4.0《化学与可持续发展 》PPT课件（新人教版-必修2）

(共101张PPT)
新课标人教版课件系列
《高中化学》
必修２
第四章 化学与可持续发展
第一节
《开发利用金属矿物和海水资源》
教学目标
知识与技能：
１、使学生了解金属冶炼的一般原理，
２、使学生理解金属单质的活泼性与选择冶炼方法之间的联系。
３、开发利用金属矿物和海水资源，常识性介绍金属的回收和利用，了解化学与资源综合利用。
４、培养学生的环境意识和资源观念。
教学重点：
归纳能力、比较能力的培养。
教学难点：
培养举一反三的能力，培养发散思维、创新思维的能力。
一、金属矿物的开发利用
自然界中绝大多数金属以化合态存在
只有少数金属以游离态存在（金、铂）
（一）、金属元素在自然界中的存在形式
部分金属矿物
黄铜矿
赤铁矿
铝矿
锰矿
钨矿
锌矿
1、金属的冶炼: 工业上将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程。
2、金属冶炼的实质:在一定条件下,用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子。即:
n+
M
得电子
M
（被还原）
（二）、金属的冶炼
1、热分解法—金属活动性顺序表中的不活泼金属, 例如: Hg、Ag等
练习:写出HgO，Ag2O受热分解的化学方程式
2HgO==2Hg+O2↑
2Ag2O==4Ag+O2↑
（三）、冶炼金属的几种方法
2、热还原法—大多数金属（活动性介于Zn-Cu的金属)
常见还原剂：焦碳、CO、H2、活泼金属Al等
CuO +H2 === Cu + H2O
高温
Fe2O3+2Al === 2Fe + Al2O3 （铝热法炼铁）
高温
铝热剂
2CuO + C === 2Cu + CO2
高温
Fe2O3+3CO === 2Fe + 3CO2 ↑（高炉炼铁）
高温
铝热反应
反应现象:
剧烈反应，发出强光，
纸漏斗被烧穿，
沙子上落有黑色铁珠。
镁条：引燃剂
氯酸钾：助燃剂
铝热反应：铝粉与某些金属氧化物（如Fe2O3、MnO2、Cr2O３、V2O5等）的混合物在高温下进行的反应。
铝热剂：铝粉与这些金属氧化物的混合物。
铝热反应的应用
铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨等；在冶金工业上也常用这一反应原理，冶炼钒、铬、锰等熔点高的金属。
3MnO2+4Al === 3Mn+ 2Al2O3
高温
Cr2O3+2Al === 2Cr + Al2O3
高温
请写出MnO2、Cr2O3分别与Al反应的化学方程式
MgCl2 (熔融) === Mg + Cl2 ↑
电解
2Al2O3 (熔融) === 4Al + 3O2 ↑
电解
冰晶石
2NaCl (熔融) === 2Na + Cl2 ↑
电解
3、电解法—极活泼金属（ Al及Al之前的金属）
降低熔点
2NaCl (熔融) === 2Na + Cl2 ↑
电解
湿法冶金—用活泼金属把不活泼的金属从它的盐溶液中置换出来
Fe + CuSO4 === Cu + FeSO4
Cu + 2AgNO3 === 2Ag + Cu(NO3)2
4、其它方法：
Cu2S +O2 === 2Cu + SO2↑
高温
火法炼铜
（四）、金属的回收和资源保护
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
金属单质的还原性减弱，金属离子的氧化性增强
电解法
热还原法
热分
解法
物理方法
金属活动性顺序与金属的冶炼方法
小 结
　 1、冶炼金属常用以下几种方法：
　　①以C、CO或 H2 作还原剂还原。
　　②利用铝热反应原理用Al还原。
　　③电解法。
　　④热分解法。
下列金属各采用哪种方法还原最佳。
Fe、Zn、Cu等中等活泼的金属( )
Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属( )
Hg、Ag等不活泼金属 ( )
V、Cr、Mn、W等高熔点金属( )
①
③
④
②
2、下列氧化物不能跟铝粉组成铝热剂的是( )
A.WO3
B.MnO2
C.MgO
D.V2O5
C
3、工业上用铝土矿（主要成分是Al2O3）生产铝的过程，可用简单示意图表示如下（图中字母代表有关物质的分子式）
写出①～④反应的方程式。
作业:
课本P93
第2、3、4题(书上)
第二课时
