(教案)高中化學(xué)必修二：化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用.doc

_第四章 化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用一、開發(fā)利用金屬礦物和海水資源1.1 金屬礦物的開發(fā)和利用金屬的冶煉：金屬冶煉是工業(yè)上將金屬從含有金屬元素的礦石中還原出來的生產(chǎn)過程。常見金屬（金屬活動順序表）冶煉的一般方法：金屬的活動性不同，冶煉的方法不同。電解法 熱還原法 熱分解法K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag熱分解法：不活潑金屬（Hg及Hg以后）可以直接用加熱分解的方法將金屬從其化合物中還原出來，例如：2HgO2Hg+O22Ag2O4Ag+O2熱還原法：一般活潑的金屬（Zn-Cu), 通常是在高溫下用還原劑（C、CO、H2、活潑金屬等）將金屬從其化合物中還原出來，例如： Fe2O3 + 3CO 2Fe + CO2WO3 + 3H2 W +3H2OZnO + C Zn + COFe2O3 + 2Al 2Fe + Al2O3（鋁熱反應(yīng)） Cr2O3 + 2Al 2Cr + Al2O3（鋁熱反應(yīng)）電解法：非?；顫姷慕饘伲↘-Al）用一般的還原劑很難將它們還原出來，通常采用電解熔融的金屬化合物的方法冶煉活潑金屬，例如：2NaCl（熔融） 2Na + Cl2MgCl2（熔融） Mg + Cl2 2Al2O3 （熔融） 4Al + 3O2 有些金屬可以利用氧氣從其硫化物中冶煉出來，例如：冶煉銅Cu2S + O2 2Cu + SO21.2 鋁熱反應(yīng)I.操作：(1)把兩張濾紙分別折疊成漏斗狀套在一起（內(nèi)層濾紙底部剪一小孔，用水濕潤）架在鐵架臺上，下面放置一盛沙子的蒸發(fā)皿。(2)將5g干燥的氧化鐵粉末和2g鋁粉均勻混合后放入紙漏斗中，混合物上面加少量氯酸鉀固體，中間插一根用砂紙打磨過的鎂條。(3)用燃著的小木條點燃鎂條，觀察現(xiàn)象。.現(xiàn)象：(1)鎂條劇烈燃燒，并發(fā)出耀眼的白光。(2)引起混合物劇烈燃燒，發(fā)光發(fā)熱。(3)紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷卻后，除去外層熔渣（Al2O3)，可以發(fā)現(xiàn)落下的是鐵珠。.反應(yīng)： Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3（鋁熱反應(yīng)）.鋁熱劑及應(yīng)用： (1)鋁熱劑：鋁粉與某些金屬（比鋁不活潑的金屬）氧化物的混合物。在高溫下發(fā)生反應(yīng)，放出大量的熱，其混合物稱為鋁熱劑；反應(yīng)稱為鋁熱反應(yīng)。(2)鋁熱反應(yīng)的特點：在高溫下引燃后劇烈反應(yīng)，放出大量的熱，產(chǎn)生高溫，使被還原出來的金屬熔化，與熔渣分離。體現(xiàn)鋁的還原性、氧化鋁高熔點的性質(zhì)。(3)鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用：焊接鋼軌冶煉高熔點金屬：V、Cr、Mn、W等。1.3 金屬提煉一般步驟：礦石的富集、除雜； 冶煉； 精煉。1.4 金屬的利用、回收和資源的保護(hù)（1）礦產(chǎn)資源是有限的：礦產(chǎn)資源是大自然賦予人類的寶貴財富，但并非取之不盡用之不竭，是不可再生的。隨著人們的開發(fā)利用，將會日漸減少。我國幅員遼闊，是世界上礦產(chǎn)資源比較豐富、礦產(chǎn)品種比較齊全的國家。我國礦產(chǎn)資源總值居世界第3位，但人均擁有量約為世界人均水平的。因此，我們要合理開發(fā)和利用這些礦物資源。（2）合理開發(fā)、有效利用、金屬的回收和資源保護(hù)，主要途徑有：提高金屬礦物的利用率。減少金屬的使用量。加強(qiáng)金屬資源的回收和再利用，使用代用材料節(jié)約礦產(chǎn)資源、保護(hù)礦產(chǎn)資源。