8.1 自然资源的开发利用 第2课时 课件 2023-2024学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

自然资源的开发利用 第二课时 海水资源的开发利用 煤、石油和天然气的综合利用 1.了解海水水资源及其利用，能准确说出海水淡化的方法。 2.以海水资源中的氯化钠为原料，构建物质间的转化关系和思维导图。 3.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，培养学生模型认知和证据推理的能力。 4.了解煤、石油、天然气的组成及综合利用的意义。 学习目标 海水资源的特点： 分散性 广阔性 海水中水的储量约为1.3×109 亿吨，占地球总水量 97% 元素种类很多，总计含有80多种元素 许多元素的富集程度很低 多样性 3 思考与讨论 阅读课本P100,海水资源的利用主要包括哪些途径？ 一、海水资源的开发利用 1. 海水水资源的开发利用 （1）海水的直接利用 直接利用海水进行循环冷却等。 海水循环冷却核电站 （2）海水淡化 海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法和离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高。 蒸 馏 烧 瓶 冷 凝 管 牛 角 管 锥 形 瓶 温度计 酒 精 灯 冷凝水出口 冷凝水进口 石棉网 【拓展】基本实验操作1——蒸馏 利用各成分的沸点不同，分离互溶液态混合物的物理分离方法。 装置及仪器名称 ①蒸馏烧瓶不能直接加热需垫上石棉网 ②烧瓶中所盛液体体积一般介于蒸馏烧瓶容积的1/3~2/3之间 ③蒸馏时在烧瓶中放少量碎瓷片或沸石，防止液体暴沸 ④冷凝管中水从下口进，上口出 ⑤温度计的水银球位于蒸馏烧瓶支管口处 蒸馏操作注意事项： 【介绍】电渗析法 电源 氯化钠水溶液 水 阴离子交换膜 阳离子交换膜 + - 利用电场的作用，强行将离子向电极处吸引，致使电极中间部位的离子浓度大为下降，从而制得淡水。 9 【介绍】离子交换法 离子交换树脂可以把阴阳离子分别交换出来，使水得到纯化。 HR + Na+ = NaR + H+ ROH + Cl— = RCl +OH— H++OH- =H2O 10 2.海水中化学资源的利用 思考：海水资源开发利用过程中需要解决的关键问题是什么?解决的具体方法是什么? 海水中某些元素的总量很大,但百分含量很低,解决的具体方法是采取某种 方法进行富集。 2.海水中化学资源的利用 （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 - NaCl用途 海水制盐 2NaCl(熔融) ═ ═ 电解 2Na+Cl2↑ 2NaCl+2H2O ═ ═ 电解 2NaOH + H2↑ +Cl2↑ 2.工业制取金属钠 3.工业制取氯气——氯碱工业 4.工业制纯碱——侯氏制碱法 2NaHCO3═Na2CO3+H2O↑+CO2↑ △ 1.食用 NaCl+H2O+NH3+CO2 ═NaHCO3+NH4Cl 13 【拓展】结晶的原理及方法 （1）定义:在一定条件下,溶液中的溶质以晶体的形式从溶液中析出的过程 不饱和溶液→饱和溶液→过饱和溶液→晶体析出 蒸发结晶(蒸发溶剂) 降温结晶(冷却热饱和溶液) （2）方法 （3）原理 恒温蒸发溶剂,P-A,继续蒸,A-A',析出晶体 保持溶剂量不变,降温P-B,继续降温,B-B',析出晶体 不饱和溶液 饱和溶液 过饱和溶液 【思考与讨论】实际工业生产中，直接使用海水为原料液和使用母液（也叫“苦卤”），哪个更好？ 阅读课本P101——海水提取溴工艺流程示意图（工业上做法：“吹出法”）， （2）母液（苦卤）的利用——从海水中提取溴 将该流程图进行转化 ②2Br- + Cl2═ Br2+ 2Cl- ④2H2O+SO2+Br2═H2SO4+2HBr ⑤2Br-+Cl2═ Br2+2Cl- Cl2连续2次氧化Br-的目的分别是什么？ 分别写出②④⑤发生的化学反应方程式 自然界提取物质的一般工业流程和思维方法 目标 关键问题 原料 产品 如何分离出产品？物料是否能够循环使用？ 原料预处理 物质转化 产品分离 如何选取原料？如何处理原料？ 1、从资源、成本角度考虑； 2、从反应速率、提高效率角度。 1、从元素价态的角度分析是否需要选取氧化剂或还原剂？ 2、从成本、环保的角度选取最合适的试剂。 根据目标产物的性质及含量，选取合适的分离提纯方法。 如何控制反应条件？ 如何选取氧化剂？还原剂？ 