资源简介

(共64张PPT)
第一节　自然资源的开发利用
第2课时　海水资源的开发利用　煤、石油和天然气的综合利用
第八章　化学与可持续发展
课程标准 核心素养目标
1.以海水、金属矿物、煤、石油等的开发利用为例，了解依据物质性质及其变化综合利用资源和能源的方法。
2．认识化学对于构建清洁低碳、安全高效的能源体系所能发挥的作用，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。 1.证据推理与模型认知：通过海水提溴工艺流程图的设计与分析，形成工业上提取物质的一般思路和方法。
2．科学态度与社会责任：从化学的角度分析从自然资源到产品的转化途径，认识化学方法在实现物质转化中的作用和贡献，感受化学科学在生产、生活中的应用价值。
一、海水资源的开发利用
1．海水水资源的利用
海水水资源的利用，主要包括海水淡化和直接利用海水进行
等。海水淡化的方法主要有蒸馏法、 和 等，其中 的历史最久。
循环冷却
反渗透法
电渗析法
蒸馏法
2．海水中化学资源的利用
(1)海水中化学资源的特点
①多样性：由于与岩石、大气、生物的相互作用，海水中溶解和悬浮着大量的 和 。海水中含量最多的是 、 两种元素，加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F 等11种元素，其总含量超过99%，其他元素为微量。
无机物
有机物
O
H
②分散性：虽然海水中元素的种类很多，总储量很大，但许多元素的富集程度却很低。如图为海水综合利用的示意图。
(2)海水提溴
①海水提取溴的工艺流程如下：
②氧化室、吸收塔中主要反应的离子方程式分别为
、 。
Cl2＋2Br－===Br2
＋2Cl－
食盐作为化工原料用于生产 、 、 、 、 等。
(4)海水中其他资源的利用
①制备化工产品：制取Mg、K、I2及其他化工产品。
②获取核能物质：提取铀和 用来开发核能。
③开发利用新型能源：潮汐能、波浪能等。
烧碱
纯碱
钠
氯气
盐酸
重水
二、煤、石油和天然气的综合利用
1．煤的综合利用
(1)煤的组成
(2)煤的综合利用途径
煤的综合利用目的是获得清洁的燃料和多种化工原料，其主要途径如下：
2.天然气的组成和利用
(1)天然气的组成和利用
(2)天然气水合物
又被称为“可燃冰”，是天然气与水在高压、低温条件下形成的类冰状结晶物质，主要成分是 ，其组成可表示为 。
甲烷水合物
CH4·nH2O
3．石油的综合利用
(1)石油的组成
组成 由多种 组成的混合物
状态 多种液态烃溶解了气态烃和固态烃而形成的
特点 没有固定的熔、沸点
碳氢化合物
(2)石油的综合利用途径
4．化石能源与合成高分子材料
(1)三大合成高分子材料： 、 、 。
(2)以煤、石油、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：
塑料
合成橡胶
合成纤维
◆名师点拨
海水提镁、海水提碘的主要流程
(1)海水提镁主要流程
(2)海带提碘主要流程
◆归纳拓展
海水中提取物质的思路
海水中提取物质的最主要的问题是如何将大量海水中分散的元素富集起来。一般工艺模式：
◆名师点拨
煤的综合利用的意义
(1)减少煤燃烧产生的SO2、NOx、CO和粉尘等污染物的排放。
(2)提高煤的燃烧效率，获得重要的化工原料。
◆易错警示
煤的综合利用四个“易错点”
(1)煤的干馏、气化和液化都是化学变化。
(2)煤的干馏需在隔绝空气的条件下进行，否则加强热时煤在空气中燃烧生成CO2、H2O等物质。
(3)煤的气化的主要产品是水煤气，其主要成分是CO和H2。
(4)煤的直接液化和间接液化均可获得液体燃料。
◆名师点拨
石油的综合利用解读
(1)石油的分馏属于物理变化，由于石油中有些成分的沸点很接近，故石油分馏的产物(如汽油、柴油等)仍为混合物。
(2)石油分馏时，沸点低(相对分子质量小)的烃先汽化，沸点高(相对分子质量大)的烃后汽化。
(3)石油分馏所得汽油为直馏汽油，多为饱和烃。石油裂化所得汽油叫裂化汽油，含有不饱和烃，能使溴水、酸性KMnO4溶液褪色。
