资源简介

(共52张PPT)
第八章 化学与自然资源的开发利用
第一节 自然资源的开发利用
土地与土壤资源
矿产资源
生物资源
水资源
能源资源
环境资源
可再生资源
不可再生资源
自然资源
能否再生
金属矿产和非金属矿产(煤、石油、
天然气、土壤等)
植物、微生物、可降解塑料袋、水资源、地热资源
经济可持续发展、社会可持续发展
资源可持续发展、环境可持续发展
法国皇帝拿破仑三世是一个奢靡的人，同时也喜欢炫耀自己。他常常大摆宴席，宴请天下宾客。每次宴会，餐桌上的用具几乎全是用银制成的，唯有他自己用的那一个碗却是铝制品。
为什么贵为法国皇帝，却不用高贵而亮丽的银碗，而用色泽要暗得多的铝碗呢
《拿破仑的铝碗》
《拿破仑的铝碗》
原来，在两百多年前的拿破仑时代，冶炼和使用金银的历史已经很久，宫廷中的银器比比皆是，而冶炼铝的技术还非常落后，炼铝十分困难。所以，当时铝是非常稀罕的东西，不要说平民百姓用不起，就是大臣贵族也用不起。
拿破仑用铝碗，就是为了显示自己的高贵。
金矿
Au
铂矿
Pt
一、金属的存在
大多数金属是以化合态存在
少数不活泼金属以游离态存在
铝矿Al2O3
赤铁矿Fe2O3
二、金属的冶炼方法
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
约200年前
约3000年前
约5000年前
思考：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？
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
电解法
热还原法
热分解法
物理方法
1、物理方法
《浪淘沙》
-刘禹锡
日照澄洲江雾开，涛金女伴满江隈。
美人首饰侯王印，尽是沙中海底来。
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
原理:
金的密度比沙大,在淘去粗沙后,
用水银滚动吸附金,
水银是已知唯一可以粘附金的物质.
适用于极不活泼的金属
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
古代炼丹术士葛洪的《抱朴子》中“丹砂烧之成水银”
2、热分解法
2HgO === 2Hg + O2 ↑
2Ag2O === 4Ag + O2 ↑
HgS ===2Hg + S
对一些不活泼金属
3、热还原法
常用的还原剂有：CO、H2、C(焦炭)、活泼金属
Fe2O3+3CO === 2Fe + 3CO2
高温
CuO+H2 === Cu + H2O
高温
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
炉火照天地，红星乱紫烟
Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3
高温
大部分金属的冶炼都是通过在高温下发生的
氧化还原反应完成的。
铝热反应
Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3
高温
1、铝热法：用金属铝做还原剂冶炼活泼性不如铝且“高熔点”的金属(Fe、V、Cr、Mn等)
2、原理：
活泼金属置换不活泼金属
【思考与交流】
1、铝热反应需要高温条件，是否还需要持续加热？
2、实验中，镁条、氯酸钾的作用是什么
3、蒸发皿中铺少量细沙的作用是什么？
现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，
纸漏斗内剧烈反应，纸漏斗被烧穿，有熔融物落入沙中
Fe2O3+2Al === 2Fe + Al2O3
高温
铝热剂
防止蒸发皿炸裂，防止熔融的液体溅出伤人
镁条引燃剂
氯酸钾助燃剂
不需要
铝热反应的应用：
①焊接钢轨；
②定向爆破；
③冶炼熔点高的金属（如钨、钒、铬、锰等）
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
4、电解法
MgCl2 (熔融) Mg ＋ Cl2 ↑
电解
2NaCl (熔融) 2Na＋Cl2 ↑
电解
2Al2O3 (熔融) 4Al ＋ 3O2 ↑
电解
冰晶石
冰晶石的作用是降低Al2O3的熔化温度
注意：①“熔融” 而不是水溶液。
②必须是离子化合物，共价化合物熔融不导电。
非常活泼的金属
【思考】制钾、钠、镁时，为何电解熔融的KCl、NaCl、MgCl2而不电解熔融的K2O、 Na2O、 MgO？
K2O、Na2O、MgO的熔点高，熔融时消耗大量热能，增加生产成本
【思考】制铝时，电解熔融Al2O3而不电解熔融AlCl3？
氯化铝是共价化合物，熔融态氯化铝不导电
【思考】能否电解饱和的氯化钠溶液来制取钠？
不能 2NaCl+2H2O == 2NaOH+H2↑+Cl2↑
电解
合理开发和利用金属资源的有效途径
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、加强废旧金属的回收和再利用
5、使用其他材料代替金属材料
