人教版（2019）高中化学必修二 8.1 自然资源的开发利用 课件（50张ppt）

(共50张PPT)
第八章 化学与可持续发展
化学变化----提供--人类生存和发展的物质条件
（主要包括获得有用物质和获得能量），
化学变化----创造自然界原本没有的物质
（主要指有机合成高分子化合物--使生活更加方便、舒适；
在开发自然资源的过程中，
深刻地认识到保护周围环境、维护生态平衡的重要性，
建立可持续发展的观念。
第一节 自然资源的开发利用
当今世界全球资源、能源供应紧张与人口迅速增长的矛盾日益突出.
金属矿物和海水资源同人类的生活有着日益紧密的联系.
化学在自然资源合理开发和综合利用中的意义和作用尤为重要
春秋时期的《考工记》一书中，提出了配制不同青铜器的6种铜锡比例，称为“六齐”规则，这是世界上最早论述合金成分的著作。
书中把所有青铜器归纳成6大类，每类的含锡量依次递增，使合金的性能和色泽发生变化，以适合不同方面的用途。“六齐”规则是“六分其金而锡居一，谓之钟鼎之齐；五分其金而锡居一，谓之斧斤之齐；四分其金而锡居一，谓之戈戟之齐；三分其金而锡居一，谓之大刃之齐；五分其金而锡居二，谓之削杀矢之齐；金锡半，谓之鉴燧之齐。”
近年来，有关人员检验了600多件古代青铜器，成分都很合理。古代没有任何分析手段，却能将青铜器的成分掌握得如此准确，令人惊奇。
我国古代高超的合金生产技术
著名的商代司母戊大鼎
是当时冶铸业的“代表作”。
它器型雄伟，花纹瑰丽，
重达875 kg，
是世界文化宝库的奇珍。
金属矿产资源简介(中国)
　　中国金属矿产资源品种齐全，储量丰富，分布广泛。已探明储量的矿产有54种。即；铁矿、锰矿、铬矿、钛矿、钒矿、铜矿、铅矿、锌矿、铝土矿、镁矿、镍矿、钴矿、钨矿、锡矿、铋矿、钼矿、汞矿、锑矿、铂族金属(铂矿、钯矿、铱矿、铑矿、锇矿、钌矿)、金矿、银矿、铌矿、钽矿、铍矿、锂矿、锆矿、锶矿、铷矿、铯矿、稀土元素(钇矿、钆矿、铽矿、镝矿、铈矿、镧矿、镨矿、钕矿、钐矿、铕矿)、锗矿、镓矿、铟矿、铊矿、铪矿、铼矿、镉矿、钪矿、硒矿、碲矿。各种矿产的地质工作程度不一，其资源丰度也不尽相同。有的资源比较丰富，如钨、钼、锡、锑、汞、钒、铁、稀土、铅、锌、铜、铁等；有的则明显不足，如铬矿。
非金属矿产资源简介(中国)
　　中国非金属矿产品种很多，资源丰富，分布广泛。已探明储量的非金属矿产有88种，为金刚石、石墨、自然硫、硫铁矿、水晶、刚玉、蓝晶石、夕线石、红柱石、硅灰石、钠硝石、滑石、石棉、蓝石棉、云母、长石、石榴子石、叶蜡石、透辉石、透闪石、蛭石、沸石、明矾石、芒硝、石膏、重晶石、毒重石、天然碱、方解石、冰洲石、菱镁矿、萤石、宝石、玉石、玛瑙、颜料矿物、石灰岩、泥灰岩、白垩、白云岩、石英岩、砂岩、天然石英砂、脉石英、粉石英、天然油石、含钾砂页岩、硅藻土、页岩、高岭土、陶瓷土、耐火粘土、凹凸棒石粘土、海泡石粘土、伊利石粘土、累托石粘土、膨润土、铁矾土、其他粘土、橄榄岩、蛇纹岩、玄武岩、角闪岩、辉长岩、辉绿岩、安山岩、闪长岩、花岗岩、珍珠岩、浮石、霞石正长岩、粗面岩、凝灰岩、火山灰、火山渣、大理岩、板岩、片麻岩、泥炭、盐矿、钾盐、镁盐、碘、溴、砷、硼矿、磷矿。
菱锰矿
常见的金属矿物
金属元素在自然界中的分布很广，除了极少数不活泼的金属(如铂、金、银等)有单质(游离态)存在外，其余大多数以化合物(化合态)存在．化合态的金属在自然界以矿物形式存在．含有矿物的岩石称为矿石．
铁的矿物主要有赤铁矿、磁铁矿、菱铁矿等．铜的矿物主要有黄铜矿、孔雀石、斑铜矿等．铝的矿物主要有铝土矿和明矾石等．
用金属矿石可以冶炼金属．
黄铜矿
菱铁矿
铝土矿
铜铅锌矿
一 金属矿物的开发利用
金属元素在自然界中的存在、分布；
金属资源的开发；
金属冶炼；
人类冶炼和使用金属的历史；
金属资源的回收和再利用；
⑴冶炼金属的原理:
用还原的方法使金属化合物中金属离子得到电子变成金属原子
氧化还原反应
⑵冶炼金属的实质:
1、金属冶炼原理
⑴步骤：
①矿石的富集
②冶炼
③精炼
2、金属冶炼过程
①热分解法
②热还原法
③电解法
⑵冶炼金属的方法
钠、镁、铝、钙、钾
活动性介于镁和铜之间的金属
不活泼金属
2HgO==2Hg+O2↑ 2Ag2O==4Ag+O2↑
Fe2O3+3CO====2Fe+3CO2 WO3+3H2====W+3H2O Cr2O3+2Al====2Cr+Al2O3
高温
高温
高温
2Al2O3（熔融）====4Al+3O2↑ 2NaCl （熔融） ====2Na+Cl2↑