二、海水資源的開發(fā)利用 1.海水水資源的利用：海水中水的儲量約占全球總水量的97。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(jìn)行 循環(huán)冷卻 。 海水淡化的方法：主要有 蒸餾法 、 電滲析 法 、 離子交換 法等。海水蒸餾原理示意圖 太陽能蒸發(fā)原理示意圖2.海水中的化學(xué)資源的開發(fā)利用：（1）海洋是一個遠(yuǎn)未開發(fā)的巨大化學(xué)資源寶庫：海洋資源中，利用潛力最大的是海水中化學(xué)資源。由于與巖石、大氣、生物的相互作用，海水中溶解和懸浮有大量的無機(jī)物和有機(jī)物，目前，在陸地上發(fā)現(xiàn)的多種化學(xué)元素，在海水中已找到多種（包括超過總量99%的H、O、CL、Br、Na、K、Mg、Ca、S、C等11種元素和其他微量微量元素）其中多種可供提取。如，氯化鈉（即食鹽）有億億噸，鎂約有萬億噸，鉀有萬億噸，溴約有萬億噸，核燃料約億噸億噸。（2）海水中含有的各種元素的特點：種類多，總儲量大，富集程度低。因此，從海水中提取物質(zhì)需要解決物質(zhì)的富集的問題。（3）從海水中提取物質(zhì)的方法I.從海水中提取食鹽的主要工藝流程：從海水中制取鹽的方法主要有：鹽田法、電滲析法和冷凍法。其中鹽田法（又叫灘曬法）歷史最悠久，而且也是最簡便和經(jīng)濟(jì)有效的方法。現(xiàn)在還在廣泛采用。 鹽田法：鹽田建在海灘邊，借用海灘逐漸升高的坡度，開出一片片象扶梯一樣的池子。利用漲潮或用風(fēng)車和泵抽取海水到池內(nèi)。海水流過幾個池子，隨著風(fēng)吹日曬，水份不斷蒸發(fā)，海水中的鹽濃度愈來愈高，最后讓濃鹽水進(jìn)入結(jié)晶池，繼續(xù)蒸發(fā)，直到析出食鹽晶體。我國是世界上最大的產(chǎn)鹽國，年產(chǎn)鹽量近2000萬噸，占世界食鹽產(chǎn)量的80%。長聲鹽場.從海水中提取鎂的主要工藝流程：鎂是一種用途很廣的金屬材料，目前世界上60%的鎂從海水中提取。主要步驟如下：海水（主要含NaCl和MgSO4）溶液試劑Mg熔融無水MgCl2MgCl2溶液試劑Mg(OH)2沉淀電解（1）為了使MgSO4轉(zhuǎn)化為Mg（OH）2，試劑可以選用 NaOH ，要使MgSO4完全轉(zhuǎn)化為沉淀，加入試劑的量應(yīng) 過量 ；驗證MgSO4已完全轉(zhuǎn)化為Mg（OH）2的方法是 取上層清液，加入NaOH溶液，不生成沉淀。（2）加入試劑后，能夠分離得到Mg（OH）2沉淀的方法是 過濾 。（3）試劑可以選用 HCl 。（4）無水MgCl2在熔融狀態(tài)下，通電后會產(chǎn)生Mg和Cl2，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：MgCl2（熔融） Mg + Cl2.從海水中提取溴的主要工藝流程 （1）用蒸餾法將海水濃縮。用硫酸將濃縮的海水酸化。（2）向酸化的海水中通入適量的氯氣，使溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)。反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaBr + Cl2 = Br2 + 2NaCl ；（3）向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸汽，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)以達(dá)到富集的目的，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4（4）向吸收塔內(nèi)的溶液中通入適量的氯氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2HBr + Cl2 = 2HCl + Br2（5）用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔內(nèi)的溶液中的溴單質(zhì)，得到產(chǎn)品溴。.