资源简介

(共63张PPT)
自然资源的开发利用
第一节　
学习目标
1.通过了解金属在自然界的存在形态及开发利用,能列举金属冶炼的一般方法和原理,能书写相关化学方程式。
2.通过认识海水资源的开发利用,能说明海水淡化的意义和方法,能说明物质提纯的原理和方法。
3.通过学习煤、石油、天然气等化石燃料的综合利用,能说明它们的组成,列举综合利用的方法。
任务分项突破
『自主梳理』
学习任务1　认识乙酸的结构与性质
1.金属元素在自然界中的存在形态
游离态
金、铂
化合物
2.金属的冶炼
工业上将金属矿物中的金属从其化合物中 出来,用于生产各种 的过程。
实质:Mn++ne- M。
还原
金属材料
3.金属冶炼的方法
(1)根据金属活泼性的不同,金属冶炼的方法也各不相同。
热分解法 分解HgO 2HgO 2Hg+O2↑
电解法 冶炼钠 　
冶炼镁 　
冶炼铝
　
热还 原法 高炉炼铁 　
铝热法 炼铁 　
(2)常用的热还原法。
4.金属矿物资源的合理开发和利用的途径
(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。
『互动探究』
探究1　金属冶炼的方法规律
金属材料在人类文明史中的使用经历了金、银、汞、铜、铁、铝、镁、钛等各种金属和合金的开发历程。现代工业上金属冶炼主要利用热还原法和电解法,前者的代表是用焦炭高温炼铁,后者的代表是电解炼铝。
问题1:根据以上材料中人类开发利用金属的顺序及金属的活动性,你发现了什么规律
提示:①金属的存在形式与其活动性有关。一般而言,活动性较强的金属,在自然界以化合态存在;活动性较弱的金属,有可能以游离态存在;有的金属的存在形式既有游离态又有化合态。②金属利用时间与金属活动性有关。金属活动性越强,人类开发、利用该金属的时间就越晚;金属活动性越弱,人类开发、利用该金属的时间就越早。
问题2:铝元素在地壳中的金属含量居第一位,但为什么铝的发现和使用比铜和铁要晚得多
提示:铝是一种活动性较强的金属,用一般的还原剂很难将其还原,工业上采用电解法进行冶炼,直到发明了电及电解法后,铝才被大量提炼;而铜和铁用一般的还原剂就可以从其化合物中还原出来,所以铝的发现和使用比铜和铁要晚得多。
问题3:从自然界中获得金属单质,是否都必须发生氧化还原反应
提示:否。有些金属单质化学性质稳定,如金、铂等,在自然界中主要以游离态形式存在,获得这些金属就不需要发生氧化还原反应,用富集的方法就可以,如淘金。
问题4:电解法冶炼金属镁时用氯化镁,而冶炼铝则是电解熔融氧化铝。能否电解熔融的MgO、AlCl3制取金属镁和铝,为什么
提示:否。MgO熔点太高,熔化需要很高的温度,成本太高;AlCl3是共价化合物,熔融状态下以分子形式存在,不发生电离,没有自由移动的离子,因此不能电解熔融的MgO、AlCl3制取金属镁和铝。
探究2　铝热反应及其应用
问题5:铝粉和氧化镁的混合物是铝热剂吗 说明原因。
提示:不是。铝热剂是铝粉与金属性弱于铝的金属氧化物组成的混合物,如Al和Fe2O3(或MnO2)的混合物。
问题6:如图是实验室模拟铝热反应的装置,推测镁条和氯酸钾的作用。
提示:镁条引燃,提供反应发生需要的高温条件,KClO3能在反应中提供氧气助燃。
问题7:铁路钢轨有缝隙时,维修工人常用铝粉和氧化铁粉末混合点燃反应来焊接钢轨,试解释其原理。
提示:2Al+Fe2O3 Al2O3+2Fe,该反应过程放出大量的热,能使生成的金属熔化为液态。
问题8:铝热反应适合冶炼具有哪些性质的金属
提示:铝热反应可应用于冶炼一些高熔点且还原性比铝弱的金属,如铁、锰、钒等。