4.1.2《海水资源的开发利用》
一、海水中蕴藏的资源及其开发意义
海洋水资源：海水中水的储量约为1.3×109亿吨，约占全球总水量的97％。
化学资源：含元素80多种，海洋资源中，利用潜力最大的是海水中的化学资源。目前，在陆地上发现的１００多种化学元素，在海水中已找到８０多种，其中７０多种可供提取。如，氯化钠（即食盐）有４亿亿吨，镁约有１８００万亿吨，钾有５００万亿吨，溴约有９０万亿吨，核燃料约４０亿吨－５０亿吨。
矿产资源：海洋中所贮存的各种矿物约500亿吨。通常只要每平方米有5㎏的矿物。锰结核、可燃冰、砂和砾石，用于冶金、燃料、建筑、石英砂用制玻璃等。
空间资源：海洋可利用空间包括海上、海中、海底三个部分。海洋空间利用已从传统的交通运输扩大到生产、通信、电力输送、储藏、文化娱乐等诸多领域。我国拥有18000公里的大陆海岸线，管辖的海域面积近300万平方公里。
能源：海水运动中蕴藏着巨大的能量，包括潮汐能资源、波浪能资源、海流能资源、温差和盐差能资源、海上水能资源，它们都属于可再生能源，而且没有污染。
生物资源：由鱼、虾、贝、藻等组成的海洋生物资源，除了直接捕捞供食用和药用外，通过养殖、增殖等途径还可实现可持续利用。海洋生物品种繁多，我国就有20278种，其中入药的有700种。
二、海水淡化
海水中水资源的利用：主要包括海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却。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。
海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。
三、海水中的化学资源
由于与岩石、大气、生物的相互作用，海水中溶解和悬浮有大量的无机物和有机物，按含量计，水中的H、O两种元素，加上Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr等11种超过总量的99%，其他为微量元素，总计含有80多种元素。 海洋有取之不尽的化学资源。
1．海水中含有的各种元素的特点：
种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。
2．从海水中提取物质的方法
⑴．从海水中提取食盐的主要工艺流程
从海水中制取盐的方法主要有：盐田法、电渗析法和冷冻法。
盐田法 制得的粗盐中含较多的氯化镁和氯化钙及泥沙，请设计实验除去NaCl中混有的泥沙、Ca2+、Mg2+离子的方法（需要仪器及实验步骤）
先将样品溶解，加稍过量的氢氧化钙，再加入稍过量的碳酸钠溶液，过滤；在滤液中加入稍过量的盐酸，蒸发结晶即可。
思考：
(2)．从海水中提取溴的主要工艺流程
⑤用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。
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：2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl
③向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质
吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的：
Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4
④向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：
2HBr+Cl2=2HCl+Br2
海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2,再萃取出来。
用H2O2做氧化剂，反应的离子方程式是：2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O
(3)．从海带中提取碘的实验
②提取流程
①反应原理
含碘单质的有机溶液
含碘单质的溶液
试剂
残渣
含碘元素的溶液
海带
溶解
过滤
海
带
灰
灼烧
（1）称取3g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，再向烧杯中加入10ml蒸馏水，搅拌，煮沸2min－3min，使可溶物溶解，过滤。 （4）向滤液中滴入几滴稀硫酸，再加入约1ml H2O2溶液，观察现象。
