人教版（2019）高中化学 必修二 学案 8.1自然资源的开发利用

112776001136650000自然资源的开发利用
【学习目标】
1.了解金属冶炼的原理和方法，理解铝热反应的实质。
2.了解海水淡化的方法，了解海水资源的开发利用的原理。
3.了解煤、石油、天然气的综合利用方法，了解三大合成材料。
【学习重难点】
重点：了解金属冶炼的原理和方法，了解海水资源的开发利用的原理。
难点：了解煤、石油、天然气的综合利用方法。
【学习方法】
阅读、反思、归纳、总结。
【学习过程】
【知识梳理】
一、金属矿物的开发利用
思考1：铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么人类对铝的使用比铁、铜晚得多？
____________________________________________________________________。
回归教材
1．金属在自然界中的存在
在地壳中除了金、铂等少数极不活泼的金属外，绝大多数金属元素以______形式存在于自然界。
2．金属冶炼的实质
金属元素只有正价，所以金属的冶炼过程就是把金属________________的过程。
3．金属冶炼的方法
（1）热分解法
如由HgO、冶炼Hg、Ag

（2）热还原法
①CO还原
②还原：
③C还原CuO：
（3）电解法
工业上用电解法冶炼Na、Mg、Al的化学方程式分别为：
______________________、______________________、______________________。
二、海水资源的开发利用
思考2：现有以下化工生产过程：①海水的淡化；②海水中提取食盐；③海水中提取金属镁；④海水中提取碘；⑤海水中提取溴。其中涉及氧化还原反应的有________。
回归教材
1．海水水资源的利用
（1）海水的淡化方法主要有__________、__________和__________等。
（2）蒸馏法
原理：利用水的沸点低，蒸馏时水汽化，而其他物质沸点高，不能汽化，水蒸气冷却得到淡水。
注意：①海水蒸馏原理的装置中冷却水的流向（低进高出），目的是保证冷凝管中充满冷却水，冷却效果更好和冷凝水的利用效率更高。
②为防止暴沸，海水中必须加入碎瓷片。
2．海水化学资源的开发利用
三、煤、石油和天然气的综合利用
思考3：煤的干馏与石油的分馏有何不同？
____________________________________________________________。
回归教材
1．煤的综合利用
（1）煤的组成
有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含有____元素，还含有____、____、____、____等元素。
（2）煤的综合利用
①煤的干馏
煤的干馏指将煤______________使之分解的过程，工业上也叫__________。
②煤的气化
将煤转化为____________的过程，目前主要方法是碳和水蒸气反应制水煤气。化学方程式为______________________。
③煤的液化
直接液化：让煤与______作用生成液体燃料。
间接液化：先把煤转化为________，再在催化剂作用下合成______等液体燃料。
2．石油的综合利用
（1）石油的成分
石油主要是由多种__________组成的混合物。
（2）石油的分馏
利用原油中各组分______的不同，将复杂的混合物分离成较简单和更有用的混合物的过程叫做分馏。分馏是__________变化。其主要目的是得到______、______、______等轻质油。
（3）石油的裂化
①条件：催化剂、高温。
②过程：含碳原子较多，沸点较高的烃断裂为含__________________的烃，裂化是__________变化。
③主要目的：将重油转化为轻质油，提高轻质油的产量。
（4）石油的裂解
①定义
石油在更高的______下发生______裂化，石油中的烃分子断裂成以乙烯、丙烯为主的________。
②生产目的：生产______、丙烯、甲烷等重要基本化工原料。
3．天然气的综合利用
（1）主要成分是______，是一种清洁的化石燃料和重要的化工原料。
（2）天然气与水蒸气反应制取H2。
原理：
4．三大合成材料
（1）三大合成材料：__________________。
（2）加成聚合反应
合成聚乙烯的化学方程式为______________________，单体为__________，
链节为____________，聚合度为____。
四、环境保护与绿色化学
思考4：在下列制备环氧乙烷的反应中，最符合“绿色化学”思想的是________。
【知识拓展】
一、金属的冶炼
1．金属冶炼方法与金属活动性顺序的关系
金属活动性顺序
K、Ca、Na、Mg、Al
Zn、Fe、Sn、Pb（H）、Cu
Hg、Ag
Pt、Au
自然界中存在形态
化合态
多数化合态，极少游离态
游离态
主要冶炼方法
电解法
热还原法
热分解法
金属的富集
2．铝热反应
（1）原理
铝将金属氧化物中化合态的金属还原为金属单质，如、、、、、等。
（2）反应特点
①引燃剂：镁条、氯酸钾。
②反应条件：高温。
③反应现象：剧烈燃烧，放出大量的热，导致混合物剧烈反应过后，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。
④结论：中的铁被还原为单质铁，单质铝被氧化为，由熔融物及铁珠可知此反应放出大量的热，使生成的铁熔化为铁水。
（3）应用
①野外焊接钢轨。
②冶炼高熔点金属。
