8.1 自然资源的开发与利用 课件 2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第一节 自然资源的开发利用 第八章化学与可持续发展 一.金属矿物的开发利用 一.金属矿物的开发利用 问1.金属元素的存在形式？ 极少数以游离态形式存在，如金、铂 大多数以化合态形式存在 问2.常见的金属矿物资源有哪些？ 金矿Au 铂矿Pt 黄铜矿 Cu2FeS4 CuFeS2 斑铜矿 孔雀石 CuCO3·Cu(OH)2 赤铁矿 磁铁矿 硫铁矿 菱铁矿 Fe2O3 Fe3O4 FeS2 FeCO3 金矿Au 铂矿Pt 黄铜矿 孔雀石 菱铁矿 问3.金属冶炼的概念及原理是什么？有哪些冶炼方法？ ①定义：将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程在工业上称为金属的冶炼。 Mn+ +ne- → M ②原理： ③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 物理提取法 金属离子得电子能力：弱 →强 写出相应的反应方程式： 热分解法 电解法 热还原法 其他方法 冶炼汞 冶炼银 冶炼镁 2HgO 2Hg+O2↑ △ 2Ag2O 4Ag+O2↑ △ 冶炼钠 冶炼铝 2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑ 电解 高炉炼铁 铝热反应炼铁 Al2O3+2Fe Fe2O3+2Al 高温 Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 高温 2Al2O3(熔融) 4Al+3O2↑ 电解 MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑ 电解 湿法炼铜 Fe + CuSO4 = Cu + FeSO4 问：能否用电解熔融AlCl3的 方法来冶炼铝？ 铝热反应以铝粉和金属氧化物反应获得金属单质的反应。 【知识拓展】铝热反应 1、概念： 2、原理： 活泼金属置换不活泼金属。 【思考】实验中镁条和氯酸钾的作用是什么？ 镁条为引燃剂，氯酸钾为助燃剂 3、现象： Al2O3+2Fe Fe2O3+2Al 高温 铝热剂 ①镁条剧烈燃烧； ②氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应； ③反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；④纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中 4、注意点： ①镁条要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃； ②氧化铁粉末与铝粉要选择干燥的； ③铝粉要用没有被氧化的，否则反应难以进行。 ④蒸发皿中要放适量细沙。 5、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） 如图是我国古代和现代冶金的两张图片,那么人类使用金属的年代先后顺序与金属的活动性有什么关系? 金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。金属越活泼,冶炼时所需条件要求越高,在人类历史上出现相对晚一些。金属越不活泼,冶炼的方法越简单,人们使用的时间越早,所以有青铜、铁器等时代的发展历程。 问4.如何有效利用金属矿物? 地球上的金属矿物资源是有限的，我们必须合理开发和利用这些矿物资源，主要途径有： （1） ； （2） ； （3） ； （4） ； （5） 。 提高金属矿物的利用率 开发环保高效的金属冶炼方法 加强金属资源的回收和再利用 使用其他材料代替金属材料,减少金属的使用量 防止金属的腐蚀 P99 问1：冰晶石的作用？ 助熔剂，降低Al2O3的熔化温度 问2：为啥要定期更换碳素电极？ 高温下，碳会被氧气氧化 问3：如何从铝土矿制取氧化铝？ 启示1:从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝质饮料罐得到铝消耗的能量，可知在实际生产过程中必须考虑投入与产出，要考虑成本。 启示2:加强度旧金属的回收和再利用是合理开发和利用金属资源的重要途径。要树立金属垃圾也是一种宝贵资源的理念。在日常生活中，要大力倡导金属垃圾的分类回收和再利用，养成自觉珍惜自然资源、节约资源、爱惜环境和保护环境的意识。 启示3:实际工业生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，往往涉及许多其他物质和反应，在得到所需产品的同时，也会产生废弃物。