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第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的开发利用
本节提纲
01
金属矿物的开发利用
一、金属元素在自然界中的存在形式
存在形式
游离态(金、铂、银等)
化合态(绝大多数金属)
铂矿
金矿
铁矿
铝矿
铜矿
二、金属的冶炼
将金属从其化合物中还原出来的过程，工业上称之为金属的冶炼。
+ne-
得电子，被还原
Mn+
M
由化合态（化合物）
制备游离态（单质）
除去杂质
提高金属的比例
制备高纯度的金属
二、金属的冶炼方法
（1）物理法——游离态金属
一万年前
美人首饰侯王印，尽是沙中海底来。
二、金属的冶炼方法
（2）热分解法——不活泼金属
8000年前
《天工开物》冶炼银的方法：银矿受热发生分解反应
除了金、铂等极少数金属，绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界。化学要研究如何合理、高效地开发利用这些金属矿物，将其中的金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼。根据金属活泼性的不同，可以采用不同的冶炼方法。对一些不活泼金属，可以直接用加热分解的方法将它们从其化合物中还原出来。例如:
（2）热分解法——不活泼金属
（3）热还原法——大部分金属
1300年前
炉火照天地，
红星乱紫烟。
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来完成的，常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气等,如我们在初中学过的用碳还原氧化铜和一氧化碳还原氧化铁。
一些活泼金属也可作还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。例如,铝热反应的原理是:
（3）热还原法——大部分金属
一些活泼金属也可作还原剂，将相对不活泼的金属从其化合物中置换出来。例如,铝热反应的原理是:
（3）热还原法——大部分金属
铝热反应：铝和金属氧化物在高温下发生的剧烈并放出大量热的化学反应
应用：冶炼难熔的较不活泼的金属，如Cr、V、Mn等；焊接钢轨
镁条
氯酸钾
氧化铁和铝粉的混合物
铝热反应
铝＋某些金属氧化物 金属＋氧化铝　
高温
铝热剂：
铝和某些金属氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、V2O5)组成的混合物。
特 点：
被还原出来的金属熔化，与熔渣分离。体现铝的还原性、氧化铝熔点高的性质。
镁 条：
提供高温条件（引燃剂）
氯酸钾：
助燃剂
焊接钢轨
金属冶炼
3MnO2 + 4Al ==== 3Mn + 2Al2O3
高温
Cr2O3 + 2Al ==== 2Cr + Al2O3
高温
（4）电解法——非常活泼的金属
对一些非常活泼的金属,采用一般的还原剂很难将它们从其化合物中还原出来，工业上常用电解法冶炼。例如:
冰晶石：降低氧化铝的熔点
化合物 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3
类 型 离子化合物 离子化合物 离子化合物 共价化合物
熔点/℃ 2800 2050 714 191
[资料卡片]
①电解制备Mg采用的原料为MgCl2而不用MgO，为什么？
②电解制备Al时所采用的原料为Al2O3，能不能采用AlCl3？
③能否电解NaCl溶液来制取Na？
注意：
①必须“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。
（5）其他方法
Fe+CuSO4 = Cu+FeSO4
Cu2S + O2 === 2Cu + SO2
高温
火法炼铜
湿法炼铜
火烧孔雀石（Cu2(OH)2CO3）炼铜
Cu2(OH)2CO3==2CuO+H2O+CO2