归
纳
拓
展
1.金属冶炼方法
金属活动性顺序决定了金属的冶炼方法,常见金属的冶炼方法如下:
金属的活 动性顺序 K、Ca、Na、 Mg、Al Zn、Fe、Sn、 Pb(H)、Cu Hg 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 物理
方法
2.铝热反应和铝热剂
铝热反应是利用铝的强还原性,在高温下将相对不活泼且熔点高的金属从其金属氧化物中还原出来,发生置换反应。
铝粉和某些金属氧化物(Fe2O3、V2O5、Cr2O3、MnO2等)组成的混合物叫铝热剂。
『题组例练』
A
1.下列说法错误的是(　 　)
A.活泼金属钠的冶炼是通过电解其盐溶液
B.对废旧金属的最好处理方法是回收再利用
C.提炼金属要经过矿石的富集、冶炼、精炼三步
D.热还原法中还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气和活泼金属等
解析:活泼金属钠的冶炼是通过电解熔融的NaCl,若电解其盐溶液,由于H+放电能力比Na+强,会产生H2,A错误;对废旧金属进行回收再利用,可以节约大量矿产资源,也可以节省大量能量,同时也会减少对环境的污染,B正确;根据金属提炼步骤分析,先要富集以提高金属元素的含量,然后冶炼得到粗产品,最后再进行精炼,C正确;焦炭、一氧化碳、氢气或活泼金属等常用作金属冶炼时的还原剂,D正确。
2.下表中金属的冶炼原理与方法不正确的是(　 　)
B
解析:Hg为不活泼金属,用热分解HgO的方法制备,A正确;Na为活泼金属,应采用电解熔融NaCl的方法制备,B错误;Al为活泼金属,用电解熔融Al2O3的方法制备,C正确;Al具有还原性,高温下能将Fe2O3还原为单质铁,即可用热还原法制备Fe,D正确。
学习任务2　探究海水资源的开发利用
『自主梳理』
1.海水水资源的开发利用
(1)利用途径: 和直接利用海水进行 等。
(2)海水淡化的方法主要有 、 和 等。其中 的历史最久,技术和工艺也比较成熟。
海水淡化
循环冷却
蒸馏法
反渗透法
电渗析法
蒸馏法
2.海水中化学资源的开发利用
(1)海水制盐。
①海水 粗盐 精盐。
②食盐化工用途。
(2)海水提溴(吹出法)。
(3)海水中其他资源的开发利用。
①制备化工产品:制备Mg、K、I2及其他化工产品。
②获取能量物质:提取铀和重水用来开发核能。
③开发利用新型能源:潮汐能、波浪能等。
『互动探究』
浩瀚的海洋是个巨大的资源宝库。全世界每年都要从海洋中提取大量的食盐、镁、溴、碘、钾等有用物质,海水素有“液体工业原料”的美誉。海水淡化与化工生产、能源开发等相结合已经成为海水综合利用的重要方向。
探究1　海水淡化的方法
问题1:由海水制取淡水的方法中广泛应用的是哪种方法 有何优缺点
提示:蒸馏法;优点是设备简单、易操作、淡水质量好,缺点是耗能大、成本较高。
问题2:蒸馏法是历史最久、技术和工艺也比较成熟的海水淡化方法。如图为某同学组装的实验室蒸馏海水的装置。实验时碎瓷片起什么作用 装置A、B、C的作用和名称分别是什么
提示:防止液体暴沸;A冷凝,冷凝管;B蒸发,蒸馏烧瓶;C接收产品,锥形瓶。
问题3:为更高效地获得产品,你认为温度计应插到蒸馏烧瓶的支管口处还是液面以下 冷却水的流向如何
提示:支管口处;冷却水的流向为a口进,b口出。
探究2　海水提镁和海带提碘的原理
问题4:为富集Mg2+能否直接往海水中加沉淀剂 从综合角度考虑,选用哪种试剂作沉淀剂好
提示:不能直接往海水中加沉淀剂,因为海水中Mg2+的浓度很小,不利于Mg2+的沉淀,而且会增大沉淀剂的用量,可以先将海水浓缩,再加沉淀剂。从综合角度考虑,用石灰乳作沉淀剂好。