【實驗4-2】從海帶中提取碘（1）反應(yīng)原理：海帶中的碘元素主要以I-的形式存在，提取時用適當(dāng)?shù)难趸瘎℉2O2)將其氧化成I2，再用有機(jī)溶劑將I2萃取出來。 用H2O2做氧化劑，反應(yīng)的離子方程式是：2I- + H2O2 + 2H+ = I2 + 2H2O 。（2）操作步驟：取約3g干海帶，把表面的浮著物用刷子刷凈（不要用水沖洗，以免洗去表面的碘化物），用剪刀剪碎后，用酒精濕潤，放入坩堝中。點燃酒精燈，灼燒海帶至完全變?yōu)榛覡a（注意通風(fēng)）停止加熱，冷卻。將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中，向其中加入10ml蒸餾水，攪拌、煮沸23min,過濾。在濾液中滴入幾滴稀硫酸（3mol/l）,再加入1mL H2O2（3%），現(xiàn)象：溶液 變棕黃色 。再加入幾滴淀粉溶液，現(xiàn)象是：溶液 變藍(lán)色 。（3）提取I2流程： 含碘單質(zhì)的有機(jī)溶液含碘單質(zhì)的溶液試劑殘渣含碘元素的溶液灼燒海帶溶解，過濾海帶灰 【總結(jié)】海水資源的開發(fā)利用： 從海水中提取淡水海水淡化 海水制鹽海水資源的開發(fā)利用 從海水中提取鎂、鉀、溴、碘等化工產(chǎn)品 從海水中獲取鈾和重水作為核能開發(fā)的重要原料 從海水中獲取其他物質(zhì)和能量海水綜合利用聯(lián)合工業(yè)體系一例（如下圖）三、化學(xué)與資源綜合利用、環(huán)境保護(hù)3.1 煤、石油、天然氣的綜合利用：從煤、石油、天然氣獲得基本化工原料。1.煤的綜合利用：(1)煤的成分：煤是又有機(jī)物和少量的無機(jī)物組成的復(fù)雜混合物。其組成以碳元素為主，還含有H、O、N、S等元素。(2)煤的綜合利用途徑：通過煤的干餾、煤的氣化和液化獲得潔凈的燃料和多種化工原料。煤的干餾：將煤隔絕空氣加強(qiáng)熱使之分解的過程叫做沒得干餾，也叫煤的焦化。 氣體：焦?fàn)t氣：H2、CH4、C2H4、CO（燃料、化工原料） 粗氨水：氨、銨鹽（化肥） 液體： 粗 苯：苯、甲苯、二甲苯（炸藥、染料、合成材料）煤干餾的主要產(chǎn)品 酚類、奈 （染料、農(nóng)藥、合成材料） 煤焦油 瀝青 （筑路材料、制碳素電極）固體 ：焦炭 （冶金、合成氨造氣、電石、燃料）煤的氣化：將煤轉(zhuǎn)化為可燃性氣體 過程。（主要反應(yīng)是碳和水蒸氣反應(yīng)生成水煤氣等）高溫 主要反應(yīng)： C(s) H2O(g) CO(g) H2(g)水煤氣 直接液化：煤 + H2 液體燃料催化劑煤的液化 間接液化：煤 H2 CO 甲醇（CH3OH）3.2 天然氣的綜合利用（1）氣體燃料的優(yōu)點：氣體燃料與空氣混合充分，容易完全燃燒，與固體燃料相比有較高的利用率。氣體燃料便于管道運輸，使用方便（易點燃，易熄滅），且清潔衛(wèi)生。（2）天然氣是一種高效、清潔的燃料：隨著我國“西氣東輸”管線全面貫通，越來越多的地區(qū)將使用天然氣。（3）天然氣是一種重要的化工原料，主要用于合成氨和生產(chǎn)甲醇以及合成分子內(nèi)含兩個或多個碳原子的其他有機(jī)化合物。3.3 石油的綜合利用石油煉制后的產(chǎn)品絕大多數(shù)用作燃料使用，不到10%的石油轉(zhuǎn)化為化工原料。I.石油的成分：石油是由多種碳?xì)浠衔铮ㄍ闊N、環(huán)烷烴及少量的芳香烴）組成的混合物。（沒有固定的沸點）原油：未經(jīng)加工的石油叫原油，是一種棕黑色粘稠液體，不能直接使用。.石油的煉制（1）石油的分餾（物理加工過程）： A.石油分餾的原理：利用各種烴的沸點不同，將石油不斷的加熱-汽化-冷凝-液化，把石油分離成不同沸點范圍的蒸餾產(chǎn)物（叫做餾分，仍然是混合物）的過程叫做石油的分餾。B.實驗室蒸餾石油的裝置（如下圖）：儀器名稱： 溫度計 ； 蒸餾燒瓶 ； 冷凝器 ； 接收器 ； 冷 水進(jìn)口；是 熱 水出口。裝置中要加 碎瓷片 ，以防止 暴沸 。 石油氣 液化石油氣。C.石油分餾主要產(chǎn)品：汽油、煤油、柴油、重油 等。