C+2CuO===2Cu+CO2
高温
思考
人类使用金属的年代先后顺序与金属的活泼性有什么关系？
金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在形式和金属的活泼性。金属越活泼,冶炼时所需条件越复杂，在人类历史上使用的时间相对越晚;金属越不活泼，冶炼的方法越简单，人类使用的时间越早。所以人类使用金属的年代依次为青铜时代、铁器时代。
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
提
纯
电解熔融氯化物
电解熔融Al2O3
依据上述关系，填写冶炼下列金属的化学方程式：
合理开发和利用金属矿物资源的主要途径
(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，减少金属的使用量。
海水资源的开发和利用
一、海水水资源的利用
1. 海水淡化
蒸馏法
电渗析法
离子交换法
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，
但需要不断更新离子交换树脂
2. 直接利用海水进行冷却循环
一、海水水资源的利用
1.海水淡化
蒸馏法
石棉网
放少量碎瓷片或沸石，防止液体暴沸
冷凝管中水从下口进，上口出
温度计的水银球位于蒸馏烧瓶支管口处
二、海水化学资源的利用
海水中的化学元素
二、海水化学资源的利用
1.海水制氯化钠
海水
引入
盐田
风吹日晒
饱和食盐水
粗盐
提纯
NaCl
可溶性杂质：Ca2+、 Mg2+ 、 SO42-
过滤除去泥沙
BaCl2
除杂试剂：
Na2CO3
NaOH
先加BaCl2，后加Na2CO3
先过滤后再加稀盐酸
蒸发结晶
二、海水化学资源的利用
NaCl
1.海水制氯化钠
①氯碱工业
电解
2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
②制钠和氯气
电解
2NaCl（熔融） 2Na＋Cl2↑
③制盐酸
④制漂白剂(84消毒液)
⑤侯氏制碱
Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O
点燃
H2＋Cl2 2HCl
NaCl＋CO2＋H2O＋NH3===NH4Cl＋NaHCO3↓
Δ
2NaHCO3 Na2CO3＋CO2↑＋H2O
二、海水化学资源的利用
2.海水提溴
海水
提取
粗盐
苦卤
硫酸酸化
①氯气氧化
含Br2的海水
热空气吹出
含Br2的空气
吸收液
含Br2的水溶液
Cl2
溴蒸气
蒸馏
冷凝分离
液溴
粗溴水
②SO2 吸收
二、海水化学资源的利用
②Br2 ＋ SO2 ＋ 2H2O === 2HBr ＋ H2SO4
①2Br- ＋ Cl2 === Br2 ＋2Cl-
2.海水提溴
③2Br- ＋ Cl2 === Br2 ＋2Cl-
二、海水化学资源的利用
3.海水提镁
贝壳
煅烧
①
CaO
水
②
石灰乳
沉淀池
③
海水
引入
过滤
Mg(OH)2
MgCl2·6H2O
HCl气氛中加热脱水
⑤
MgCl2
Mg+Cl2
电解
⑥
盐酸、浓缩
④
盐酸
Cl2循环利用
二、海水化学资源的利用
3.海水提镁
①
高温
CaCO3 CaO＋CO2↑
CaO＋H2O===Ca(OH)2
②
③ MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2＋CaCl2
④ Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
⑤
高温
MgCl2·6H2O MgCl2＋6H2O
MgCl2 (熔融) Mg ＋ Cl2 ↑
电解
⑥
二、海水化学资源的利用
4.海带提碘
海带
灼烧
海带
灰
溶解、
过滤
含I-的溶液
残渣
含碘单质的溶液
H2O2/Cl2
含碘单质的有机溶液
萃取分液
单质碘
蒸馏
2H++2I-+H2O2=I2+2H2O
Cl2+2I -=2Cl-+I2
二、海水化学资源的利用