知识、方法 17 （3）海水提镁 制石灰乳：_________________________________________________ 沉淀Mg2＋：________________________________________________ 酸化，制备MgCl2：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O 蒸发浓缩、冷却结晶、析出MgCl2·6H2O 在氯化氢气流中使MgCl2·6H2O脱水制得无水氯化镁 电解法制备镁：_____________________________________________ Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓ （4）海带提碘 稀硫酸 过氧化氢溶液或Cl2 灼烧 浸泡 过滤 CCl4 蒸馏 海带灰 海带 悬浊液 含I-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 分液漏斗 2I-+ H2O2+2H+ = I2 +2H2O 或Cl2＋2I－=I2＋2Cl－ 19 1.萃取：利用某种物质(溶质)在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，用一种溶剂把它从溶解度较小的溶剂转移到溶解度较大的溶剂中的方法 碘(I2) 水和四氯化碳或水和苯 水 四氯化碳或苯 ①萃取剂与原溶剂不混溶、不反应； ②溶质在萃取剂中有较大的溶解度； ③溶质不与萃取剂发生任何反应 2.萃取剂的选择原则： 紫红 橙红 【拓展】基本实验操作2——萃取，分液 3.分液:是利用两种液体互不相溶的性质将两种液体分离的方法 3.海水资源的其他利用 （1）从海水中提取铀和重水，用于核能开发。 （2）开发潮汐能、波浪能等新型能源。 (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)海水中各种化学资源的开发过程中，必须都要发生化学反应(　　) (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(　　) 判断正误 × × × × √ × 1.下列说法不正确的是（ ） A．海洋是一个远未完全开发的巨大化学资源宝库 B．海水中金元素的储存量很大，但它的富集程度却很低 C．从海水中可以提取铀和重水等核原料 D．海水中的溴、氟等元素均为微量元素，但仍有提取的价值 D 【随堂训练】 2.从海水中提取镁的工艺流程可表示如下，下列说法不正确的是（ ） A．用此法提取镁的优点之一是原料来源丰富 B．步骤⑥电解MgCl2溶液得到金属Mg C．制备过程中产生的氯气可以用来制备盐酸，循环使用 D．上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应 B 【随堂训练】 3.从海带中提取碘单质，相关实验步骤如下： ①灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却； ②在滤液中滴加稀H2SO4及适当的氧化剂，然后加入几滴某溶液； ③用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中； ④海带灰转移到小烧杯，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤。 （1）合理的步骤顺序是：________________（将步骤的序号填入空格内）。 （2）适当的氧化剂是：___________，反应的离子方程式是：________________________。 （3）证明含碘的操作及现象是：_________________________________________________。 （1）③①④②　（2）H2O2，2I- + 2H+ + H2O2 === I2 + 2H2O　 （3）取步骤②后的溶液于试管中，滴入淀粉溶液，溶液变蓝 【随堂训练】 化石燃料 煤 石油 天然气 非可再生资源 重要的化工原料 综合利用、提高利用率、减少环境污染 1. 煤的组成——有机物+少量无机物 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 二、煤的综合利用 2. 煤的综合利用 煤的干馏 煤的气化 煤的液化 二、煤的综合利用 煤直接作燃料 ——利用率低并污染环境 29 (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 31 (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) 三、天然气的综合利用 1.