,試寫出相關化學方程式。
歸
納
拓
展
化學中的“三餾”“兩裂”
1.“三餾”比較
項目 干餾 蒸餾 分餾
原理 隔絕空氣加強熱使物質分解 根據液態混合物中各組分沸點不同進行分離 與蒸餾原理相同
產物 混合物 單一組分的純凈物 沸點相近的各組分組成的混合物
變化 類型 化學變化 物理變化 物理變化
2.“兩裂”比較
名稱 定義 目的
裂化 在一定條件下,把相對分子質量大、沸點高的烴斷裂為相對分子質量小、沸點低的烴 提高輕質油特別是汽油的產量
裂解 在高溫下,使具有長鏈分子的烴斷裂成各種短鏈的氣態烴和少量液態烴 獲得短鏈不飽和烴
『題組例練』
1.隨著社會的發展,能源的開發和利用逐步從粗獷的燃燒轉向更精細化利用。下列關于煤、石油、天然氣的說法正確的是(　 　)
A.天然氣屬于化石能源
B.乙烯是石油分餾后的產物
C.焦爐氣的主要成分為四個碳原子以下的烷烴
D.石油的分餾和煤的干餾均屬于化學變化
A
解析:煤、石油、天然氣均屬于化石能源,A正確;乙烯是石油裂解后的產物,B錯誤;焦爐氣的主要成分為H2、CH4、C2H4、CO,C錯誤;石油的分餾過程中沒有產生新物質,屬于物理變化,D錯誤。
2.下列關于煤、石油、天然氣等資源的說法正確的是(　 　)
A.石油裂解得到的汽油是純凈物
B.石油產品都可用于聚合反應
C.天然氣是一種清潔的化石燃料
D.水煤氣是通過煤的液化得到的氣體燃料
C
解析:石油裂解得到的主要是乙烯、丙烯等短鏈不飽和烴,石油裂化才能得到汽油,汽油為混合物,A錯誤;石油產品中有烷烴類物質,烷烴分子中沒有不飽和鍵,不能發生聚合反應,B錯誤;水煤氣是由碳與水蒸氣在高溫條件下反應得到的CO和H2組成的氣體燃料,該過程是煤的氣化,
D錯誤。
3.對煤干餾并檢驗其中部分產物,裝置(夾持裝置已略)如圖所示。下列說法不正確的是(　 　)
A.煤的干餾工業上也叫煤的焦化
B.c裝置可檢驗產生的氣體中一定含有H2S
C.d裝置中應該加入濃硫酸
D.e裝置中的固體由黑色變為紅色
B
解析:煤的干餾是將煤隔絕空氣加強熱使之分解的過程,工業上也叫煤的焦化,得到焦爐氣、粗氨水、粗苯、煤焦油、焦炭等,A正確;焦爐氣中含乙烯,也能使酸性KMnO4溶液褪色,B錯誤;焦爐氣通入CuO前需通過濃硫酸干燥,C正確;焦爐氣中H2、CO都能還原CuO,使e裝置中固體由黑色變為紅色,D正確。
知識整合
學科素養測評
海洋化學也稱化學海洋學,它是海洋科學的四大基礎學科之一。海洋化學研究海洋環境中化學物質的分布、轉移、循環的規律及其在開發利用中的化學問題。海水中有豐富的化學資源,從海水中可提取多種化工原料。如圖是某化工廠對海水資源綜合利用的示意圖。
試回答下列問題。
(2)海水里的鎂元素處于　　　　(填“游離”或“化合”)態,從海水中提取氯化鎂的反應　　　　(填“是”或“不是”)氧化還原反應,理由是　　　　　　　　　　　　　　　。
化合
解析:(2)海水里的鎂元素以化合態存在,從海水中提取氯化鎂,是向海水中加氫氧化鈣,然后加鹽酸,不是氧化還原反應,因為沒有發生化合價變化。
不是
沒有發生化合價變化
(3)從海水中提取食鹽后的母液中有K+、Na+、Mg2+等陽離子,從離子反應的角度思考,在母液里加入石灰乳的作用是
　　　　　　　　　　　　。
解析:(3)母液中有K+、Na+、Mg2+等陽離子,在母液里加入石灰乳,與鎂離子反應,將Mg2+沉淀為 Mg(OH)2。
與鎂離子反應,
將Mg2+沉淀為Mg(OH)2
(4)電解無水氯化鎂所得的鎂蒸氣可以在下列哪種氣體氛圍中冷卻
　　　　(填字母)。
a.H2 b.CO2 c.空氣 d.O2
解析:(4)電解無水氯化鎂得到鎂蒸氣,應避免鎂再被氧化,因此選a。
a
(5)提取粗鹽后剩余的海水(母液)中,可用來提取Mg和Br2。對于母液用來提取Mg和Br2的先后順序,甲、乙兩名工程師有不同觀點。
甲:先提取Mg,后提取Br2;
乙:先提取Br2,后提取Mg。
請你分析這兩個方案是否合適,并分別說明理由:

　 。
解析:(5)母液用來提取Mg和Br2,若先提取鎂,海水中會殘留大量Ca(OH)2,
Ca(OH)2能和氯氣反應生成氯化鈣、次氯酸鈣和水,再用Cl2提取溴時會消耗大量Cl2,所以乙方案合適。
甲方案不合適,提取Mg時
Ca(OH)2有剩余,所以通入氯氣會和Ca(OH)2反應,造成浪費;乙方案合適,電解MgCl2產生的Cl2可用于下一次Br-的氧化
命題解密與解題指導
情境解讀:本題以海洋資源的利用為背景,創設了真實、有意義的測試情境,有利于促進思考、推理和判斷。
素養立意:通過海水中各種元素的提取方案的設計與認識,把物質的變化知識運用于生產實踐,培養變化觀念學科素養;通過沉淀劑的制取、選擇,培養綜合運用知識解決問題的能力,促進宏觀辨識與微觀探析學科素養的發展;通過分析、對比提取溴、鎂方案的先后順序,培養分析能力和主動探究能力;通過對粗鹽精制方案的設計,培養在實際化工生產中對化學原理的應用能力,探究并尋找出最佳的反應路線,促進科學探究與創新意識學科素養的發展,促進由“海洋意識”到“海洋素養”的過渡。
思路點撥:(1)由精鹽獲得三種產品的過程為電解食鹽水。
(2)化學沉淀法除雜須關注加入的沉淀劑是否會成為新的雜質。
(3)海水提溴的流程及各步完成的任務。
謝 謝 觀 看

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