(4)石油裂解采用比裂化更高的温度，是为了获得大量的碳原子数更少的乙烯、丙烯等产物，故裂解是深度裂化。
◆微辨析(对的画“√”，错的画“×”)
(1)从海水中获得化学物质(如Br2、Mg、NaCl等)都需要经过化学变化(　　)
(2)石油的分馏、煤的气化和液化都属于物理变化(　　)
(3)可利用酸性KMnO4溶液鉴别直馏汽油和裂化汽油(　　)
(4)天然气可作为化工原料，主要用于合成氨和生产甲醇等(　　)
×
×
√
√
探究一 海水提溴的工艺流程、原理及分离提纯方法
地球上99%的溴元素以Br－的形式存在于海水中，故人们把溴称为“海洋元素”。溴及其化合物在医药、农药、染料和阻燃剂等的生产中有广泛的应用。目前，我国主要从海水和盐湖水中提取溴，工业提取溴的工艺流程如下：
[问题设计]
(1)海水中溴元素储量丰富，为什么在实际工业生产中要先对海水中的溴进行富集？
提示：海水中溴元素的总储量很大，但富集程度很低，因此在实际工业生产中要先对海水中的溴进行富集，以节约成本、降低能耗等。
(2)海水提溴的原理是什么？请结合工艺流程图用一句话简述。
提示：以海水中的含溴物质为原料，通过化学和物理方法分离提出，得到溴单质。
(3)工业实际生产中，为什么要选择氯气作氧化剂氧化Br－？试从氧化还原、成本、环境污染等角度分析。
提示：①从氧化还原角度考虑，氯气的氧化性大于溴单质；②从成本角度考虑，氯气是氯碱工业的产品，价格相对低；③从生成物对环境的影响角度考虑，Cl2与Br－反应生成Br2和Cl－，对环境无污染。
(1)海水中提取溴的工业流程设计
(2)海水提溴工艺流程(吹出法)
①浓缩：海水晒盐和海水淡化过程中的副产物Br－得到浓缩。
②氧化：向酸化的浓缩海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质，化学方程式为2NaBr＋Cl2===2NaCl＋Br2。
③富集(吹出与吸收)：向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹入盛有二氧化硫水溶液的吸收塔内以达到富集的目的，化学方程式为Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。
④提取(蒸馏)：向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气将氢溴酸氧化为溴后蒸馏分离，化学方程式为2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2。
[微点拨]　空气吹出法进行海水提取溴时，常用纯碱溶液代替二氧化硫水溶液来吸收单质溴：3Br2＋3Na2CO3===NaBrO3＋5NaBr＋3CO2↑；然后用硫酸酸化，即可得到产品溴：NaBrO3＋5NaBr＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O。
[例1] (2024·无锡高一期末)工业上从海水中获取某些重要化工原料的流程如下：
海水蒸发结晶后获得粗盐和苦卤；往苦卤中加入Ca(OH)2，可将Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀，加盐酸溶解后再蒸发结晶，可获得MgCl2·6H2O晶体，在HCl气流中加热晶体，可得到无水MgCl2，熔融电解便可获得Mg。向苦卤中通入氯气后，将溴离子氧化为Br2，用热空气将溴吹出，再用二氧化硫的水溶液吸收，从而得到氢溴酸，通氯气后获得浓溴水，蒸馏得到溴。
(1)淡化海水可以将水从海水中分离出来，也可以将离子从海水中分离出来，主要方法有蒸馏法、电渗析法和反渗透法(任写一种)。
1．(2024·湖北武汉市重点中学联考期末)海水中蕴藏着大量资源，从海水中不仅可获得淡水，还可按如图工艺流程提取溴和镁。
回答下列问题：
(1)提取溴的过程中，经过两次Br－→Br2的转化，其目的是____________________。