主要成分——甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷等 燃料—清洁能源 化工原料：合成氨、生产甲醇、合成两碳或多碳有机物 液化天然气公交车 天然气灶 2.综合利用 四、石油的综合利用 1.石油中元素 C、H（占97%-98%）O、N、S等 2.石油的成分 多种碳氢化合物组成的混合物 3.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 4.石油的综合利用 (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 4.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 石油的分馏、裂化、裂解、催化重整属于物理变化还是化学变化？ 分馏属于物理变化，裂化、裂解、催化重整属于化学变化 直馏汽油是纯净物吗？ 由于石油中有些物质的沸点很接近，所以每种石油的馏分仍然是多种烃的混合物 直馏汽油、裂化汽油能否使溴水/酸性高锰酸钾溶液褪色？ 直馏汽油的成分为饱和烃，裂化汽油为饱和烃和不饱和烃的混合物，故裂化汽油可以发生加成反应，可使酸性高锰酸钾溶液和溴水褪色 目前大多数石油产品仍作为燃料使用，只有一部分转化为化工、纺织、建材、医药、日用化学品等行业的基本原料 石油的综合利用 五、合成高分子材料 以石油、煤和天然气为原料可生产得到三大合成材料。 （1）三大合成材料 塑料、合成橡胶、合成纤维 （2）危害 随着合成材料的大量生产和使用，急剧增加的废弃物给人类社会造成了巨大的环境压力。 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)把煤加强热使之分解的过程为煤的干馏(　　) (2)煤俗称煤炭，因此可看作碳元素形成的单质(　　) (3)煤中含粗苯、煤焦油等物质，可通过蒸馏获取苯、甲苯等芳香烃(　　) (4)在一定条件下，煤可以和氢气直接反应生成液体燃料(　　) 判断正误 × × × √ (5)煤的气化和液化都是物理变化(　　) (6)天然气是清洁的化石燃料，对环境没有污染(　　) × × (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始原料为煤、石油和天然气(　　) 判断正误 √ × √ × √ √ 1.天然气的主要成分CH4是一种会产生温室效应的气体，等物质的量的CH4和CO2产生的温室效应前者大。下列叙述：①天然气与煤、石油相比是较洁净的能源；②等质量的CH4和CO2产生的温室效应也是前者大；③燃烧天然气也是酸雨的成因之一；④甲烷可用于制造合成氨的原料气；⑤用甲烷可生成CCl4；⑥甲烷易完全燃烧，故燃烧甲烷时不必保持空气流通。其中正确的是 A．①②③ B．③④⑤ C．①②④⑤ D．①②③④⑤ C 【随堂训练】 2.煤被誉为“工业的粮食”，下列关于煤的说法正确的是(　　) A．煤中含有苯、甲苯、二甲苯等芳香烃 B．煤的液化是在高温时将固体煤熔化为液体煤 C．煤的气化在一定程度上实现了煤的高效、清洁利用 D．向煤中加入适量CaSO4，可大大减少燃烧产物中SO2的量 C 【随堂训练】 3.《汉书》中“高奴县有洧水可燃”，沈括在《梦溪笔谈》对从地表渗出的、当地人称为“石脂”或“洧水”的使用有“予知其烟可用，试扫其烟为墨，黑光如漆，松果不及也，此物必大行于世”的描述， 关于上文的下列说法中正确的是 A．“洧水”的主要成分是油脂 B．“洧水”的主要成分是煤油 C．“洧水”的主要成分是石油 D．其烟的主要成分是木炭 C 【随堂训练】 4.下列说法正确的是 A．裂化汽油不能使酸性KMnO4 溶液褪色 B．石油的分馏、裂化、裂解都属于化学变化 C．蒸馏石油实验中温度计的水银球应伸入液面下 D．裂解石油是工业生产乙烯的主要方法 D 【随堂训练】 5.用石油和煤可以得到有机化工生产中需要的众多原料，例如用由石油得到的乙烯和由煤得到的苯可制取聚苯乙烯。其生产过程如下： 下列说法不正确的是(　　) A．通过裂解可以从石油中获得更多 的乙烯 B．煤干馏不能直接得到纯净的苯 C．制聚苯乙烯的反应中①为加成反应 D．反应①②③的原子利用率都达到了100% D 【随堂训练】 学科网 rbm.xkw.com rbm.xkw.com rbm.xkw.com Lavf58.20.100 学科网版权所有 $$