因此必须考虑废弃物的处理和生产对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展意识。 利用铝土矿制取氧化铝： a．酸溶法的工艺流程： 上述过程中①、②反应的离子方程式分别为 ① ； ② ； 反应③的化学方程式： 。 b．碱溶法的工艺流程： 上述过程中①、②反应的离子方程式分别为 ① ； ② 。 AlO2-＋2H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO3- 1．下列说法正确的是 (　　) A．地球上金属矿物资源丰富，可以任意开采 B．金属冶炼会消耗很多能量，但不会污染环境 C．应加强废旧金属的回收和再利用 D．金属材料可用其他材料完全代替 随堂练习： C 2.工业上用铝土矿(主要成分为Al2O3，含Fe2O3杂质)为原料冶炼铝的工艺流程如图所示。 下列叙述正确的是(　　) A．试剂X是氢氧化钠溶液 B．反应①过滤后所得沉淀为氢氧化铁 C．图中所示转化反应都不是氧化还原反应 D．生成Al(OH)3沉淀的化学方程式为NaAlO2＋CO2＋2H2O===Al(OH)3↓＋NaHCO3 AD 3.工业炼铁是在高炉中进行的,高炉炼铁的主要反应是: 该炼铁工艺中,对焦炭的实际使用量要远远高于按照化学方程式计算所需,其主要原因是A.CO过量 B.CO与铁矿石接触不充分 C.炼铁高炉的高度不够 D.CO与Fe2O3的反应有一定限度 D 4.在冶金工业上,均能用热还原法制得的一组金属是(　　)。 A. Na、Mg、Al B. Na、Zn、Fe C. Zn、Fe、Cu D. Mg、Al、Zn、Fe C 二.海水资源的开发利用 从太空观察地球，看到地球上有七片陆地“漂浮”在一大片蓝色的海洋之中。 是“大自然给人类的资源储备” 海洋是美丽的， 也是富饶的。 16 丰富的海洋资源 海洋生物资源：如海鱼、海带、紫菜食用、珊瑚等观赏 海洋化学资源：如提取食盐、石膏、卤水、淡水等 海洋能源资源：如潮汐发电、温差发电等 海洋矿物资源：如海底矿沙、可燃冰等 情境导入 海水水资源的利用 ①直接利用海水进行循环冷却 ②海水的淡化 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） （正迅速发展，但需不断更新离子交换树脂） 演示实验：海水的蒸馏 加热到水的沸点，使水汽化变成水蒸气，再冷凝得淡水。 铁架台、酒精灯、石棉网、蒸馏烧瓶、冷凝管、锥形瓶、牛角管、温度计等。 实验装置： 实验原理： 实验仪器： 传统海水蒸馏原理示意图 太阳能蒸发原理示意图 海水的淡化的方法 利用混合物中各组分的沸点不同，将液态混合物中各种成分分离和提纯的方法。 蒸馏法 冷凝管 蒸馏烧瓶 锥形瓶 温度计 碎瓷片或沸石 物理分离 石棉网 ①沸石有何用途? 防止液体暴沸 ②加热后发现没加沸石怎么办？ 待溶液冷却后补加 ③温度计的水银球的位置？ 蒸馏烧瓶的支管口处 ④冷凝管中冷却水的进出方向是怎样的? 下口进，上口出，提高冷却效果 ⑤实验开始时，先开冷凝水，后加热。实验结束时，先停止加热，后关冷凝水。溶液不可蒸干。 【思考】 蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但是成本较高。 海水制盐 海水 粗盐 蒸发（日晒） 结晶 精盐 溶解、除杂、过滤 蒸发结晶 物理方法 化学方法 氧化：2NaBr＋Cl2 == Br2 ＋2NaCl 化学方程式： 浓缩海水 产品溴 HBr 溴水 通入Cl2 加SO2 通入空气 通入Cl2 提取：2HBr＋Cl2 == Br2 ＋2HCl 富集：Br2＋SO2＋2H2O == 2HBr＋H2SO4 溴 氧化 富集 吸收 提取 2.海水提溴 ——吹出法 3.海水提镁 石灰乳 溶液 Mg(OH)2 沉淀 盐酸 MgCl2溶液 Mg 无水MgCl2 熔融 电解 海水 (含Mg2+) 过滤 MgCl2+Ca(OH)2 == Mg(OH)2↓+CaCl2 就地取材－贝壳(CaCO3) Mg(OH)2+2HCl == MgCl2+2H2O MgCl2(熔融) == Mg+Cl2↑ 电解 CaO+H2O == Ca(OH)2 △ CaCO3 == CaO+CO2↑ 3.海水提镁 海带 海带灰 浸泡过滤 灼烧 残渣 含I-的溶液 稀H2SO4 H2O2 含I2的溶液 含I2的有机溶液 萃取 4.