(2)“蒸馏塔”中发生反应的离子方程式为_________________________
___________________________________________________________，
工业上也可用Na2CO3溶液吸收吹出的Br2，生成NaBrO3和NaHCO3，对应的化学方程式为__________________________________________
________________________________________。
(3)要使海水中的Mg2+完全转化为沉淀，加入Ca(OH)2的量应________。
(4)加入Ca(OH)2后，能够分离得到Mg(OH)2沉淀的方法是________，若要在实验室中完成此操作需用到的主要玻璃仪器有_______________
_______。
(5)该流程中制备金属镁的化学方程式为___________________________
___________________________________________________________。
海水中加氢氧化钙后过滤得到滤液和氢氧化镁沉淀，滤液中通入氯气，将溴离子氧化为溴单质，溴易挥发，用热空气吹出后在吸收塔中用二氧化硫水溶液吸收，在蒸馏塔中氯气再次将溴离子氧化为溴单质，得到工业溴。整个过程中经过两次Br－→Br2的转化，其目的是对溴元素进行富集(或富集溴元素)；氢氧化镁沉淀与盐酸反应得到氯化镁溶液，氯化镁溶液经过蒸发浓缩、冷却结晶得到六水合氯化镁晶体，该晶体在氯化氢氛围中加热得到无水氯化镁固体，电解熔融氯化镁得到金属镁。
(1)提取溴的过程中，经过两次Br－→Br2的转化，其目的是对溴元素进行富集(或富集溴元素)。
(2)“蒸馏塔”中发生反应的离子方程式为2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2；工业上也可用Na2CO3溶液吸收吹出的Br2，生成NaBrO3和NaHCO3，根据得失电子守恒和元素守恒，反应的化学方程式为3Br2＋6Na2CO3＋3H2O===5NaBr＋NaBrO3＋6NaHCO3。
(3)要使海水中的Mg2+完全转化为沉淀，加入过量的Ca(OH)2。
(4)加入Ca(OH)2后，分离得到Mg(OH)2沉淀的方法是过滤，在实验室中完成此操作需用到的主要玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒。
探究二 煤、石油和天然气的综合利用
在化工领域，煤和石油更是不可或缺的原料。以煤为原料，可以生产焦炭、煤气、煤焦油等产品。焦炭用于钢铁冶炼，煤气可作为城市居民的生活燃料，煤焦油则是制造塑料、橡胶、纤维、染料、医药等众多化工产品的重要原料。石油化工产品更是丰富多样，从我们日常使用的塑料袋、塑料瓶，到各种合成纤维制成的衣物，再到高性能的橡胶制品，都离不开石油。
[问题设计]
(1)煤的加工方法常有哪些？
提示：煤的干馏、煤的气化和煤的液化。
(2)石油的裂化和裂解有何区别与联系？
提示：裂化是为了提高汽油的产量和质量，而裂解采用比裂化更高的温度，是为了获得大量的乙烯、丙烯等不饱和气体产物；裂化温度一般不超过500 ℃，而裂解温度一般在700～1 000 ℃，因此裂解是深度裂化。
(3)分馏汽油和裂化汽油有何区别？如何区分二者？
提示：分馏汽油是饱和烃的混合物，裂化汽油中含不饱和烃；可用溴的四氯化碳溶液区分它们。
(1)干馏、蒸馏和分馏的比较
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的不同进行分离 利用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 产物为混合物 产物为单一组分的纯净物 产物为沸点不同的各组分组成的混合物
反应类型 化学变化 物理变化 物理变化
(2)石油综合利用中的“两裂”
