(共22张PPT)
第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的开发利用
第1课时 金属矿物、海水资源的开发利用
[核心素养发展目标]
1.了解金属在自然界中的存在形式，理解金属冶炼的一般原理，掌握活泼性不同的金属冶炼的一般方法，形成金属冶炼方法知识模型，培养证据推理与模型认知能力。
2.了解海水的主要组成元素，了解海水资源及开发利用的主要方式，掌握从海水中提取溴的化学反应原理及实验方法，培养宏观辨识与变化观念的学科素养。
3.通过对金属冶炼原理及海水资源综合利用的认识，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义，培养科学探究精神，增强社会责任感。
一、金属矿物的开发利用
1．金属元素在自然界中的存在形态
金属元素
极少数
大多数
游离态形式存在，如金、铂
化合态形式存在
2．金属冶炼的一般原理
将金属矿物中的金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼。
金属的冶炼是利用氧化还原反应原理，在一定条件下，使金属离子得到电子被还原成金属原子，从而获得金属单质。
即Mn＋＋ne－=M。
热分解法
电解法
热还原法
其他方法
3．金属的冶炼方法
(1)金属活泼性与冶炼方法的关系如下：
(2)金属的冶炼方法
分解HgO
分解Ag2O
2HgO 2Hg＋O2↑
2Ag2O 4Ag＋O2↑
2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑
电解
MgCl2(熔融) Mg＋Cl2↑
电解
2Al2O3(熔融) 4Al＋3O2↑
电解
冰晶石
Fe2O3＋3CO 2Fe＋3CO2
2Al＋Fe2O3 Al2O3＋2Fe
Cu2S＋O2 2Cu＋SO2
Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu
冶炼钠
冶炼镁
冶炼铝
高炉炼铁
铝热法炼铁
湿法炼铜
火法炼铜
1．(2019·山东平邑一中高一月考)金属元素的原子结构决定了金属元素的性质、在自然界中的存在形式及冶炼方法。
(1)金属的冶炼一般有下列方法：
a.焦炭法 b.水煤气(氢气和一氧化碳)法 c.活泼金属置换法 d.电解法
请从上述四种方法中选择相应的字母填入表中空格：
写出Al与Cr2O3反应的化学方程式：____________________________。
高炉炼铁 湿法炼铜 铝热法炼铬 工业上冶炼铝
a
c
c
d
2Al＋Cr2O3 Al2O3＋2Cr
高温
(2)铜在地壳中的含量远低于铝，但人类利用铜的历史远早于铝，这与古代发生的森林大火有一定的关系，因为人类在大火之后的灰烬中会发现红色发亮的物质。现在人们认识到，这种物质就是孔雀石[主要成分为Cu2(OH)2CO3，热稳定性差]在大火中转化而生成的铜，写出大火中与铜元素有关的三个化学方程式：______________________________________________
_____________________________________________________
__________________________________________________。
Cu2(OH)2CO3 2CuO＋H2O＋CO2↑
2CuO＋C 2Cu＋CO2↑
CuO＋CO Cu＋CO2
2．如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：
(1)该实验装置中还缺______，在试剂使用正确且符合要求的情况下引发铝热反应的操作为__________________
__________________________________，写出铝热反应的化学方程式：_______________________________。
(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应_________(填“能”或“不能”)发生，理由是_________________________________________。
(3)若将所得产品置于足量的NaOH溶液中，可能看到的现象是__________
______________，写出铝热反应的一种主要用途：____________________。
(4)假设铝足量且反应充分，设计一种实验方案,证明本实验中有单质铁生成：_________________________________________________________________
____________________________________________________________。
镁条
在混合物中间插一根用砂纸打磨过的镁条，然后点燃镁条
Fe2O3＋2Al Al2O3＋2Fe
高温
不能
镁比铝活泼，铝不能置换出镁
部分固体溶解，
有气泡产生
焊接或冶炼熔点高的金属
混合物中先用NaOH溶液除去铝，再加入稀硫酸，有气泡冒出，说明有铁生成；或用磁铁靠近固体，有固体可被磁铁吸引，说明有铁生成
4.金属矿物资源的开发和利用措施
(1)提高金属矿物的利用率。
(2)开发环保高效的金属冶炼方法。