（2）石油的裂化（化學(xué)加工過程）：在一定條件下，將相對分子質(zhì)量較大、沸點較高的烴斷裂為相對分子質(zhì)量較小的烴的過程。主要目的：提高輕質(zhì)油（汽油、煤油、柴油）的產(chǎn)量，同時得到石油裂化氣。原 料：石油分餾產(chǎn)品（重油）加熱、加壓催化劑反 應(yīng)：以十六烷的催化裂化反應(yīng)為例：C16H34 C8H18 C8H16加熱、加壓催化劑 十六烷 辛烷 辛烯 C8H18 C4H10 C4H8 加熱、加壓催化劑 辛烷 丁烷 丁烯 C4H10 CH4 C3H6加熱、加壓催化劑 丁烷 甲烷 丙烯 C4H10 C2H6 C2H4丁烷 乙烷 乙烯催化裂化 裂化氣（含乙烯、丙烯、甲烷等）主要產(chǎn)品：重油 汽油、煤油、柴油分餾所得汽油（直鎦汽油）：烷烴汽油：C5C11的烴的混合物裂化所得汽油：烷烴和不飽和烴（具有烯烴的性質(zhì)）（3）石油的裂解（深度裂化化學(xué)加工過程）：采用比催化裂化更高的溫度，使碳碳鍵斷裂的更徹底，主要目的得到氣態(tài)的不飽和烴。 原 料：汽油高溫裂解。主要目的：制得石油裂解氣，進(jìn)行三大合成。 主要產(chǎn)品：汽油 石油裂解氣（含乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯）（4）石油的催化重整：石油在加熱和催化劑的作用下，可以通過結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整，使鏈狀烴轉(zhuǎn)化為環(huán)狀烴（如苯或甲苯等）圖46原油的分餾及裂化的產(chǎn)品和用途示意圖 煤 氣（主）：CO、H2 清潔燃料 天 然 氣（主）：CH4 壓縮天然氣（主）：甲醇（CNG） 液化石油氣（主）：烴類（丙烷）(LPG)四、以煤、石油、天然氣為原料生成合成材料4.1 三大合成材料（合成有機(jī)高分子） （1）合成塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。 塑料的主要成分：合成樹脂+添加劑（增塑劑、防老化劑等） 熱塑性塑料：可以反復(fù)加工，多次使用（聚乙烯聚氯乙烯等）塑料的性能 熱固性塑料：一次加工成型，受熱不軟化（酚醛塑料）（2）合成纖維 植物纖維：棉花、木材、亞麻（成分：纖維素）天然纖維 動物纖維：羊毛、蠶絲（成分：蛋白質(zhì)）纖維 人造纖維：人造棉、人造絲、人造毛（成分：纖維素）化學(xué)纖維 合成纖維：六大綸（滌綸、錦綸、腈綸、丙綸、維綸、氯綸）（是利用石油、天然氣、煤和農(nóng)副產(chǎn)品為原料制成的）（3）合成橡膠：順丁橡膠、氯丁橡膠、丁苯橡膠、硅橡膠等。4.2 合成有機(jī)高分子的反應(yīng)： 聚合反應(yīng)：在一定條件下，由小分子（單體）合成高分子（分子量巨大的化合物）的反應(yīng)。 聚合反應(yīng) 加成聚合（加聚反應(yīng)）：由單體生成高分子的反應(yīng)。 縮合聚合（縮聚反應(yīng)）：由單體生成高分子的同時還有小分子生成。CH3（1）加聚反應(yīng)：n由乙烯制聚乙烯：n CH2=CH2 CH2CH2 乙烯 聚乙烯單體：CH2=CH2 ； 鏈節(jié)：CH2CH2； 高聚物：CH2CH2； 聚合度：nn由丙烯制聚丙烯：n CH2=CHGH3 CH2CH 由甲基丙烯酸甲酯制聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃）：CH3CH3 nn CH2=CHCOOCH3 CH2CH COOCH3 （2）縮聚反應(yīng)：制滌綸、尼龍（錦綸）、醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂 O O n HOC GOH + n HOCH2CH2OH （對苯二甲酸） （乙二醇）O On C GO CH2CH2O + （2n1）H2O 聚酯纖維（滌綸）五、環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)5.1 環(huán)境保護(hù)：（1）環(huán)境問題：指不合理的開發(fā)和利用自然資源而造成的資源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)破壞。