(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)热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg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(　　)
√
×
×
一、金属元素在自然界中的存在形式
二、金属的冶炼原理及步骤
三、金属的冶炼方法
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au
电解法
热还原法
热分解法
物理方法
金属活动性逐渐减弱
铝热反应
铝＋某些金属氧化物 　 金属＋Al2O3　
高温
四、合理开发和利用金属矿物资源
现象
“热”
二、海水资源的开发利用
海水资源
水资源
化学资源
矿产资源
生物资源
能源
空间资源
海水资源的特点：
分散性
广阔性
多样性
海水中的水资源利用
(1)蒸馏法
(2)离子交换法
(3)电渗析法
最先使用，技术成熟，但成本高
成本低，但未能大量生产
目前正迅速发展，需要不断更新离子交换树脂
观察课本P100海水的综合利用示意图.了解海水的综合利用
海水水资源的利用
海水化学资源的开发利用
1．海水制盐
盐田
海水
饱和食盐水
引入
日晒风吹
析出粗盐
食用盐
氯碱工业
精制
现在我们炒菜用的精盐又细又白，你知道精盐是由粗盐经过什么样的程序制得的吗？粗盐经溶解、过滤和蒸发后还含有硫酸盐及CaCl2、MgCl2等杂质。如何进行粗盐提纯吗？
【思考交流】
【思考讨论】（1）经溶解、过滤和蒸发操作得到的粗盐中还含有一些可溶性硫酸盐、CaCl2、MgCl2等杂质,若要除去它们,应加入什么试剂
杂质 加入的试剂 离子方程式
硫酸盐
MgCl2
CaCl2
BaCl2
NaOH
Mg2+＋2OH-===Mg(OH)2↓
Na2CO3

(2)加入你选择的试剂除去杂质后，有没有引入其他离子？用什么方法除去这些离子？
(3)设计除去杂质的实验方案时，除了要考虑所加试剂的种类，还要考虑哪些问题？
引入了Ba2+、CO32-、OH-
试剂的用量和顺序
Ca2++===CaCO3↓
(2)从海水中提取溴——吹出法
海水
浓缩
酸化
浓缩海水Br-
通入
氯气
海水Cl-Br2
通入空气
水蒸气(吹入)
吸收塔SO2
反应后
富集溴
HBr、SO42－
通入Cl2
Cl-Br2
萃取
溴单质
蒸馏
2NaBr + Cl2== Br2+2NaCl
2H2O + Br2+SO2== H2SO4+2HBr
2HBr + Cl2== Br2+2HCl
稀硫酸
过氧化氢溶液
(3)从海水中提取碘
灼烧
加水
加热
溶解
过滤
CCl4
蒸馏
海带灰
海带
悬浊液
滤液
碘水
碘的CCl4溶液
单质碘
操作1
操作2
操作3
操作4
操作5
试剂1
试剂2
萃取
分液
生物
富集
海水
+2H+
+ H2O
2I-
I2
氧化
+ H2O2
还原
2
==
O
分液漏斗
(4)从海水中提取镁
富含Mg2+海水
贝壳CaCO3
高温煅烧
CaO
沉降池
过滤网
沉降过滤
Mg(OH)2
△
MgO
(耐火材料)
HCl溶液
MgCl2溶液
MgCl2
熔融电解
Mg
Cl2
思考：从海水中的Mg2＋到金属镁，经历了哪些化学变化？写出相应的化学方程式
蒸发 干燥
HCl氛围
MgCl2(熔融） Mg＋Cl2↑
电解
Mg(OH)2 MgO＋H2O
△
Mg(OH)2＋2HCl MgCl2＋2H2O
MgCl2＋Ca(OH)2 CaCl2＋Mg(OH)2↓
(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)可以通过电解饱和食盐水的方式获取金属钠和氯气(　　)
(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(　　)
×
×
×
×
×
√
2、许多国家十分重视海水资源的综合利用。不需要化学变化就能够从海水中获得的物质是( )
A、氯、溴、碘 B、钠、镁、铝
C、烧碱、氢气 D、食盐、淡水
D
3、检验溶液中是否含有I-，可以加入试剂( )
A、氯水 B、溴水和淀粉
C、溴水 D、淀粉
B
海水资源
海水化学资源的开发利用
海水提镁
海水提溴
海带提碘
海水制盐
海水淡化
蒸馏法、电渗析法、
离子交换法
海水冷却循环
淡水
浓缩海水
海水水资源的利用
课堂小结
H2O2+2I- +2H+=I2＋2H2O
化石燃料
煤
石油
天然气
缺点：不可再生资源、燃料利用率低，环境污染
面临的挑战：综合利用、提高利用率、减少燃烧造成的环境污染
应用：主要能源、重要的化工原料
阅读课本P102，总结化石燃料的应用、缺点和面临的挑战
1、煤的形成
一、煤
古代植物遗体的堆积层埋在地下后,经过长时期的地质作用而形成
2、 煤的组成——有机物+少量无机物组成的复杂混合物
主要元素 其他元素
氧化物会造成环境问题
CO2会加剧温室效应
C
H、O、N、S 等
褐煤
泥煤
无烟煤
3、 煤的综合利用
煤的干馏
煤的气化
煤的液化
煤直接作燃料有什么问题？