(3)防止金属的腐蚀。
(4)使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量。
(5)加强废旧金属的回收和再利用。
(1)在自然界中金属元素都以化合态的形式存在( )
(2)利用化合物冶炼金属时，金属元素一定发生还原反应( )
(3)越活泼的金属元素，人类利用的越晚( )
(4)用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从化合物中还原出来( )
(5)铝热反应的本质是用铝将比铝活泼性弱的金属从其化合物中置换出来( )
(6)可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠( )
(7)可以通过电解熔融的MgO和AlCl3来制备金属Mg、Al( )
×
√
√
×
√
×
×
(1)在金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，其阳离子越容易被还原，金属的位置越靠前，其阳离子越难被还原。
(2)冶炼Mg时只能电解MgCl2，不能电解MgO(熔点太高)。
(3)冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解AlCl3(共价化合物，熔融时不导电)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。
二、海水资源的开发利用
1．海水水资源的开发利用
(1)利用途径：
通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。
海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却等。
(2)海水淡化：
海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法和膜分离法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高。
(3)海水的蒸馏
①主要仪器：A__________，B__________，C__________。
②冷却水的流向：______口进，____口出。
③B中加入碎瓷片的目的是_______________
冷凝管
蒸馏烧瓶
锥形瓶
a
b
防止液体暴沸
2．海水中化学资源的开发利用
(1)海水中溶解和悬浮着大量的_______和______。海水中含量最多的_______两种元素，加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F元素，其总含量超过99%，其他元素为______。虽然海水中元素的种类很多，总储量______，但许多元素的富集程度却_____。
无机物
有机物
O、H
微量
很大
很低
(2)海水制盐
从海水中制得的氯化钠，可以食用，同时也是生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸等的化工原料。
②制钠和氯气：
③制盐酸：
④制漂白剂(84消毒液)：
⑤制纯碱：
电解饱和食盐水，可生产氢氧化钠、氢气和氯气。
①氯碱工业：
化学反应方程式：
2NaOH＋Cl2= NaClO＋NaCl＋H2O。
NaCl＋CO2＋H2O＋NH3=NH4Cl＋NaHCO3↓
2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
电解
2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑。
电解
H2＋Cl2 2HCl
点燃
2NaHCO3 Na2CO3＋CO2↑＋H2O
(3)海水提溴
①海水提溴的方法(吹出法)
工艺流程 基本操作 浓缩
氧化
吹出
吸收
蒸馏
海水晒盐和海水淡化的过程中副产物Br－得到浓缩
向浓缩的海水中通入Cl2，将Br－氧化成Br2
2Br -＋Cl2=Br2＋2Cl－
利用溴的挥发性，通入热空气和水蒸气，吹出溴蒸气
吹出的溴蒸气用SO2吸收。SO2＋Br2＋2H2O=4H＋＋SO42-＋2Br－
再用Cl2将HBr氧化得到产品溴后蒸馏分离
海水中溴元素以Br－形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程图如下所示：
(1)步骤①反应的离子方程式是_____________________________________。
(2)步骤③反应的化学方程式是______________________________________。
(3)步骤②中，用热空气将Br2吹出，利用溴的性质为______________，从步骤②到步骤④的目的是____________________________________。
(4)从理论上考虑，下列物质也能充分吸收Br2的是________(填字母)。
A．NaOH B．FeCl2 C．Na2SO3 D．H2O
(5)步骤⑤蒸馏过程中，温度应控制在80～90 ℃。温度过高或过低都不利于生产，若温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水分增加；若温度过低，则___________________________________。