（5）取少量上述滤液，加几滴淀粉溶液，观察现象。
④实验注意事项
③实验方法
海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；用干
海带从而易于燃烧；灼烧海带的地方要注意通风。
3.海水综合利用联合工业体系一例（如下图）
海水资源的开发利用简述
（1）从海水中提取淡水——海水淡化
（2）海水制盐
（3）从海水中提取镁、钾、溴、碘等
化工产品
（4）从海水中获取铀和重水作为核能
开发的重要原料
（5）从海水中获取其他物质和能量
第四章 化学与可持续发展
第二节
《化学与资源综合利用、环境保护 》
第一课时
4.2.1《煤、石油和天然气的综合利用》
一、煤、石油和天然气的综合利用
1、从煤、石油和天然气中获得基本化工原料
煤的组成
无机物
有机物
C 元素—大量
H 、N、S、O等元素— 少量
Si 、Al、 Ca、 Fe
煤的组成
我国煤的分布图
上京煤矿
宁夏优质无烟煤 —太西煤露天采区
煤的干馏
将煤隔绝空气加强热使其分解的过程，叫做煤的干馏
煤干馏的产物有哪些？
焦炉煤气、煤焦油、焦炭
煤干馏的主要产品和用途
煤的气化
在一定条件下把煤及其干馏物转化为煤气（CO、H2）。
C（s）＋H2O（g） CO（g）＋H2 (g)
煤的气化：
将煤中的有机物及碳转化为可燃性气体的过程。
C(s) + H2O CO(g) + H2(g)
高温
CO(g)+ 3H2 CH4(g) + H2O(l)
一定条件
中热值气
高热值气
2CO(g)+ O2 2CO2(g)
；△H=-566KJ/mol
2H2(g)+ O2 2H2O(l)
；△H=-571KJ/mol
CH4(g)+ 2O2 CO2(g) + 2H2O(l)
△H=-890.3KJ/mol
煤气储气柜
煤碳煤气化炉
宜昌煤制气厂
等离子体辅助煤汽化装置
煤的液化
在一定条件下将煤转化为液体燃料——又称人造石油，可继续精制成汽油、柴油、液化石油气、甲醇。在石油资源日益减少的情况下，煤的液化具有十分诱人的前景。
将煤转化液体燃料的过程。
分为直接液化和间接液化。
煤的液化：
C(s) + H2O CO(g) + H2(g)
高温
CO + 2H2 CH3OH（甲醇）
一定条件
如：
直接液化:使煤和氢气作用生成液体燃料
间接液化：将煤先转化为CO和H2，再在 催化剂作用下合成甲醇
煤液化 装置
纳米级煤液化油
煤 液化烘干机
液化氣罐
煤氣灶
石油的综合利用
（1）石油的组成元素:
主要是碳、氢元素
是由各种烷烃、环烷烃和芳香烃组成的混合物。（还有水分、盐分等杂质）
石油的主要成分：
（2）石油的炼制(除水脱盐后)
石油的分馏：
利用原油中各组分的沸点不同将复杂的混合物分离成简单混合物的过程。
石油分馏示意图
石油的裂化和裂解
（1）裂化的目的：
（2）裂化的原理：
石油的裂化是
。
在催化剂的作用下将含碳原子多的重油（烃）断裂成碳原子较少的烃的过程。
提高轻质液体燃料的产量。
(3)裂解: 深度的裂化。
裂解的目的：
获得乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料。
乙烯的产量是一个国家石化水平的标志
25%
产量提高
中海油渤海石油平台
天然气的综合利用
天然气既是一种清洁的化石燃料，更是一种重要的化工原料，作为化工原料，它主要用于合成 和生产 等。天然气化工以含一个碳原子的甲烷为原料，通过化学变化形成含两个或多个碳原子的其他有机化合物。实现天然气的有效转化是一项具有挑战性的课题。
氨
甲醇
柴达木盆地天然气储量突破3000亿立方米
珠海振戎公司已经与伊朗方面签署协议，同意在未来25年向伊朗购买200亿美元的液化天然气
亚洲最大的天然气处理厂
阜阳市利用“西气东输”工程天然气门站鸟瞰图
俄天然气管道通向中国
德国天然气汽车
天然气灶
液化天然气公交车
2.以煤、石油和天然气为原料的生产合成材料
1、原料：
。
2、合成材料基本特征：
。
3、合成材料的合成原理：
。
例如：乙烯合成聚乙烯
丙烯合成聚丙烯
石油、煤、天然气
相对分子质量很大，属于高分子化合物
加聚、缩聚
合成材料概况：
　　　随着人类不断的文明和进步，人对天然材料的利用已不能满足很多方面的需要，于是就发生了一场材料的革命－－人工合成材料；
　　　合成材料的原料丰富、制造加工简单，性能千变万化；