海水提Mg
海水淡化
海水提取NaCl
Br2的提取
煤、石油和天然气的综合利用
[素养发展目标]　
1．了解煤、石油、天然气的组成及综合利用的意义，提高宏观辨识与微观探析的能力。
2．了解煤、石油、天然气综合利用的内容，培养变化观念的学科核心素养。
3．了解节约能源及防止污染的重要性，培养关注社会可持续发展的科学态度与社会责任。
1．煤的组成
2．煤的综合利用
(1)主要途径
(2)实际意义
①减少污染物的排放：减少煤燃烧产生的SO2、NOx、CO和粉尘等污染物的排放。
②提高煤燃烧的效率：煤的气化、液化都是使煤变成清洁能源的有效途径，煤的燃烧效率也有很大的提高。
③获得重要的化工原料：通过煤的干馏，可获得大量重要的化工原料。
3．天然气的综合利用
1．石油的组成
石油是由多种_______________组成的混合物。
碳氢化合物
2．石油的综合利用
3．化石能源与合成高分子材料
(1)三大合成高分子材料包括______、____________和____________。
塑料
合成橡胶
合成纤维
(2)以煤、石油和天然气为原料，通过化学反应可以制得合成高分子材料。例如：
①乙烯制聚乙烯：__________________________________________。
②丙烯制聚丙烯： 。
(3)随着合成材料的大量生产和使用，急剧增加的废弃物也给人类社会造成了巨大的环境压力。
1．有人认为“可燃冰”(天然气水合物)的开采和利用实现了“由水变成油”的梦想，这种说法对吗？
提示：不对。因为“可燃冰”中含有CH4和H2O，并不是只有H2O，可燃冰能燃烧是其中的可燃性成分CH4的作用。
2．生活中汽车的车用燃料一般为裂化汽油。这种汽油和分馏汽油有何区别？如何鉴别？
提示：分馏汽油主要是饱和烃的混合物，裂化汽油中含不饱和烃。裂化汽油和分馏汽油可用溴的四氯化碳溶液鉴别。
3．煤的干馏和石油的分馏，两种变化在本质上的差别是什么？
提示：煤的干馏为化学变化，石油的分馏为物理变化。
化学中“三馏”的比较
名称 干馏 蒸馏 分馏
原理 隔绝空气，高温 下使物质分解 根据液态混合物 中各组分沸点的 不同进行分离 与蒸馏原理
相同
名称 干馏 蒸馏 分馏
产物 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
变化 化学变化 物理变化 物理变化
第二节　化学品的合理使用
[素养发展目标]　
1．体会化学科学发展对药物合成的贡献，初步建立依据物质性质分析健康问题的意识。
2．树立自觉遵守国家关于化学品应用、化工生产、食品与药品安全等方面法律法规的意识。能够作出具有社会责任感的决策。
3．能借助国家关于安全生产、食品安全、药物开发等方面的法律法规分析与化学有关的社会热点问题。
1．化学品的分类
2．合理施用化肥
(1)施用化肥的目的：保障农作物______，减少农作物______。
(2)施用化肥时需考虑的因素：土壤____________、作物____________、化肥____________。
增产
损失
酸碱性
营养状况
本身的性质
(3)不合理施用化肥的危害
①由于很多化肥______溶于水，过量施用不仅会造成浪费，部分化肥会随着雨水流入河流和湖泊，造成__________________，产生______等污染现象。
②影响土壤的____________和土壤______。
易
水体富营养化
水华
酸碱性
结构
3．合理施用农药
(1)施用农药的目的：减少农作物______。
(2)农药的发展：早期农药有除虫菊、烟草等植物和波尔多液、石灰硫黄合剂等无机物。后来人们研制出了有机氯农药、有机磷农药、氨基甲酸酯和拟除虫菊酯类农药等有机合成农药。
(3)农药的发展方向：______、______和____________。
损失
高效
低毒
低残留
(4)不合理施用农药的危害
①可能会破坏害虫与天敌之间的生态平衡，一些害虫还会产生抗药性；可能会引起一些昆虫的大量死亡。
②造成土壤和作物的农药残留超标。
③造成大气、地表水和地下水的污染。