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 提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量
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 获得短链烃
(3)化学“六气”
名称 来源 主要成分 用途
高炉煤气 炼铁高炉 CO2、CO等 燃料
水煤气 水煤气炉 CO、H2等 燃料、化工原料
炼厂气 石油炼制厂 低级烷烃 燃料、化工原料
天然气 天然气田、油田 甲烷 燃料、化工原料
裂解气 裂解炉 “三烯二烷” 石油化工原料
焦炉气 炼焦炉 H2、CH4、C2H4等 燃料、化工原料
D
[例2] 煤和石油不仅可作为化石燃料，而且还可生产许多化工产品，下列关于煤和石油的说法不正确的是 (　　)
A.石油通过裂化可提高汽油产量和质量
B.工业上可通过石油的裂解获得大量乙烯
C.石油是混合物，石油分馏得到的汽油仍是混合物
D.煤的气化、液化和石油的分馏都属于物理变化
石油裂化和裂解的目的是将重油中的碳链变短，从而得到生活和工业中需求量较大的产物。裂化的主要目的是提高汽油产量和质量；工业上通过石油的裂解获得大量乙烯；分馏得到的汽油主要成分为C5～C11脂肪烃和环烃类，并含少量芳香烃和硫化物，属于混合物；煤的气化和液化有新物质生成，为化学变化；石油的分馏过程中没有新物质生成，属于物理变化。
A
2．下列关于煤和石油的说法不正确的是 (　　)
①石油是混合物，其分馏产品煤油为纯净物
②煤油可由石油分馏获得，可用作燃料和保存少量金属钠
③煤经过气化和液化等物理变化可转化为清洁燃料
④石油催化裂化的主要目的是提高汽油等轻质油的产量与质量
⑤煤的干馏属于化学变化
⑥煤是工业上获得芳香烃的一种重要来源
⑦通过煤的干馏，可以得到焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等产品
A.①③ B．②④⑥ C.①②⑤ D．③④⑦
石油是混合物，其分馏产品煤油仍为多种烃的混合物，不是纯净物，①错误；煤油的密度比钠小，故能将钠与空气和水隔绝，故能用于保存少量金属钠，煤油还是一种重要的燃料，由石油分馏获得，②正确；煤的气化是将煤转化为可燃性气体(主要为水煤气)，煤的液化是用煤来生产甲醇等液体燃料，故煤的气化和液化均为化学变化，③错误；石油催化裂化的主要目的是提高汽油等轻质油的产量和质量，④正确；煤的干馏是将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，是化学变化，⑤正确；煤的干馏可以获得芳香烃，故煤是工业上获得芳香烃的一种重要
来源，⑥正确；通过煤的干馏，可以得到焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等产品，⑦正确。
A
1．利用海水进行下列生产，所用工艺最简单的是 (　　)
A.晒盐 B．制液溴
C.制金属镁 D．制金属钾
晒盐只需要利用太阳光蒸发海水析出氯化钠晶体即可，所用工艺最简单；制液溴需向海水中通入氯气得到粗溴，再通入二氧化硫将溴单质还原为溴离子进行溴元素的富集，最后通入氯气才得到液溴，操作工艺较复杂；制金属镁是从海水中得到氯化镁后，电解熔融状态的氯化镁生成氯气和金属镁；海水中含钾离子，需用电解法冶炼金属钾。
C
2．煤、石油和天然气的综合利用能够提高利用率，减少污染，获得多种化工产品。下列说法错误的是 (　　)
A.天然气的主要成分为CH4
B.通过石油裂化和裂解可获得乙烯、丙烯等重要的基本化工原料
C.煤的干馏和石油的分馏均属于化学变化
D.石油分馏后得到的汽油、煤油、柴油均是混合物
天然气的主要成分为CH4；通过石油裂化和裂解可获得乙烯、丙烯等重要的基本化工原料；石油的分馏属于物理变化；石油分馏后得到的汽油、煤油、柴油依然是碳原子数在一定范围内的混合物。
B
3．合理利用自然资源关系到人类社会、经济和环境的可持续发展。下列说法错误的是 (　　)
A.煤干馏生成的焦炉气能使溴的CCl4溶液褪色