海水提碘 2H++2I-+H2O2 == I2+2H2O 或Cl2+2I - == 2Cl-+I2 氧化 蒸馏 晶体碘 27 紫红 橙红 分液漏斗 萃取 萃取剂：CCl4 、苯 溴的四氯化碳溶液 碘的四氯化碳溶液 实验步骤： ①检查分液漏斗是否漏水（检漏） ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ 【知识链接】 ②加萃取剂 操作说明 用量筒量取10ml碘的饱和水溶液，倒入分液漏斗，然后再注入4ml四氯化碳，盖好玻璃塞 ③振荡萃取 操作说明 用右手压住分液漏斗口部，左手握住活塞部分，把分液漏斗倒转过来振荡，使两种液体充分接触，振荡过程中要打开活塞两到三次，使漏斗内气体放出 ④静置分层 操作说明 将分液漏斗放在铁架台上，静置。液体分层：上层为水层，无色；下层为四氯化碳层，显紫红色 ⑤分液 操作说明 待液体分层后，将分液漏斗颈上的玻璃塞打开，或使塞上的凹槽(或小孔)对准漏斗上的小孔，再将分液漏斗下面的活塞拧开，使下层液体慢慢沿烧杯壁流下，上层液体从分液漏斗上口倒出 ①分液漏斗在使用之前要检验是否漏水，如何检验？ ②为何要振荡？振荡过程中还有一步什么操作？ 使液体充分混合；打开活塞，放出产生的气体。 使漏斗内外压强相等，便于液体流出。下层液体从下端放出，上层液体从上口倒出。 ③静置分层之后，为什么要打开上口的玻璃塞？ 液体是如何分离开的？ (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。 三、海水中其他资源的开发利用 1、在海水资源的综合利用中，不需要化学变化就能够从海水中获得的物质是(　　) A．溴、碘单质 B．钠、镁单质 C．食盐、淡水 D．烧碱、纯碱 随堂测： C C 三.煤、石油和天然气的综合利用 问：煤、石油和天然气是人类使用的主要能源,它们除了作燃料外,还有哪些重要用途? 煤、石油、天然气还是重要的化工原料； 部分石油产品转化为化工、纺织、建材、医药、日用化学品等行业的基本原料。 1、煤的综合利用 (1)煤的组成 (2)煤的加工 物质组成： 元素组成： 由有机物和少量无机物组成的复杂混合物 主要含有C元素，另有少量H、O、N、S等元素 气化 液化 干馏 ①定义： ②主要产品： ①定义： ②反应原理： ①直接液化： ②间接液化： 将煤隔绝空气加强热使之分解的过程（煤的焦化） 出炉煤气（焦炉气、粗氨水、粗苯）、煤焦油、焦炭 将煤转化为可燃性气体的过程 C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) 高温 使煤与H2作用生成液体燃料 水煤气 2、天然气的综合利用 以含一个碳原子的甲烷为原料，通过化学变化合成含两个或多个碳原子的其他有机化合物，是一项具有重大实用价值的研究课题。 【学习任务三】石油的综合利用 石油：多种碳氢化合物组成的混合物。黑色或深棕色粘稠液体，比水稍轻，不溶于水，有特殊气味，无固定沸点。 石油中含有1~50个碳原子的烷烃及环烷烃。一般不含烯烃。 3、石油的综合利用 (1)石油的组成 ①组成：由多种烷烃、环烷烃等碳氢化合物组成的复杂混合物。 ②状态：液态，是多种液态烃溶解了部分气态烃和固态烃而形成的。 ③特点：没有固定的熔、沸点，只能在一定温度范围内熔化或汽化。 (2)石油的加工 催化裂化：获得更多汽油 裂解：获得乙烯、丙烯、甲烷等重要的化工原料 C16H34 C8H18+C8H16 催化剂 加热、加压 C8H18 C4H10 + C4H8 催化剂 加热、加压 C4H10 CH4+C3H6 催化剂 加热、加压 C4H10 C2H4+C2H6 催化剂 加热、加压 烷烃 烷烃 烯烃 问：石油的裂化和裂解有何区别和联系? 裂化和裂解的原理相同,只是裂解选用的温度比裂化温度更高,因此裂解又称之为深度裂化。 (1)煤的干馏、气化、液化均发生的是化学变化。 (2)石油分馏属于物理变化，由于石油中有些物质的沸点很接近，所以分馏产物一般为混合物。常压蒸馏的原料为石油，减压蒸馏的原料为重油。分馏时沸点低(相对分子质量小)的烃类先汽化，沸点高(相对分子质量大)的烃类后汽化。 (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，其中含有不饱和烃，能与卤素单质反应。 (4)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作化工原料。 概念辨析： 问：直馏汽油和裂化汽油有什么区别? 如何区分？ 直馏汽油和裂化汽油的成分不同,性质有明显的区别,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。 石油的进一步利用 目前，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。 Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \o\al(＋,4) 2Al(OH)3eq \o(=====,\s\up17(△))Al2O3＋3H2O Al2O3＋2OH－===2AlOeq \o\al(－,2)＋H2O $$