2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－
SO2＋Br2＋2H2O=H2SO4＋2HBr
易挥发
将溴浓缩，提高Br2的提取率
ABC
溴不能完全蒸出，产率太低
(1)海洋约占地球表面积的71%，因此地球不缺水，人类可以任意使用，不用节约( )
(2)海水淡化的方法中，蒸馏法成本最低( )
(3)海水中含量最多的两种元素为Na元素和Cl元素( )
(4)海水中各种化学资源的开发过程中，必须都要发生化学反应( )
(5)从溴化钾中获取单质溴发生了氧化还原反应( )
(6)除了从海水中获取淡水和化学物质外，其他就没有什么价值了( )
×
×
×
×
√
×
3．从海水中获取能量
(1)从海水提取铀和重水，用于核能开发。
(2)开发潮汐能、波浪能等新型能源。
随堂演练 知识落实
1．(2020·湖南娄底检测)从本质上讲，工业上冶炼金属的反应一定都属于( )
A．氧化还原反应 B．置换反应 C．分解反应 D．复分解反应
2．(2019·云南广南二中月考)下列金属的冶炼方法不正确的是( )
A．汞、银等不活泼金属用热分解法
B．钾、钠、钙、镁等活泼金属用电解法
C．铝、锌、铁、铅、铜等金属用热还原法
D．氢气、碳、铝等都可用作冶炼金属的还原剂
A
C
3．(2020·河南周口中英文学校月考)下列关于铝热反应的说法错误的是( )
A．铝热剂中还原剂是铝粉
B．铝热剂是纯净物
C．铝与Fe2O3可组成铝热剂
D．铝热反应是放热反应
B
4．(2019·广州中大附中期末)海水是一个巨大的化学资源库，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能得到钾单质
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Na
D．利用潮汐发电是将化学能转化为电能
C
5．(2020·山东聊城高一检测)下列关于海水资源利用的认识，错误的是( )
A．海水中金、锶、碳、铜、铁等元素属于微量元素
B．海底多金属结合矿含有铁、锰、钴等多种金属元素
C．通过蒸馏法、电渗析法、离子交换法等可以实现海水的淡化
D．海水提溴过程中溴元素依次发生氧化反应、还原反应、氧化反应
A(共17张PPT)
第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的开发利用
第2课时 煤、石油和天然气的综合利用
[核心素养发展目标]
1.了解煤、石油、天然气的组成及综合利用的意义，提高宏观辨识与微观探析的能力。
2.了解煤、石油、天然气综合利用的内容，培养变化观念的学科素养。
3.了解节约能源及防止污染的重要性，培养关注社会可持续发展的科学态度与社会责任。
一、煤和天然气的综合利用
1．煤的组成
煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含有碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。
2．煤的综合利用
(1)煤的干馏
①定义：
将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，也叫煤的焦化。
②主要产品：
出炉煤气(焦炉气、粗氨水、粗苯)，煤焦油，焦炭。
(2)煤的气化
①定义：
将煤转化为可燃性气体的过程。
②主要反应：
C＋H2O(g) CO＋H2。
高温
(3)煤的液化
直接液化：
间接液化：
煤与氢气作用生产液体燃料
煤
CO和H2
甲醇等
气化
催化剂
某实验小组在实验室中用下图模拟煤的干馏，按要求回答相关问题：
(1)仪器d的作用是_______________，e处点燃的气体主要有____________________。
(2)c中液体分层，其中水层里溶有__________，有机物层可以通过________的方法使其中的重要成分分离出来。
冷却
H2、CO、CH4、C2H4
粗氨水
蒸馏
3．天然气的综合利用
天然气
主要成为
CH4
应用
清洁的化石燃料
化工原料
合成氨
生产甲醇等
(1)把煤加强热使之分解的过程为煤的干馏( )
(2)煤俗称煤炭，因此可看作碳元素形成的单质( )
(3)煤中含粗苯、煤焦油等物质，可通过蒸馏获取苯、甲苯等芳香烃( )
(4)在一定条件下，煤可以和氢气直接反应生成液体燃料( )
(5)煤的气化和液化都是物理变化( )
(6)天然气是清洁的化石燃料，对环境没有污染( )
×
×
√
×
×
×
二、石油的综合利用 化石能源与合成高分子材料
1．石油的组成
由多种______________组成的混合物。
碳氢化合物
2．石油的综合利用
(1)石油的分馏：
利用石油中各组分沸点的不同进行分离的过程，分馏后可获得汽油、煤油、柴油等含碳原子少的轻质油。
(2)石油的裂化
①目的：
提高汽油的产量和质量。
②原理：
C16H34 C8H18＋C8H16。
催化剂
加热、加压
(3)石油的裂解
①目的：
生成乙烯等气态化工原料。
②原理：
C8H18 C4H10＋C4H8
催化剂
加热、加压
C4H10 C2H6＋C2H4
催化剂
加热、加压