问题6:请叙述如何由MgCl2溶液制得无水MgCl2。
提示:先加盐酸反应,再浓缩得MgCl2·6H2O晶体,然后再将MgCl2·
6H2O晶体在HCl气氛中加热脱水即可得无水MgCl2。
问题7:海带中提取碘的主要流程为
如何证明获得了碘单质 试写出获得碘的有关反应的离子方程式。
归
纳
拓
展
海水中化学资源的开发利用
项目 操作方法
海水 制盐 ①方法:把海水引到盐滩上,利用日光和风力使水分蒸发,得到食盐;
②原理:蒸发海水,使食盐浓缩结晶
海水 提溴 ①流程:
海带 提碘 ①方法:海带灼烧→浸泡→过滤→氧化→萃取→提纯→碘单质;
②主要反应:2I-+Cl2 I2+2Cl-
海水 提镁 ①流程:
『题组例练』
1.下列有关说法正确的是(　 　)
A.必须通过化学变化才能从海水中获得食盐
B.海水中的溴、碘元素可用四氯化碳直接萃取得到
C.海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法和反渗透法等
D.海水水资源的利用只有海水淡化
C
解析:通过海水蒸发结晶可获得食盐,没有新物质产生,属于物理变化,A错误;海水中的溴、碘元素以Br-、I-形式存在,需加入氧化剂将其氧化为Br2、I2,再用CCl4萃取获得,B错误;海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、反渗透法等,C正确;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,D错误。
2.在验证海带中含有碘元素的实验操作过程中,下列操作不涉及的是(　 　)
C
解析:验证海带中含有碘元素,应先把海带灼烧成灰,再浸泡、过滤,得到含碘离子的溶液,然后在溶液中加稀硫酸酸化的过氧化氢溶液和淀粉溶液,所以涉及的操作有灼烧、过滤、加试剂检验,不涉及的操作为蒸发,故选C。
A B C D
3.海洋是资源的宝库,以海水为原料可以提取溴、镁等多种物质。
Ⅰ.浓缩海水中含有NaCl、NaBr等物质。从浓缩海水中提取溴的流程如图所示。
(1)写出“氧化1”反应的离子方程式:　　　　　　　　　　。
(2)“吸收”时是用SO2水溶液吸收空气吹出的溴蒸气。写出“吸收”时发生反应的化学方程式,并用双线桥法标出电子转移的方向
和数目: 　。
Ⅱ.从海水中提取镁的流程如图所示。
提示:①图中氯化镁晶体的化学式为MgCl2·6H2O;
②MgO的熔点为2 852 ℃,无水MgCl2的熔点为714 ℃。
(3)操作②是　　　　 　　　、过滤;试剂a是　　　　。
蒸发浓缩、冷却结晶
盐酸
解析:(3)操作②是由MgCl2溶液制备MgCl2晶体,需经历蒸发浓缩、冷却结晶、过滤等操作。
(4)工业上是将氢氧化镁转变为氯化镁,再电解熔融氯化镁来制取镁单质,而不采用加热Mg(OH)2得到MgO,再电解熔融MgO的方法制取金属镁,其原因是　 　
。
氯化镁和氧化镁同为离子化合物,氧化镁熔点
高,能耗高
解析:(4)MgO 和MgCl2均为离子化合物,由提示②可知,MgO的熔点远高于MgCl2的,电解熔融MgO时耗能太大,一般采用电解熔融MgCl2的方法制取金属Mg。
学习任务3　认识煤、石油和天然气的综合利用
『自主梳理』
1.煤的综合利用
(1)煤的组成。
有机物
无机物
碳
氢 氧 氮 硫
、
、
、
(2)综合利用。
焦炉气
煤焦油
可燃性气体
2.天然气的综合利用
CH4
燃料
3.石油的综合利用
碳氢化合物