（2）環(huán)境污染：包括大氣污染、水污染、土壤污染、食品污染和噪聲污染等。 污 染 源：主要來自化石燃料燃燒和工業(yè)生產(chǎn)的“三廢”（廢氣、廢水、廢渣）的排放。（3）環(huán)境問題的八大公害：酸雨：pH 小于 5.6 的雨水叫做酸雨。 主要成因：化石燃料燃燒排放到大氣中的SO2 NOX 。 防 治：改變能源結(jié)構(gòu)，硫酸廠的尾氣經(jīng)過處理后再排放。溫室效應(yīng)：大氣中的 CO2 含量增多引起地表面溫度升高。 主要成因：含碳燃料燃燒產(chǎn)生的CO2 排放到大氣中。 防 治：改變能源結(jié)構(gòu)，植樹造林。臭氧空洞：大氣平流層中的臭氧層被破壞引起“臭氧空洞”。 主要成因：氟氯烴（氟里昂）、 NO2、NO 在破壞臭氧層中起催化劑作用。 防 治：逐步減少、禁止使用氟氯烴。白色污染：一些塑料制品廢棄物對環(huán)境的污染。 主要成因： 聚乙烯 等固體廢舊塑料隨意丟棄引起土壤及水的污染。 治 理：減少使用加強(qiáng)回收塑料制品開發(fā)可降解塑料（淀粉塑料、水溶性塑料、光解塑料）光化學(xué)煙霧：空氣中的 NO2 在紫外線照射下，發(fā)生一系列的 光化學(xué) 反應(yīng)產(chǎn)生一種有毒的煙霧。 主要成因：NO2主要來自石油產(chǎn)品和煤的燃燒產(chǎn)物、汽車尾氣及硝酸廠的廢氣 治 理：硝酸廠的廢氣經(jīng)回收處理后再排放 加強(qiáng)對汽車尾氣的治理（汽車排氣管上安裝轉(zhuǎn)化器）赤潮（水華）：水體的富營養(yǎng)化污染（水中的藻類超常繁殖，覆蓋在水表面） 主要成因：使用含 磷 洗衣粉的污水的排放。不合理的使用化肥。 治 理：禁止生產(chǎn)使用含 磷 洗衣粉。城市大氣的鉛污染：含鉛化合物對大氣的污染。 主要成因：使用含 鉛 汽油（汽油中加入抗爆震劑四乙基鉛）的汽車排放的尾氣。 治 理：禁止使用含鉛汽油。環(huán)境的新公害：廢舊電池對 水 及 土壤 的污染。 主要成因：廢舊電池中含有酸、堿、重金屬鹽（Pb2+ 、Hg2、Ni2+、cd2+） 等污染物，廢舊電池的隨意丟棄引起的污染。 治 理：設(shè)立廢舊電池回收站。5.2 綠色化學(xué)：綠色化學(xué)的核心就是利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染。 原子經(jīng)濟(jì)：按照綠色化學(xué)的原則，最理想的“原子經(jīng)濟(jì)”就是反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物。這時原子的利用率為100% 。（1）開發(fā)綠色反應(yīng)，提高原子利用率原子經(jīng)濟(jì)性可用原子利用率來衡量，其定義可表示為： 期望產(chǎn)物的總質(zhì)量 生成物的總質(zhì)量原子利用率 = × 100%（2）經(jīng)濟(jì)性的反應(yīng)有兩個顯著優(yōu)點：是最大限度地利用了原料；是最大限度地減少了廢物的排放?；瘜W(xué)與可持續(xù)發(fā)展：化學(xué)在資源開發(fā)、資源利用、環(huán)境監(jiān)測、環(huán)境保護(hù)和清潔生產(chǎn)等方面發(fā)揮著重要的作用。資源的開發(fā)和環(huán)境保護(hù)關(guān)系到人類可持續(xù)發(fā)展。 經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展 社會可持續(xù)發(fā)展 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 全球可持續(xù)發(fā)展THANKS !致力為企業(yè)和個人提供合同協(xié)議，策劃案計劃書，學(xué)習(xí)課件等等打造全網(wǎng)一站式需求歡迎您的下載，資料僅供參考-可編輯修改-