C4H10 CH4＋C3H6
催化剂
加热、加压
(4)石油的催化重整
①目的：
②产品：
使链状烃转化为环状烃。
苯或甲苯等化工原料。
某研究学习小组在实验室中模拟石油的炼制，设计了如图的装置。
实验过程中,可观察到b中试管内有少量液体凝
结且闻到有汽油的气味，c中试管内酸性高锰酸钾溶液褪色。
(1)实验研究小组模拟的是__________________(填化工工艺名称)。
(2)b中试管内的液体_____(填“能”或“不能”)用来萃取溴水中的溴。若不能，请说明理由：_______________________________________(若能,此空不填)。
(3)c中试管内酸性KMnO4溶液褪色，体现了酸性KMnO4溶液的______性。
(4)写出十六烷裂化得到辛烷和辛烯的化学方程式：____________________。
(5)实验过程中，装置d中的溴的四氯化碳溶液褪色，写出验证烯烃与溴水的反应是加成反应而不是取代反应的方法：______________________________
_______________________________________________________________。
石油的裂化
不能
裂化产物中有烯烃，易与溴发生加成反应
氧化
C16H34 C8H18＋C8H16
催化剂
△
向反应后的溶液中滴加石蕊溶液，溶液不变红，则说明该反应为加成反应而非取代反应
3．化石能源与合成高分子材料
(1)三大合成高分子材料包括：
塑料、合成橡胶、合成纤维。
nCH2=CH2 ─CH2─CH2 ─
n
催化剂
②丙烯制聚丙烯：
nCH2=CH2─CH3 ─CH2─CH ─
n
催化剂
CH3
①乙烯制聚乙烯：
(2)以煤、石油、天然气为原料，通过化学反应可以制得合成高分子材料。
例如：
(1)石油的分馏为物理变化，获取的各种产品为混合物( )
(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剂( )
(4)含4个碳原子的烷烃，经催化裂解后，只能生成2种气态烃( )
(5)石油在加热和催化剂的作用下，可通过结构重整，获取苯、甲苯等环状烃( )
(6)许多性能优异的合成高分子材料的原始原料为煤、石油和天然气( )
√
×
√
×
√
√
随堂演练 知识落实
1．(2020·江西宜春第九中学检测)下列关于煤、石油及其所得产品的叙述正确的是( )
A．煤的气化和液化都是物理变化
B．煤的干馏和石油的分馏发生的都是化学变化
C．用溴的四氯化碳溶液可鉴别直馏汽油和裂化汽油
D．煤和石油都是混合物，都只由碳和氢两种元素组成
C
2．(2019·上海知行中学高一检测)下列关于煤和石油的说法不正确的是( )
①石油是混合物，其分馏产品煤油为纯净物
②煤油可由石油分馏获得，可用作燃料和保存少量金属钠
③煤经过气化和液化等物理变化可转化为清洁燃料
④石油催化裂化的主要目的是提高汽油等轻质油的产量与质量
⑤煤的干馏属于化学变化
⑥煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源
⑦通过煤的干馏，可以得到焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等产品
A．①③ B．②④⑥ C．①②⑤ D．③④⑦
A
3．(2020·吉林乾安第二中学检测)下列说法正确的是( )
A．裂化汽油和直馏汽油都可以与溴水反应使其褪色
B．煤通过干馏可获得焦炉气、煤焦油、焦炭等
C．石油通过分馏得到的汽油是纯净物
D．煤通过气化、液化这样的物理变化可获得洁净的燃料
B
4．(2020·甘肃陇南第一中学检测)下列说法正确的是( )
A．汽油与水不相溶，可以用裂化汽油萃取溴水中的溴
B．石油含有烷烃、环烷烃、芳香烃，煤含有苯、甲苯、二甲苯等有机物
C．煤的气化、液化是使煤变成清洁能源、减小环境污染的有效途径
D．沸点范围：汽油>
C
5．如图所示，将浸透了石蜡油(17个碳以上的液态烷烃混合物)的石棉放在硬质玻璃管的底部，试管中加入碎瓷片，给碎瓷片加强热，石蜡油蒸气通过炽热的碎瓷片表面发生反应，生成一定量的气体。利用该气体进行如下实验：
①将生成的气体通入酸性高锰酸钾溶液后，酸性高锰酸钾溶液褪色。
②将生成的气体通入溴的四氯化碳溶液中，溴的四氯化碳溶液也褪色。
请回答下列问题：
(1)实验装置中石棉的作用是________________，碎瓷片的作用是____________。
(2)酸性高锰酸钾溶液褪色，有机化合物发生的化学反应的类型是______________。
(3)溴的四氯化碳溶液褪色，有机化合物发生的化学反应的类型是______________。
(4)假设石蜡油中的某种烃的化学式为C18H38，1 mol C18H38发生裂化(分解)反应生成1 mol辛烷和1 mol烃A,则烃A的化学式为______，1 mol辛烷又发生裂化反应生成1 mol丁烷和1 mol烃B,则烃B化学式为____，1 mol丁烷又发生裂化反应生成了1 mol乙烷和1 mol烃C，则烃C与溴的四氯化碳溶液反应的化学方程式为_________________________________
石蜡油的载体
催化剂
氧化反应
加成反应
C10H20
C4H8
CH2=CH2＋Br2→CH2BrCH2Br