—利用率低并污染环境
①减少了煤燃烧产生的SO2、氮的氧化物、碳的氧化物和烟尘等污染物的排放。
②提高了煤燃烧的热效率 ③提取了煤中的化学原料。
(1)煤的干馏—焦化
U形管底部有黑褐色粘稠的油状物生成，这是煤焦油。
成分：苯、甲苯、二甲苯等
点燃，导管尖嘴处有淡蓝色火焰。
出炉煤气：氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳
将煤隔绝空气加强热使它分解的过程
煤的干馏是复杂的物理和化学变化过程
玻璃管中的烟煤粉最后变成黑灰色固体物质这是焦炭
表8-1 煤干馏的主要产品和用途
干 馏 产 品 主 要 成 分 主 要 用 途
出炉煤气 (气) 焦炉气 氢气、甲烷、乙烯、 一氧化碳 气体燃料、化工原料
粗氨水 氨、铵盐 氮肥
粗苯 苯、甲苯、二甲苯 炸药、染料、医药、农药、合成材料
煤 焦 油 (液) 苯、甲苯、二甲苯 酚类、萘 染料、医药、农药、合成材料
沥青 筑路材料、制碳素电极
焦 炭(固) 碳 冶金、合成氨造气、电石、燃料
(2)煤的气化
把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程
属于化学变化
C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)
高温
水煤气
工业制水煤气的方法
(3) 煤的液化---- (化学变化)
直接液化——使煤与H2作用生成液体燃料
间接液化:
CO(g) + 2H2(g)
催化剂
CH3OH(l)
C(s) + H2O(g) === CO(g) + H2(g)
高温
【思考与讨论】
煤的气化、液化是物质三态(气、液、固)之间的变化吗？为什么？
不是，物质三态之间的变化是物理变化，煤的气化、液化是化学变化
煤
气化
CO和H2
催化剂
CH3OH(甲醇)
天然气——主要成分CH4
海底可燃冰：CH4·nH2O
日常生活中，用作清洁的化石燃料；
化工生产中，用于合成氨和生产甲醇。
二、天然气的综合利用
三、石油
1、石油的形成
古代生物遗骸,堆积在湖里、海里,或是陆地上,经高温、高压的作用,由复杂的生物及化学作用转化而成的
2、石油中元素
C、H（占97%-98%）O、N、S等
3、石油的成分
多种碳氢化合物组成的混合物
4、石油的物性
粘稠液体，呈黑色或深棕色，有特殊气味，不溶于水，比水稍轻，没有固定的熔沸点
1~50个碳原子的烷烃及环烷烃，一般不含烯烃
(1)石油的分馏
石油气(C1～C4)
汽油(C5~C12)
煤油(C12~C16)
柴油(C15~C18)
重油(C20以上)
原油
脱盐脱水
石油
常压分馏
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
柴油、燃料油、石蜡、润滑油、沥青
减压分馏
轻质液体燃料
物理变化
5、石油的综合利用
(2)石油的裂化
提高轻质液体燃料的产量
①裂化的目的：
②裂化的原理：
在催化剂、加热、加压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
C16H34 C8H18+C8H16
催化剂
加热、加压
烷烃
烷烃
烯烃
裂化的主要产物：汽油、煤油、柴油、润滑油等
(3)石油裂解(深度裂化)
在催化剂、加热、加压、更高温下经多步断裂变成短链烃
裂解(深度裂化)
裂解的目的：
获得乙烯、丙烯、甲烷、丁二烯等重要化工基本原料
C4H10
丁烷
CH4
甲烷
＋
C3H6
丙烯
催化剂
加热、加压
C2H6
乙烷
C4H10
丁烷
＋
C2H4
乙烯
催化剂
加热、加压
C8H18
辛烷
C4H10
丁烷
＋
C4H8
丁烯
催化剂
加热、加压
(4)石油催化重整
在加热和催化剂的作用下，通过结构的调整，使链状烃转化为
环状烃
①提高汽油的质量
②获得副产物氢气
③获得苯、甲苯等重要的化工原材
目的
石油炼制的主要方法：
分馏
催化裂化
裂解
催化重整
石油化工产品的应用
石油化工产品
燃料
纺织
医药
农药
日用化妆品
建材
化工
以煤、石油和天然气为原料生产合成材料
合成塑料
合成橡胶
合成纤维
三大合成材料：
人工合成
高分子材料
干馏 蒸馏 分馏
原理
产物
反应类型
隔绝空气、高温下使物质分解
根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离
与蒸馏原理相同
产物为混合物
产物为单一组分的纯净物
产物为沸点相近的各组分组成的混合物
化学变化
物理变化
物理变化
化学“三馏”的比较
高炉 煤气 水煤气 天然气 液化石油气 焦炉气 裂解气
主要成分
CO、CO2
H2、CO
CH4
C3H8、C4H10
H2、CH4、C2H4、CO
C2H4、C3H6、C4H8、CH4
化学“六气”的主要成分
(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料为煤、石油和天然气
√
×
√
×
√
√
物理变化
分馏
化学变化
化学变化
课堂小结

展开更多......

收起↑