在农业生产中是否应该继续施用化肥和农药的小组辩论中，正方小明和反方小刚分别叙述了自己的观点：
(1)下面事实不能支持小明观点的有哪些？说明理由。
A．可以解决快速增长人口的吃饭问题
B．可以促进农作物生长，杀灭害虫，形成良性的生态循环
C．合成农药用量少、见效快
D．降低了农业生产成本，可以促进农业机械化、规模化发展
提示：不能支持小明观点的是B项。理由：农药可以杀灭害虫，但会破坏整个生物链的良性发展。
(2)持反方观点的小刚从生态系统、害虫的抗药性及食品中化肥、农药的残留等方面进行了驳斥，下列两例事实是小刚对滥用杀虫剂造成的恶性循环的论证：
事实1.在远离施药地的南极，在海鸟和鱼体内都检测出了某些农药成分。
事实2.喜马拉雅山的积雪中也发现了某些农药成分。
这些事实说明了________(请选择下面的序号)。
①农药、化肥被考察队或登山者带到南极或高山上
②农药、化肥的滥用已影响到全球的生态循环
③农药、化肥成分可以在生态链中富集，导致生物链系统发生变化
②③
化肥、农药的利与弊
利 弊
①提高农产品产量； ②与有机肥料和天然农药相比，化肥和合成农药用量少、见效快； ③降低生产成本，促进农业机械化发展 ①滥用农药会破坏生态环境；
②研制和施用杀虫剂等农药已进入恶性循环；
③影响食品品质
1．药物的分类
(1)按来源可分为____________与____________。
(2)按使用严格程度可分为____________和____________。
(3)按作用分为抗酸药、解热镇痛药、合成抗菌药和抗生素等。
天然药物
合成药物
处方药
非处方药
2．药物的作用机理
(1)有的药物是通过改变机体细胞周围的物理、化学环境而发挥药效，如抗酸药能中和胃里过多的胃酸，缓解胃部不适。
(2)更多的药物是通过药物分子与机体生物大分子的功能基团结合而发挥药效，其____________与生物活性密切相关。
分子结构
3．阿司匹林
(1)阿司匹林是一种重要的合成药物，化学名称是____________，具有____________作用。
乙酰水杨酸
解热镇痛
(2)以水杨酸为原料制取阿司匹林的化学方程式如下：
(3)不良反应：在人体内产生的水杨酸会刺激胃黏膜，长期大量服用阿司匹林可能会导致胃痛、头痛、眩晕、恶心等不适症状。
4．合理用药遵循的原则及主要考虑因素
(1)原则：安全、有效、经济和适当等。
(2)
5．滥用药物的危害
(1)滥用安眠药、抗生素、兴奋剂对个人机体产生严重的影响。
(2)吸毒对个人和社会带来极大危害。
1．食品添加剂的定义：为改善食品品质和色、香、味，以及防腐、保鲜和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成或天然物质。
2．食品添加剂的分类：按照来源分为天然的和人工合成的两大类；按照主要功能可以分为二十多类。
3．常见的食品添加剂
类别 功能 品种
着色剂 改善食品的______ 天然色素(红曲红、β-胡萝卜素等)；合成色素(苋菜红、柠檬黄等)
增味剂 增加食品的______ 谷氨酸钠
膨松剂 使食品松软或酥脆 碳酸氢铵、碳酸氢钠、
复合膨松剂等
色泽
鲜味
类别 功能 品种
凝固剂 改善食品的______ 氯化镁、硫酸钙、葡糖糖酸 δ 内酯等
防腐剂 防止食品腐败变质 亚硝酸钠、苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐等
抗氧化剂 防止食品因被氧化而变质 抗坏血酸(即维生素C)
营养强化剂 补充必要的营养成分 碘酸钾、维生素、碳酸钙、硫酸亚铁、硫酸锌等
形态
4.食品添加剂使用的基本要求
(1)不应对人体产生任何健康危害。
(2)不应掩盖食品腐败变质。
(3)不应掩盖食品本身或加工过程中的质量缺陷，或以掺杂、掺假、伪造为目的而使用食品添加剂。
(4)不应降低食品本身的营养价值。
(5)在达到预期效果的前提下尽可能降低在食品中的使用量。

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