利用石油中各组分沸点的不同进行分离
汽油
煤油
柴油
乙烯
丙烯
甲烷
C3H6
C2H6
加热
催化剂
链状
环状
4.以煤、石油和天然气为原料生产合成材料
(1)三大合成材料: 、 、 。
(2)对环境影响:废弃的合成材料给人类社会造成了巨大的环境压力。
塑料
合成橡胶
合成纤维
『互动探究』
煤、石油和天然气是重要的三种化石燃料,都主要由碳、氢元素组成。煤被称为“工业的粮食”,石油被誉为“工业的血液”。煤、石油、天然气经过适当的加工处理,一方面提供了生活中各种交通工具的燃料,另一方面提供了现代化工工业的各种基础原料。
探究　煤、石油和天然气的利用
问题1:煤中含有苯、甲苯等物质吗 煤化工行业是如何生产苯或甲苯的
提示:煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物,本身不含有苯、甲苯等物质。煤化工行业将煤干馏时发生化学变化生成了苯和甲苯及其他物质,然后通过分离得到苯和甲苯。
问题2:石油的裂化和裂解有何区别和联系 两者的目的分别是什么
提示:裂化和裂解的原理相同,都是烷烃的分解反应,只是裂解选用的温度比裂化温度更高,因此裂解又称为深度裂化。石油裂化的目的是提高轻质油(特别是汽油)的产量;石油裂解的目的是得到短链的不饱和烃(如乙烯等化工原料)。
问题3:能否用裂化汽油作萃取剂萃取溴水中的溴单质
提示:不能。裂化汽油为饱和烃和不饱和烃的混合物,不饱和烃可以与溴发生加成反应,不能达到萃取溴单质的目的。
问题4:天然气可用于合成氨和生产甲醇等,结合所学知识,试写出相关化学方程式。
归
纳
拓
展
化学中的“三馏”“两裂”
1.“三馏”比较
项目 干馏 蒸馏 分馏
原理 隔绝空气加强热使物质分解 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 混合物 单一组分的纯净物 沸点相近的各组分组成的混合物
变化 类型 化学变化 物理变化 物理变化
2.“两裂”比较
名称 定义 目的
裂化 在一定条件下,把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃 提高轻质油特别是汽油的产量
裂解 在高温下,使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃 获得短链不饱和烃
『题组例练』
1.随着社会的发展,能源的开发和利用逐步从粗犷的燃烧转向更精细化利用。下列关于煤、石油、天然气的说法正确的是(　 　)
A.天然气属于化石能源
B.乙烯是石油分馏后的产物
C.焦炉气的主要成分为四个碳原子以下的烷烃
D.石油的分馏和煤的干馏均属于化学变化
A
解析:煤、石油、天然气均属于化石能源,A正确;乙烯是石油裂解后的产物,B错误;焦炉气的主要成分为H2、CH4、C2H4、CO,C错误;石油的分馏过程中没有产生新物质,属于物理变化,D错误。
2.下列关于煤、石油、天然气等资源的说法正确的是(　 　)
A.石油裂解得到的汽油是纯净物
B.石油产品都可用于聚合反应
C.天然气是一种清洁的化石燃料
D.水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料
C
解析:石油裂解得到的主要是乙烯、丙烯等短链不饱和烃,石油裂化才能得到汽油,汽油为混合物,A错误;石油产品中有烷烃类物质,烷烃分子中没有不饱和键,不能发生聚合反应,B错误;水煤气是由碳与水蒸气在高温条件下反应得到的CO和H2组成的气体燃料,该过程是煤的气化,
D错误。