电解
电解
金属的活动顺序： K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb（H）Cu Hg Ag Pt Au
金属原子失电子能力 强 → 弱
金属离子得电子能力 弱 → 强
主要冶炼方法 电解法 热还原法 热分解法
金属活动顺序与金属冶炼
炼钢炼铁
大多数金属矿石里含有杂质，如石英、石灰等，因此在冶炼金属时首先需要富集矿石。
在富集好的矿石中利用不同方法将金属还原出来，最后进行提纯。
3、合理开发利用金属资源
⑵金属的回收和资源保护
①节约矿物资源
②节约能源
③减少环境污染
回收金属的实例
①废旧钢铁用于炼钢
②废铁屑用于制铁盐
③定影液用于回收银
⑴合理开发利用金属资源：
①提高金属矿物利用率
②开发环保高效金属冶炼方法
③防止金属腐蚀
④加强金属回收再利用
为什么人类使用铁器比使用铜器晚？
金属使用的先后与金属冶炼的难易有关
热还原法
Fe2O3＋3CO == 2Fe＋3CO2
高温
炼铁的高炉(反应原理)
电解法
在金属活动性顺序中，钾、钠、钙等几种金属的还原性很强，这些金属都很容易失去电子，因此不能用一般的方法和还原剂使其从化合物中还原出来，只能用通电分解其熔融盐或氧化物的方法来冶炼。
二、海水资源的开发利用
1、海水资源的广阔性
约占地球表面积的71%
水的储量约为1.3×109亿吨，约占地球总水量的97%
含有很多种常量元素和微量元素。
2、海水资源的多样性
与岩石、大气和生物的相互作用，
溶解和悬浮着大量的无机物和有机物，
H、O两种元素，加上Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr等11种元素超过总量的99%，
其他为微量元素，总计含有80多种元素。
3、海水资源的分散性
元素种类很多，总储量很大，
元素的富集程度很低。
例如，海水中金元素的总储量约为5×107t，
而1t海水中的含量仅有4×10－6g。
4、海水中水资源利用的项目
海水的淡化
直接利用海水的循环冷却
5、海水的淡化
⑴途径
①提取淡水
②从海水中把盐分离
⑵海水淡化的方法及其特点
主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。
蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善，但成本较高。
6、海水综合利用的重要方向
⑴海水淡化同化工生产结合、
⑵同能源技术结合
①从海水中制得的氯化钠除食用外，还用作工业原料，
②生产烧碱、纯碱、金属钠以及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工产品。
③从海水中制取镁、钾、溴及其化工产品，是在传统制盐工业上的发展。
④从海水中获得其他物质和能量具有广阔的前景。
铀和重水--核能开发中的重要原料，
从海水中提取铀和重水对一个国家来说具有战略意义。
⑤化学在开发海洋药物方面也将发挥越来越大的作用。
⑦潮汐能、波浪能等也是越来越受到重视和开发的新型能源。
7、海水中提取溴的实验
实验方法：
⑴蒸馏法浓缩海水，用硫酸将浓缩的海水酸化。
⑵向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质。
⑶向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内。
⑷向吸收塔中溶液内通入适量的氯气。
⑸用CCl4萃取吸收塔中溶液里的溴单质。
化学方程式：
2NaBr＋Cl2 == Br2＋2NaCl
Br2＋SO2＋2H2O == 2HBr＋H2SO4
2HBr＋Cl2== Br2＋2HCl
三、煤、石油和天然气的综合利用
1、煤
2、石油
3、天然气
煤矿 石油化工厂
天然气运输
思考：煤燃烧有哪些缺点？
产生大量的煤灰、煤渣、
废气（二氧化硫、氮的氧化物、碳的氧化物和烟尘等）
污染环境，燃烧效率低！
1、煤
⑴组成：
由有机物和少量无机物所组成的复杂的混和物
主要以碳元素为主，还有少量H、O、N、S
⑵综合利用
干馏、气化、液化
----化学变化
煤不是碳
⑵ 煤的综合利用
①煤气化和液化
a气化:
b液化:
★直接液化 煤与氢气生成液体燃料
概念：把煤转化为可燃性气体的过程。
方程式：碳和水蒸气的反应：C(s)+H2O(g) = CO(g)+H2(g)
CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)
★间接液化 先转化为CO、H2---催化剂作用下合成甲醇
CO(g)+2H2(g)=CH3OH(l)
②煤的干馏：
把煤隔绝空气加强热使它分解的过程
②煤的干馏：
3．U形管底部还有还有一种黑褐色粘稠的油状物生成，这是煤焦油和粗氨水。
2．点燃导管尖嘴处，有淡蓝
色火焰燃烧
焦炉煤气：氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳
1．玻璃管中的烟煤粉最后变
成黑灰色固体物质
这是焦炭；
煤的综合利用 干馏 气化 液化
原理 使煤隔绝空气加强热，使其分解的过程 把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程 把煤转化为液体燃料的过程
原料 煤 煤 煤
产品 焦炭、煤焦油、焦炉气 氢气、一氧化碳 液体燃料（甲醇、汽油等）
总 结
煤的液化
煤的液化
直接液化
间接液化
直接液化就是煤在高温高压下加氢催化裂化，转变成油料产品
煤的液化分直接液化和间接液化两种。
间接液化就是先使煤转化为一氧化碳和氢气，然后在高温、高压以及催化剂的作用下生成液态烃、甲醇等有机物
“煤变油”是20世纪20年代德国的两位科学家发明的。即煤炭的液化，就是指以煤炭为原料制取汽油、柴油、液化石油气的技术。
　　
我国煤炭资源丰富，为保障国家能源安全，满足国家能源战略对间接液化技术的迫切需要，2001年国家科技部“863”计划和中国科学院联合启动了“煤制油”重大科技项目。两年后，承担这一项目的中科院山西煤化所已取得了一系列重要进展。与我们常见的柴油判若两物的源自煤炭的高品质柴油，清澈透明，几乎无味，柴油中硫、氮等污染物含量极低，十六烷值高达75以上，具有高动力、无污染特点。这种高品质柴油与汽油相比，百公里耗油减少30%，油品中硫含量小于0．5×10－6，比欧Ⅴ标准高10倍，比欧Ⅳ标准高20倍，属优异的环保型清洁燃料。
煤可以变成油吗？
外观：棕黑色粘稠液体
⑴组成元素：C、H（最主要）（平均97%-98%） O、N、S
化学成分：烷烃、环烷烃、芳香烃、一般不含烯烃
石油：烃的混合物，没有固定的熔、沸点。
2、石油
开采出来的石油--原油---加工处理---各种成品，如汽油、柴油等。
原油含水盐类、含水多，在炼制时要浪费燃料，含水量盐多会腐蚀设备。
原油必须先经脱水、脱盐等处理过程才能进行炼制。
①石油的分馏
②石油的裂化
③石油的裂解
⑵石油的综合利用
通过加热和冷凝,可以把石油分成不同沸点范围的产物。
原油
分馏
脱水
脱盐
石油气Ｃ4以下
汽油Ｃ5－Ｃ11
煤油Ｃ11－Ｃ16
柴油Ｃ15－Ｃ18
重油（沥青等）Ｃ20以上
分馏塔
①石油的分馏：物理方法
分馏产物:混合物 是碳原子在一定范围内的混合物。
分离液体混合物的重要方法-----蒸馏
石油分馏模拟装置
烃的沸点：随碳原子数目增多而增大
福建联合石油化工有限公司
②石油的裂化
C16H34 催化剂 C8H18 + C8H16
加热加压
裂化目的:提高轻质液体燃料的产量.
特别是提高汽油的产量。
相对分子质量大
沸点高的烃
相对分子质量小
沸点较低的烃
③石油的裂解---(采用更高的温度)
裂解目的: 获得乙烯、丙烯等小分子烃。
石油裂解即石油分馏产物的深度裂化
(石油裂解气中乙烯含量较高)
石油炼制方法
分馏
裂化
裂解
原理
变化
主要原料
目的
主要产品
利用各成分沸点的不同,用蒸发和冷凝的方法把石
油分成不同沸点范围的分馏产物
分子质量大、沸点高
的烃断裂为相对分子
质量小、沸点较低的烃
长链烃断裂为
短链气态小分子烃。
石油气,汽油,煤油,
柴油,润滑油,重油等
汽油
乙烯、丙烯、
1，3－丁二烯等
得到各种不同
沸点范围的烃。
提高汽油的
产量和质量
短链气态不饱和烃组成得裂解气
原油
重油
石油分馏产品
物理变化
化学变化
化学变化
[小结] 分馏与裂化、裂解的对比
[化学史介绍]
１.19世纪30年代，欧洲经历空前的技术革命，煤炭工业的蒸蒸日上。
２.煤焦油造成严重污染，要想变废为宝，必须对煤焦油进行分离提纯。
３.煤焦油焦臭黑粘，化学家们忍受烧熏蒸，工作在炉前塔旁。
４.1825年6月16日，法拉第向伦敦皇家学会报告，发现一种新的碳氢化合物 。
５.日拉尔等化学家测定该烃的分子式是 C6H6，这种烃就是苯。
3、天然气
⑴组成：
气态烃，主要是甲烷
⑵综合利用
清洁能源
化工原料—合成氨、生产甲醇
新疆亿吨级油气田