人教版高中化学必修二 第四单元 化学与自然资源的开发利用 教案

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内容
课题
第四章 化学与自然资源的开发利用
修改与创新
教学
目标
1.知识和技能
（1）以海水资源、金属矿物的综合利用为例，了解化学方法在实现物质间转化中的作用。认识化学在自然资源综合利用方面的重要价值。
（2）认识化石燃料综合利用的意义。
（3）过简单实例了解常见高分子材料的合成反应，能举例说明高分子材料在生活等领域中的作用。
（4）以酸雨的防治和无磷洗涤剂的使用为例，体会化学对环境保护的意义。
2．过程与方法目标
（1）通过对教材中“原油的分馏及裂化的产品和用途示意图”阅读分析，提高学生读图能力。
（2）学习阅读课本或通过上网、到图书馆等途径查阅资料获取信息的方法，培养对所获信息进行加工，归纳概括形成一定结论的能力。
3．情感态度与价值观目标
（1）学生认识和体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，体会保护金属、海水资源的重要性。
（2）认识煤、石油和天然气等化石燃料综合利用的意义，认识化学不仅在资源开发上能发挥重要作用，在资源的综合利用与环境保护方面同样有用武之地。利用化石燃料这些人类重要自然资源的综合利用中过程的利弊来感受人与社会的和谐发展。
（3）培养学生绿色化学思想和环境意识。
教学重、
难点
以海水资源、金属矿物的综合利用为例，了解化学方法在实现物质间转化中的作用。认识化学在自然资源综合利用方面的重要价值。以酸雨的防治和无磷洗涤剂的使用为例，体会化学对环境保护的意义。
教学
过程
一.金属矿物的开发和利用
1.金属元素在自然界存在的形态：
(1)游离态：极少数的不活泼金属(金、铂等)以游离态存在(单质的形式)
(2)化合态：绝大多数金属在自然界中是以化合态(化合物的形式)存在，如铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。
2.金属的冶炼：金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中还原出来的生产过程。
(1)金属冶炼的一般方法：金属的活动性不同，冶炼的方法不同。
①热分解法：对于不活泼金属(活动顺序中，Hg及Hg以后)可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来，例如：
2HgO2Hg+O2↑
2Ag2O4Ag+O2↑
②热还原法：在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属(Zn-------Cu), 通常是在高温下用还原剂(C、CO、H2、活泼金属等)将金属从其化合物中还原出来，例如：
Fe2O3+3CO 2Fe + CO2↑
WO3 + 3H2 W +3H2O
ZnO + C Zn + CO↑
Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3(铝热反应)
Cr2O3+2Al 2Cr+ Al2O3(铝热反应)
③电解法：非常活泼的金属(活动顺序中：K------ Al)用一般的还原剂很难将它们还原出来，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，例如：
2NaCl(熔融) 2Na + Cl2↑
MgCl2(熔融) Mg + Cl2↑
2Al2O3 (熔融)4Al + 3O2↑
有些金属可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来，例如：冶炼铜
Cu2S + O2 2Cu + SO2
3.铝热反应
(1)操作：
①把两张滤纸分别折叠成漏斗状套在一起(内层滤纸底部剪一小孔，用水湿润)架在铁架台上，下面放置一盛沙子的蒸发皿。
②将5g干燥的氧化铁粉末和2g铝粉均匀混合后放入纸漏斗中，混合物上面加少量氯酸钾固体，中间插一根用砂纸打磨过的镁条。
③用燃着的小木条点燃镁条，观察现象。
(2)现象：
①镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的白光。
②引起混合物剧烈燃烧，发光发热。
③纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，除去外层熔渣(Al2O3)，可以发现落下的是铁珠。
(3)反应：Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3(铝热反应)
(4)铝热剂及应用：
①铝热剂：铝粉与某些金属(比铝不活泼的金属)氧化物的混合物。在高温下发生反应，放出大量的热，其混合物称为铝热剂；反应称为铝热反应。
②铝热反应的特点：在高温下引燃后剧烈反应，放出大量的热，产生高温，使被还原出来的金属熔化，与熔渣分离。体现铝的还原性、氧化铝高熔点的性质。
③铝热反应的应用：焊接钢轨；冶炼高熔点金属：V、Cr、Mn等；
4.常见金属的冶炼原理
金属
冶炼原理
Fe
Fe2O3+3CO2Fe + CO2↑
Fe2O3+2Al2Fe + Al2O3(铝热反应)
Cu
Cu2S + O22Cu + SO2(火法炼铜)
Fe＋CuSO4 === FeSO4 ＋ Cu(湿法炼铜)
Mg
MgO＋CMg(g)＋CO(g)
MgCl2(熔融) Mg+ Cl2↑
Al
2Al2O3 (熔融)4Al + 3O2↑
Na
2NaCl(熔融) 2Na + Cl2↑
金属提炼一般步骤：
①矿石的富集、除杂；②冶炼；③精炼。
二.海水资源的开发利用
1. 海水淡化——从海水中提取淡水 海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。
原理：
加热到水的沸点，液态水变为水蒸气与海水中的盐分离，水蒸汽冷凝得到淡水。
海水浓缩 过滤 蒸发结晶
2.验证海带中有碘离子
(1)实验方法：
①称取3 g干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净。(不要用水洗，有I-)。将海带剪碎，用酒精润湿(便于灼烧)后，放在坩埚中。 ②用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完全成灰，停止加热，冷却。 ③将海带灰转移到小烧杯中，向烧杯中加入10 mL蒸馏水，搅拌，煮沸2 min－3 min，使可溶物溶解，过滤。 ④向滤液中滴入几滴硫酸，再加入约1 mL H2O2溶液，观察现象。取少量上述滤液，滴加几滴淀粉溶液，观察现象。
(2)流程图
残渣
海带 海带灰 含I-的溶液 含I2的溶液 含I2的有机溶液
3.海水中提取溴的实验
(1)用蒸馏法将海水浓缩。用硫酸将浓缩的海水酸化。
(2)向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质。
(3)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。转化为氢溴酸
(4)向吸收塔中溶液内通入适量的氯气。最后经蒸馏可得液溴 (用CCl4萃取)
浓缩海水 溴单质(粗) 氢溴酸 单质溴
写出其中的化学方程式或离子方程式： ，
4.海水提镁
粗盐 精盐
海水蒸发
母液→Mg(OH)2 MgCl2?H2O MgCl2 Mg
石灰乳 CaO 贝壳
煤、石油、天然气的综合利用：从煤、石油、天然气获得基本化工原料。
煤的综合利用：
(1)煤的成分：煤是又有机物和少量的无机物组成的复杂混合物。其组成以碳元素为主，还含有H、O、N、S 等元素。
(2)煤的综合利用途径：通过煤的干馏、煤的气化和液化获得洁净的燃料和多种化工原料。，
①煤的干馏：将煤隔绝空气加强热使之分解的过程叫做没得干馏，也叫煤的焦化。
气体：焦炉气：H2、CH4、C2H4、CO （燃料、化工原料）
粗氨水 ：氨、铵盐 （化肥）
液体 粗 苯 ：苯、甲苯、二甲苯 （炸药、染料、合成材料）
煤干馏的主要产品 酚类、奈 （染料、农药、合成材料）
煤焦油
沥青 （筑路材料、制碳素电极）