3.对煤干馏并检验其中部分产物,装置(夹持装置已略)如图所示。下列说法不正确的是(　 　)
A.煤的干馏工业上也叫煤的焦化
B.c装置可检验产生的气体中一定含有H2S
C.d装置中应该加入浓硫酸
D.e装置中的固体由黑色变为红色
B
解析:煤的干馏是将煤隔绝空气加强热使之分解的过程,工业上也叫煤的焦化,得到焦炉气、粗氨水、粗苯、煤焦油、焦炭等,A正确;焦炉气中含乙烯,也能使酸性KMnO4溶液褪色,B错误;焦炉气通入CuO前需通过浓硫酸干燥,C正确;焦炉气中H2、CO都能还原CuO,使e装置中固体由黑色变为红色,D正确。
知识整合
学科素养测评
海洋化学也称化学海洋学,它是海洋科学的四大基础学科之一。海洋化学研究海洋环境中化学物质的分布、转移、循环的规律及其在开发利用中的化学问题。海水中有丰富的化学资源,从海水中可提取多种化工原料。如图是某化工厂对海水资源综合利用的示意图。
试回答下列问题。
(2)海水里的镁元素处于　　　　(填“游离”或“化合”)态,从海水中提取氯化镁的反应　　　　(填“是”或“不是”)氧化还原反应,理由是　　　　　　　　　　　　　　　。
化合
解析:(2)海水里的镁元素以化合态存在,从海水中提取氯化镁,是向海水中加氢氧化钙,然后加盐酸,不是氧化还原反应,因为没有发生化合价变化。
不是
没有发生化合价变化
(3)从海水中提取食盐后的母液中有K+、Na+、Mg2+等阳离子,从离子反应的角度思考,在母液里加入石灰乳的作用是
　　　　　　　　　　　　。
解析:(3)母液中有K+、Na+、Mg2+等阳离子,在母液里加入石灰乳,与镁离子反应,将Mg2+沉淀为 Mg(OH)2。
与镁离子反应,
将Mg2+沉淀为Mg(OH)2
(4)电解无水氯化镁所得的镁蒸气可以在下列哪种气体氛围中冷却
　　　　(填字母)。
a.H2 b.CO2 c.空气 d.O2
解析:(4)电解无水氯化镁得到镁蒸气,应避免镁再被氧化,因此选a。
a
(5)提取粗盐后剩余的海水(母液)中,可用来提取Mg和Br2。对于母液用来提取Mg和Br2的先后顺序,甲、乙两名工程师有不同观点。
甲:先提取Mg,后提取Br2;
乙:先提取Br2,后提取Mg。
请你分析这两个方案是否合适,并分别说明理由:

　 。
解析:(5)母液用来提取Mg和Br2,若先提取镁,海水中会残留大量Ca(OH)2,
Ca(OH)2能和氯气反应生成氯化钙、次氯酸钙和水,再用Cl2提取溴时会消耗大量Cl2,所以乙方案合适。
甲方案不合适,提取Mg时
Ca(OH)2有剩余,所以通入氯气会和Ca(OH)2反应,造成浪费;乙方案合适,电解MgCl2产生的Cl2可用于下一次Br-的氧化
命题解密与解题指导
情境解读:本题以海洋资源的利用为背景,创设了真实、有意义的测试情境,有利于促进思考、推理和判断。
素养立意:通过海水中各种元素的提取方案的设计与认识,把物质的变化知识运用于生产实践,培养变化观念学科素养;通过沉淀剂的制取、选择,培养综合运用知识解决问题的能力,促进宏观辨识与微观探析学科素养的发展;通过分析、对比提取溴、镁方案的先后顺序,培养分析能力和主动探究能力;通过对粗盐精制方案的设计,培养在实际化工生产中对化学原理的应用能力,探究并寻找出最佳的反应路线,促进科学探究与创新意识学科素养的发展,促进由“海洋意识”到“海洋素养”的过渡。
思路点拨:(1)由精盐获得三种产品的过程为电解食盐水。
(2)化学沉淀法除杂须关注加入的沉淀剂是否会成为新的杂质。
(3)海水提溴的流程及各步完成的任务。
谢 谢 观 看

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