　　　塑料、合成纤维、合成橡胶称为三大合成材料；
　　　黏合剂、涂料也属于合成材料。

　　 塑料的主要成分是合成树脂，其中还添加了某些特定用途的添加剂（如提高塑性的增塑剂、防止老化的防老化剂）；有些热塑性塑料（聚乙烯塑料），可以反复加工，多次使用；有些热固性塑料（电木），一旦加工成型就不会受热熔化。
　 常见的塑料：聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、酚醛塑料（电木）、聚四氟乙烯（塑料王）等。
聚丙烯：
单体：
CH2＝CHCH3
聚苯乙烯
单体：
CH2＝CH
C6H5
聚甲基丙烯酸甲酯
（有机玻璃）
单体：
CH2＝C
CH3
COOCH3
酚醛塑料
单体：
苯酚、甲醛
聚四氟乙烯
单体：
CF2＝CF2

纤维
天然纤维
化学纤维
棉花
羊毛
木材
草类
合成纤维：用石油、天然气等为原料制成的单体，再经聚合制成的纤维（如：“六大纶”、碳纤维、光导纤维等）
人造纤维：用木材、草类的纤维经化学加工制成。如黏胶纤维等

橡　胶
天然橡胶
合成橡胶
通用橡胶
特种橡胶
丁苯橡胶
顺丁橡胶
氯丁橡胶
聚硫橡胶
硅橡胶
思考与交流：
1、目前，回收利用废旧合成材料有很多途径，请查阅资料了解有哪些途径？并试着从环境保护和经济成本等方面作出评价。
2、你认为应该限制生产、使用聚苯乙烯塑料快餐盒，还是回收利用？请用必要资料和数据作为论据。
1、回收利用废旧合成材料主要有三种途径：一是通过熔融再生重新作成多种有用的材料；二是采用热裂解或化学处理的方法使其分解，用于制备多种化工原料；三是将废旧合成材料作为燃料使用。
正方观点举例：
1、生产和使用合成材料可以更加合理的开发和利用自然资源；
2、生产和使用合成材料可以使利用太阳能变的方便、经济和实用；
3、用合成材料替代木材、棉花、天然橡胶等，有利于生态环境的保护。
反方观点举例：
1、生产和使用合成材料等自然界原本没有的物质，超出环境的自然消化能力，这不是科技的进步，而是异化和倒退。
2、废旧合成材料的回收和利用并不容易，甚至有些材料的回收再生成本大大高于制造成本，经济上考虑根本不合算。
3、天然的东西是最好的，我们应该提倡“回归自然”的绿色生活方式，拒绝生产和使用合成材料。
第二课时
4.2.2《环境保护与
绿色化学》
二、环境保护与绿色化学
第二课时
二、环境保护与绿色化学
被污染的小河
环境污染
工农业生产和人类活动排放的物质超过了
环境的自净能力，环境质量就发生不良变化，
危害人类健康和生存。
环境污染的分类 ：
1、按环境要素分：大气污染、水体污染、
土壤污染；
2、按人类活动分：工业环境污染、城市环境
污染、农业环境污染；
3、按造成污染的性质分：化学污染、生物污
染、物理污染、固体废弃物污染、能源污染。
1.大气污染的来源、危害、治理
主要污染物:
二氧化物 碳氧化物 氮氧化物 碳 氢化物 飘尘 煤尘 放射性物质等
1.来源:
煤 石油的燃烧,矿石冶炼,汽车尾气,
工业废气等
2.危害:
危害人类健康
影响植物生长
破坏建筑材料
改变地球气候
讨论：
“温室效应”与全球变暖
治理：
调整资源结构，开发新能源（太阳能、氢能、风能、地热等），减少使用煤、石油、天然气等化石燃料，减少工业废气排放，对废气进行回收净化再利用等。
大力植树造林严禁乱砍滥伐。政府部门合理规划、制定标准、加强监测。
2.水污染的来源、危害、治理
1.来源：
2.危害：
污染水源，改变水质，加剧水源
危害。造成水体富营养化，破坏
海滨风景区。
石油炼制、工业废水、生活废水、
使用过农药、化肥的农田排水、
降水淋洗大气污染物和地面淋洗
固体垃圾等。
治理：
控制污水任意排放，对污水进行净化处理，改善用水制度，研究无污染新工业，合理、科学地施用化肥、农药。
3.居室污染的来源、危害及防治措施
煤、石油、液化气、天然气等的燃烧，煎、炒、烘、烤等高温烹调加工中产生的烟雾，烟草的燃烧，电器发出的电磁波，地毯中的螨虫，建筑装潢材料产生的甲醛、放射性稀有气体氡，化妆品，日用化学品，家宠等。
1.来源：
2.危害：
引起人体呼吸道、消化道等疾病，导致各种癌症、
皮肤病、传染病，影响婴幼儿智力和发育等。
CO2
CO
SO2
NOX
NH3
酚类、烟雾、烟尘、放射性稀有气体氡、电磁波、螨虫、细菌、病毒等
主要污染物：
保持室内清洁通风
对电器辐射采取防护措施,并保持距离
厨房要有通风换气设施
宠物要经常洗浴,养成良好的排便习惯,并注意及时清除.