B.石油的分馏、煤的气化和煤的液化都是物理变化
C.化石燃料的燃烧产物在一定的天气条件下会形成次生污染物
D.石油裂化和裂解的目的是获得轻质油和多种重要的化工原料
煤干馏生成的焦炉气中含不饱和烃，能使溴的四氯化碳溶液褪色；石油的分馏是物理变化、煤的气化和煤的液化都是化学变化；化石燃料的燃烧产物可能含CO、SO2、粉尘等，在一定的天气条件下会污染空气、形成酸雨等；石油裂化和裂解的目的是获得轻质油和多种重要的化工原料。
C
4．如图是海水资源的利用及部分产品生产流程。下列说法正确的是 (　　)
A.海水通过晾晒得到粗盐是利用了NaCl的溶解度受温度的影响较大
B.工业上通常在苦卤中加入过量的Na2CO3，再经过过滤得到Mg(OH)2沉淀
C.无水MgCl2在熔融状态下通电后会产生Mg和Cl2
D.海水中含有溴单质，提纯溴过程中既有溴的氧化，也有溴的还原
海水通过蒸发浓缩得到粗盐和苦卤，苦卤中含有镁离子和溴离子，加入石灰乳沉淀镁离子过滤得到氢氧化镁沉淀和滤液，氢氧化镁用酸溶解后得到氯化镁溶液，经过一系列处理得到无水氯化镁；滤液中加入氧化剂氧化溴离子为溴单质，把溴吹出，用二氧化硫和水吸收后，加入氧化剂重新生成溴单质，以此解答该题。NaCl的溶解度受温度的影响较小；工业上通常在苦卤中加入石灰乳，再过滤得到Mg(OH)2沉淀；镁是活泼的金属，电解熔融的氯化镁可得到镁和氯气；海水中溴元素不是以溴单质的形式存在。
5．海带中含有丰富的碘。为了从海带中提取碘，某研究性学习小组设计并进行了以下实验：
请填写下列空白：
(1)步骤①灼烧海带时，除需要三脚架外，还需要用到的实验仪器是__________(从下列仪器中选出所需的仪器，将标号填写在空白处)。
A．烧杯 B．坩埚
C.表面皿 D．泥三角
E.酒精灯 F．干燥器
(2)步骤③的实验操作名称是____________；步骤⑥的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收苯，该步骤的实验操作名称是________________。
(3)步骤⑤中，提取碘的方法叫__________，采用苯可以提取碘的理由是____________________________________。
(4)请设计一种检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘的简单方法：________________________________________________________________________________________________________________________。
答案：(1)BDE
(2)过滤　蒸馏
(3)萃取分液　苯与水互不相溶不反应，苯与碘不反应，碘在苯中的溶解度比在水中大
(4)取少量提取碘后的水溶液于试管中，加入几滴淀粉溶液，观察是否出现蓝色，如果变蓝，说明还有单质碘
实验室从海带中提取碘：海带灼烧成灰(①)，浸泡溶解得到海带灰悬浊液(②)，通过过滤(③)，得到不溶的残渣，滤液为含碘离子的溶液，滤液中加入酸和氧化剂MnO2(④)，将碘离子氧化成碘单质，利用有机溶剂苯萃取出碘单质(⑤)，再通过蒸馏提取出碘单质(⑥)，据此解答。
(1)步骤①对干海带加热灼烧，与三脚架一起使用的是泥三角、坩埚和酒精灯。
(2)步骤③是由海带灰悬浊液得到含碘离子的溶液，因此为过滤；步骤⑥是从含碘苯溶液中分离碘和回收苯，用蒸馏的方法。
(3)步骤⑤为碘的水溶液转化成碘的四氯化碳溶液，该过程为萃取分液；萃取剂的选择原理：和水互不相溶不反应，苯与碘不反应，要萃取的物质在其中的溶解度大于在水中的溶解度，故步骤⑤中可以选择苯作萃取剂。
(4)提取碘后的水溶液中若是含有单质碘，则遇到淀粉会变蓝色，可以取少量提取碘后的水溶液于试管中，加入几滴淀粉溶液，观察是否出现蓝色(如果变蓝，说明还有单质碘)。

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