固体 ：焦炭 （冶金、合成氨造气、电石、燃料）
②煤的气化：将煤转化为可燃性气体 过程。（主要反应是碳和水蒸气反应生成水煤气等）

主要反应： C(s) ＋ H2O(g) CO(g) ＋ H2(g)
水煤气
直接液化：煤 + H2 液体燃料
③煤的液化
间接液化：煤 H2 ＋ CO 甲醇（CH3OH）
2.天然气的综合利用
（1）气体燃料的优点：气体燃料与空气混合充分，容易完全燃烧，与固体燃料相比有较高的利用率。气体燃料便于管道运输，使用方便（易点燃，易熄灭），且清洁卫生。
（2）天然气是一种高效、清洁的燃料：随着我国“西气东输”管线的全面贯通，越来越多的地区将使用天然气。2007年7月4日前，北京将完成全部煤气置换天然气，成为全国第一个全部使用清洁能源的大型城市。广州市也将在2010年全部完成天然气的置换。一个“天更蓝、水更清、树更绿、花更艳”，生活更美好的天然气时代即将到来。
（3）天然气是一种重要的化工原料，主要用于合成氨和生产甲醇以及合成分子内含两个或多个碳原子的其他有机化合物。
3.石油的综合利用：石油炼制后的产品绝大多数用作燃料使用，不到10%的石油转化为化工原料。
I.石油的成分：石油是由多种碳氢化合物（烷烃、环烷烃及少量的芳香烃）组成的混合物。
（没有固定的沸点）
原油： 未经加工的石油叫原油，是一种棕黑色粘稠液体，不能直接使用。
Ⅱ.石油的炼制
（1）石油的分馏（物理加工过程）：
A.石油分馏的原理：利用各种烃的沸点不同，将石油不断的加热----汽化----冷凝---液化，把石油分离成不同 沸点范围 的蒸馏产物（叫做馏分，仍然是混合物）的过程叫做石油的分餾。
B.实验室蒸馏石油的装置（如下图）：