【例1】冶炼金属一般有下列四种方法：
①焦炭法；②水煤气（或或CO）法；③活泼金属置换法；④电解法。
四种方法在工业上均有应用。古代有（Ⅰ）火烧孔雀石法炼铜，（Ⅱ）湿法炼铜，现代有（Ⅲ）铝热法炼铬，（Ⅳ）从光卤石（）中炼镁，对它们的冶炼方法分析不正确的是（ ）。
A．（Ⅰ）用① B．（Ⅱ）用② C．（Ⅲ）用③ D．（Ⅳ）用④
二、设计从海水中提取溴、碘的主要工艺流程
1．从海水中提取溴的主要工艺流程
（1）流程
（2）有关反应的化学方程式
①
②
③
2．从海水中提取碘的主要工艺流程
（1）流程
（2）有关反应的离子方程式
【例2】全球海水中溴的蕴藏量丰富，约占地球溴总蕴藏量的99%，故溴有“海洋元素”之称。海水中溴含量约为，其工业提取方法有：
（1）空气吹出纯碱吸收法。方法是将氯气通入到富含溴离子的海水中，使溴置换出来，
再用空气将溴吹出，用纯碱溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到溴单质。该方法涉及的反应有：
①__________________________________________（写出离子方程式）；
②；
③____________________________（写出离子方程式）；其中反应②中氧化剂是________，还原剂是____________。
（2）空气吹出吸收法。该方法基本同（1），只是将溴吹出后是用来吸收的，使溴转化为氢溴酸，然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质溴。
写出溴与二氧化硫反应的化学方程式：__________________________________。
（3）溶剂萃取法。该法是利用单质溴在水中和溶剂中的溶解度不同的原理来进行的。实验室中萃取用到的实验仪器名称是____________。下列可以用于海水中溴的萃取试剂的是______。
①乙醇 ②四氯化碳 ③硝酸 ④己烯
【同步练习】
海带中含碘元素。从海带中提取碘有如下步骤：①通入足量；②将海带焙烧成灰后加水搅拌；③加振荡；④用分液漏斗分液；⑤过滤。合理的操作顺序是（ ）。
A．①②③④⑤ B．②⑤①③④
C．①③⑤②④ D．②①③⑤④
三、设计从海水中提取镁的主要工艺流程
1．分析原理
首先要分析Mg的冶炼原理：,所以我们首先要获得纯净的。
2.分析初始原料
（1）海水中含有，但浓度太低，所以要富集。方法：蒸发浓缩海水。
（2）海水中除含有外，还含有、、、、、等其他可溶性离子，所以还要分离、提纯。分析离子只有与反应生成沉淀，所以我们可以用价格便宜的碱使Mg2＋生成沉淀，从而将分离出来。
3．制得无水
得到的沉淀与盐酸反应生成溶液，进一步处理即可得到无水，电解即可得到镁单质。
【例3】镁是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁从海水中提取，海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：
（1）若在空气中加热，生成的是或MgO，写出相应反应的化学方程式：________________________________________________________。
用电解法制取金属镁时，需要无水氯化镁。在干燥的气流中加热，能得到无水，其原因是________________________________。
（2）沉淀中混有的应怎样除去？写出实验步骤：______________________________________________________________。
（3）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的。
溶解时：____________________________________________________。
过滤时：____________________________________________________。
蒸发时：____________________________________________________。
（4）获得的反应为（不考虑其他反应）。事实上，生产中一直在循环使用。试从理论上分析是否需要补充，简要说明理由。
四、蒸发、蒸馏（分馏）、干馏的对比
蒸发是将溶液中的溶剂加热到沸腾（汽化）而挥发掉，最后余下固体溶质的过程，如蒸发食盐水而得到食盐，用到的仪器主要是蒸发皿。
蒸馏是将液态物质加热到沸腾（汽化），并使其冷凝（液化）的连续操作过程，如分馏原油得到汽油、煤油等，用到的主要仪器是蒸馏烧瓶、冷凝管等。
干馏是将有机物（如煤、木材）在密闭装置（隔绝空气）加强热使其分解的过程。其装置和原理都与蒸发、分馏有较大的区别。干馏属于化学变化。而蒸发、分馏是物理变化。现总结如下表：
蒸发
分馏（装置
见下图）
干馏（装置
见下图）
操作
过程
加热、搅拌
加热和冷凝
隔绝空气加强热
原理
物理变化
物理变化
物理、化学变化
仪器
蒸发皿、玻璃棒、酒精灯、铁架台
蒸馏烧瓶、冷凝管、温度计、锥形瓶、酒精灯、铁架台、牛角管等
大试管、酒精喷灯、铁架台、U形管等
目的
得到固体溶质
分离液体与液体混合物
得到化工原料
分馏
干馏
【例4】下列说法正确的是（ ）。
A．从萃取分液后的溴的四氯化碳溶液中提取溴可以用蒸发的方法
B．将石油进行分馏是利用了物质物理性质的差异
C．利用蒸馏原理从海水中提取淡水是海水淡化技术发展的新方向
D．利用干馏可以把煤中的碳单质与煤焦油等分开
【实验与探究】
海水资源的开发与利用