女性朋友要慎用化妆品和日常化学用品
建议男士少抽烟或不抽烟
3、防治措施:
地球人的行动：
1、开发“绿色资源”是当今世界上工业化国家
开源节流、化害为利和保护环境的重要措施。
2、兴建“绿色建筑”是人们崇尚自然、回归自
然的一种潮流。
3、吃“环境餐”，以间接保护自然环境而且有
益于身体健康。
增强全球的环境意识，保护和合理
利用土地、矿藏、森林、水等自然
资源，努力改善生态环境。
绿色化学
绿色化学的核心就是利用化学原理从
源头上减少和消除工业生产对环境的污染。
按照绿色化学的原则，最理想的“原子
经济“就是反应物的原子全部转化为期望
的最终产物，这时原子利用率为100%。
乙烯生产环氧乙烷
2月02日：国际湿地日
3月22日：世界水日
4月22日：地球日
5月31日：世界无烟日
6月05日：世界环境日
6月17日：世界防治荒漠化和干旱日
7月11日：世界人口日
9月16日：国际保护臭氧层日
10月4日：世界动物日
10月16日：世界粮食日
12月29日：国际生物多样性日
世 界 环 境 日
把保护生态环境看成自己的神圣使命，正成为世界上越来越多人的共识。请看 ---
保护环境
从我做起
杀人雾
空气污染最典型的事件是50年代伦敦的冬季烟雾污染，4天夺走4000多条人命。过后的两个月中，又陆续有8000多人死亡。
　　时至1952年，伦敦仍用煤发电，距市中心不远有许多工厂，居民家庭用煤取暖，蒸汽机车拖着列车穿梭于伦敦和各大城市之间，对卡车和小汽车尾气污染也不加控制。这些污染源产生大量的碳、硫化物以及其它的化学烟雾漂浮在空气中。12月5日一场浓雾笼罩着伦敦，空气中的污染物与雾混合在一起，彼此产生化学反应。4天后污染浓度增强了10倍，毒性加强。
12月7日市中心能见度降低到5米以下，因而被称为“黑暗的星期日”，汽车无法行驶，泰晤士河上的船也无法航行。烟雾进入了莎士比亚剧场，舞台无法看清，因此正在上演的歌剧《茶花女》演到第一幕结束就被迫中止。　　
　　12月10日大雾散去，4000人死亡，其中大部分是老人，感染支气管炎和有关肺部疾病的患者达数千人。
日本水俣病事件： 　　
从1949年起，位于日本熊本县水俣镇的日本氮肥公司开始制造氯乙烯和醋酸乙烯。由于制造过程要使用含汞（Hg）的催化剂，大量的汞便随着工厂未经处理的废水被排放到了水俣湾。1954年，水俣湾开始出现一种病因不明的怪病，叫"水俣病"，患病的是猫和人，症状是步态不稳、抽搐、手足变形、神经失常、身体弯弓高叫，直至死亡。经过近十年的分析，科学家才确认：工厂排放的废水中的汞是"水俣病"的起因。汞被水生生物食用后在体内被转化成甲基汞（CH3HCl），这种物质通过鱼虾进入人体和动物体内后，会侵害脑部和身体的其他部位，引起脑萎缩、小脑平衡系统被破坏等多种危害，毒性极大。在日本，食用了水俣湾中被甲基汞污染的鱼虾人数达数十万。