① 仪器名称： ① 温度计 ；
② 蒸馏烧瓶 ；

⑥ ③ 冷凝器 ；
③ ④ 接收器 。
②
④
图中：⑤是 冷 水进口；
⑥是 热 水出口。
装置②中要加 碎瓷片 ，以防止 暴沸 。

石油气 液化石油气。
C.石油分馏主要产品
汽油、煤油、柴油、重油 等。
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（2）石油的裂化（化学加工过程）：在一定条件下，将相对分子质量较 大、沸点较高 的
烃断裂为相对分子质量较小 的烃的过程。
主要目的：提高轻质油（汽油、煤油、柴油）的产量，同时得到石油裂化气。
原 料：石油分馏产品（重油）
反 应：以十六烷的催化裂化反应为例：
C16H34 C8H18 ＋ C8H16
十六烷 辛烷 辛烯
C8H18 C4H10 ＋ C4H8
辛烷 丁烷 丁烯
C4H10 CH4 ＋ C3H6
丁烷 甲烷 丙烯
C4H10 C2H6 ＋ C2H4
丁烷 乙烷 乙烯
裂化气 （含乙烯、丙烯、甲烷等）
;主要产品：重油
汽油、煤油、柴油
分馏所得汽油（直镏汽油）：烷烃
汽油：C5～C11的烃的混合物
裂化所得汽油：烷烃和不饱和烃（具有烯烃的性质）
（3）石油的裂解（深度裂化—化学加工过程）：采用比催化裂化更高的温度，使碳碳键断裂
的更彻底，。主要目的得到气态的不饱和烃。
原 料：汽油
主要目的：制得石油裂解气，进行三大合成。
主要产品： 汽油 石油裂解气（含乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯）

（4）石油的催化重整：石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构的重新调整，使链状
烃转化为环状烃（如苯或甲苯等）

二、以煤、石油、天然气为原料生成合成材料
1. 三大合成材料（合成有机高分子）
（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。
①塑料的主要成分：合成树脂+添加剂（增塑剂、防老化剂等）
热塑性塑料：可以反复加工，多次使用（聚乙烯聚氯乙烯等）
②塑料的性能
热固性塑料：一次加工成型，受热不软化（酚醛塑料）

（2）合成纤维
植物纤维 ：棉花、木材、亚麻（成分：纤维素）
天然纤维
动物纤维 ：羊毛、蚕丝（成分：蛋白质）
纤维
人造纤维：人造棉、人造丝、人造毛（成分：纤维素）
化学纤维
合成纤维：六大纶（涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶）
（是利用石油、天然气、煤和农副产品为原料制成的）
（3）合成橡胶： 顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、硅橡胶等。
2.合成有机高分子的反应：
聚合反应：在一定条件下，由小分子（单体）合成高分子（分子量巨大的化合物）的反应。
聚合反应 加成聚合（加聚反应）：由单体生成高分子的反应。
缩合聚合（缩聚反应）：由单体生成高分子的同时还有小分子生成，
（1）加聚反应：
①由乙烯制聚乙烯：n CH2错误！未找到引用源。CH2
乙烯 聚乙烯
单 体： CH2错误！未找到引用源。CH2
链 节： －CH2－CH2－
高聚物：
聚合度： n
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②由丙烯制聚丙烯：n CH2错误！未找到引用源。CH－GH3
③由甲基丙烯酸甲酯制聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）：


n CH2错误！未找到引用源。CH－COOCH3


（2）缩聚反应：制涤纶、尼龙（锦纶）、醇酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂

n HO－C－－ －G－OH + n HO－CH2－CH2－OH
（对苯二甲酸） （乙二醇）

+ （2n－1）H2O
聚酯纤维（涤纶）
三、塑料制品的回收和利用
1.白色污染：聚乙烯等固体废旧塑料很难以降解，随意丢弃引起土壤和水体的污染。
2.治理措施：（1） 使用、加强 。
（2）开发 的新型塑料：淀粉塑料、乳酸塑料、水溶塑料、光解塑料等。
板书
设计
第一节 金属矿物的开发利用
一 金属活动顺序与金属冶炼方法有何关系？
金属冶炼的一般方法：金属的活动性不同，冶炼的方法不同。
①热分解法：对于不活泼金属(活动顺序中，Hg及Hg以后)可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来，例如：
2HgO2Hg+O2↑
2Ag2O4Ag+O2↑
②热还原法：在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属(Zn-------Cu), 通常是在高温下用还原剂(C、CO、H2、活泼金属等)将金属从其化合物中还原出来，例如：
Fe2O3+3CO 2Fe + CO2↑
WO3 + 3H2 W +3H2O
ZnO + C Zn + CO↑
Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3(铝热反应)
Cr2O3+2Al 2Cr+ Al2O3(铝热反应)
③电解法：非常活泼的金属(活动顺序中：K------ Al)用一般的还原剂很难将它们还原出来，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，例如：
2NaCl(熔融) 2Na + Cl2↑
MgCl2(熔融) Mg + Cl2↑
2Al2O3 (熔融)4Al + 3O2↑
有些金属可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来，例如：冶炼铜
Cu2S + O2 2Cu + SO2
二 海水资源的开发利用
1. 海水淡化——从海水中提取淡水 海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。
原理：
加热到水的沸点，液态水变为水蒸气与海水中的盐分离，水蒸汽冷凝得到淡水。
海水浓缩 过滤 蒸发结晶
2.验证海带中有碘离子
第二节 资源综合利用 环境保护
一 煤、石油和天然气的综合利用
1.煤的综合利用
2.天然气的综合利用
3.石油的综合利用：
二 环境保护与绿色化学
教学
反思