自然资源的综合利用与可持续发展是当今社会的热点问题，高考中经常以海水资源的综合利用与科技前沿及化学实验结合，考查学生分析问题、解决问题的能力。
实验典例
海水是巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列。从海水中提取食盐和溴的过程如下：
（1）请列举海水淡化的两种方法：________、________。
（2）将溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有H2、________、________或H2、________。
（3）步骤Ⅰ中已获得，步骤Ⅱ中又将还原为，其目的为__________________。
（4）步骤Ⅱ用水溶液吸收，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式为______________________________，由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是____________________。
（5）某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法，查阅了有关资料：的沸点为，微溶于水，有毒性和强腐蚀性。他们参观生产过程后，绘制了如下装置简图：
请你参与分析讨论：
①图中仪器B的名称：______________________________________________；
②整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因为________________；
③实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件：________；
④C中液体产物颜色为________，为除去该产物中仍残留的少量，可向其中加入溶液，充分反应后，再进行的分离操作是____________________。
答案与解析
【知识梳理】
一、
思考1：因为铝的化学性质比较活泼，难于冶炼，所以使用较晚
回归教材
1．化合物
2．从其化合物中还原出来
3．
二、
思考2：答案：③④⑤
回归教材
1．（1）蒸馏法
电渗析法
离子交换法
三、
思考3：煤的干馏是在隔绝空气加强热的条件下发生的复杂的物理变化和化学变化的过程，而石油的分馏是根据沸点不同将石油中各成分分离开的过程，是物理变化
回归教材
1．（1）碳
氢
氧
氮
硫
（2）①隔绝空气加强热
煤的焦化
氨、铵盐
苯、甲苯、二甲苯
碳
②可燃性气体
③氢气
一氧化碳和氢气
甲醇
2．（1）碳氢化合物
（2）沸点
物理
汽油
煤油
柴油
（3）②碳原子较少，沸点较低
化学
（4）①温度
深度
短链烃
②乙烯
3．（1）
4．（1）塑料、合成橡胶、合成纤维
（2）
四、
思考4：C
回归教材
1．（1）废气、废水、废渣
2．（2）100%
【知识拓展】
【例1】B
解析：（Ⅰ）（Ⅱ）（Ⅲ）（Ⅳ）发生的反应分别是：
（Ⅰ），，符合①；
（Ⅱ），符合③；
（Ⅲ），符合③；
（Ⅳ）先从光卤石中提取，再电解，，符合④。
【例2】答案：（1）
（2）
（3）分液漏斗
②
解析：本题主要是根据信息书写化学方程式。（1）由方程式②可知用纯碱溶液吸收后，溶液中溴元素以、形式存在，溴元素的化合价分别为、，在酸性条件下又生成0价的，所以反应③的反应物为、、，生成物为和。（3）萃取剂的条件：a.不能与所要萃取的混合液发生反应（己烯中含有碳碳双键，与溴水发生加成反应，所以④不可以，如果是己烷就可以）；b.不能溶于水（乙醇、硝酸均易溶于水，所以①③均不可以）；c.要萃取的物质易溶于萃取剂（溴易溶于四氯化碳），所以只有②符合。
【同步练习】B
解析：从海带中提取碘单质，首先把海带中的溶于水，然后再氧化为单质，最后萃取、分液。
【例3】答案：（1），
在干燥的气流中加热，抑制了的水解，并带走了受热产生的水蒸气，故能得到无水
（2）加入溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤
（3）搅拌，加速溶解
使待滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外洒
搅拌，防止因局部过热引起液滴或晶体飞溅
（4）不需要补充，因为；依氯元素守恒可以看出理论上不需要补充。
解析：（1）根据信息书写化学方程式，首先分析反应物、生成物的化合价可知，此反应不是氧化还原反应，反应物是，如果生成物为，根据质量守恒定律，生成物除外，还有和，即；同理我们也可以写出生成MgO的化学方程式。（2）因为的溶解度小于，可以加入氯化镁溶液发生反应，易溶于水而除去。（4）在工业生产中注重效益，可以循环使用，根据氯元素守恒的定律可知理论上不需要补充。
【例4】B解析：从萃取分液后溴的四氯化碳溶液中提取溴可以用蒸馏的方法；利用蒸馏原理从海水中提取淡水是海水淡化技术的一种传统方法；煤中不含有碳单质，且煤的干馏是化学变化。
【实验与探究】
答案：（1）蒸馏法、电渗析法、离子交换法及其他合理答案中的任意两种
（2）
（3）富集溴元素
（4）
强酸对设备的严重腐蚀
（5）①冷凝管
②腐蚀橡胶
③控制温度计b的温度，并收集时的馏分
④深红棕色
分液（或蒸馏）
解析：（2）电解溶液的产物有、、，若发生反应，则产物为和。
（5）提纯溴的实验中，要注意的沸点高低，溴的沸点低于，应采用水浴加热，并通过温度计控制温度。除去（液）中少量，加溶液后，在水中溶解度很小，出现分层现象，可分液得到纯溴，亦可采用再次蒸馏的方法。