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

第八章 第一节 自然资源的开发利用 学习目标 1.了解不同金属的冶炼方法，掌握金属冶炼的一般原理 2.了解化学方法在金属矿物开发中的作用 3.知道海水淡化的主要方法 4.了解海水资源的合理开发和综合利用 自学指导 看课本P88—91的内容，6分钟，注意： 1.金属在自然界的存在形式？ 2.金属冶炼的原理是什么？ 3.不同的金属，冶炼方法分别是什么？（注意表4-1） 4.海水淡化的方法有哪些？ 5.海水中氯化钠、碘、溴、镁分别是如何提取的？ 认识化学的应用价值 1. 金属矿物 2. 海水资源 3. 化石燃料 金属在自然中存在的形式 辉铜矿 (Cu2S) 赤铁矿 (Fe2O3) 菱镁矿(MgCO3) 孔雀石 (Cu2(OH)2CO3) 闪锌矿 (立方ZnS) 方铅矿 (PbS) 一、金属矿物的开发利用 1、金属的冶炼 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。 金属冶炼方法的选择依据是：金属在自然界中 的存在形态和金属的活泼性 Mn＋＋ne－===M。 6 冶金的一般方法： K、Ca、Na、Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb（H）、Cu Hg、Ag 强————————————→弱 弱————————————→强 电解法 热还原法 热分 解法 Pt、 Au 主要冶炼方法 金属离子的得电子 金属失电子能力 金属活动顺序 物理提取法 可见，越活泼的金属越难冶炼 常见还原剂除焦碳、CO、H2外,还有哪些呢? 铝热反应 反应现象：镁条剧烈燃烧，放出大量的热，发出耀眼的白光，纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入蒸发皿。 2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3 高温 铝＋某些金属氧化物 Al2O3＋金属 高温 相关化学反应方程式： 结论：铝也是还原剂，在一定的条件下与某些金属氧化物反应，把其中的金属还原成单质。所以一些活泼的金属也可作还原剂。 2Al＋Fe2O3 2Fe＋Al2O3 高温 3MnO2＋4Al 2Al2O3＋3Mn 高温 铝＋某些金属氧化物 Al2O3＋金属 高温 铝 热 反 应 的 应用 铝热反应的原理可以应用在生产上，如用于焊接钢轨。在冶金工业上也常用这一反应原理，使铝与金属氧化物反应，冶炼钴、铬、锰等。 冶炼金属常用以下几种方法：①以C、CO或H2做还原剂；②利用铝热反应原理还原；③电解法；④热分解法。下列金属各采用哪种方法还原最佳(用序号填写下列空白)。 (1)Fe、Zn、Cu等中等活泼金属________。 (2)Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属________。 (3)Hg、Ag等不活泼金属________。 (4)V、Cr、Mn、W等高熔点金属________。 答案：　(1)①　(2)③　(3)④　(4)② 计算表明，生产1mol铝消耗的电能至少为1.8×106J，回收铝制饮料罐得到铝与从铝土矿制铝相比，前者的能耗仅为后者的3%-5%。通过对上述数据的分析和比较，结合图1和图2，你想到了什么？请将你的想法与同学交流。 图1 图2 思考与讨论： 1.实际过程中必须考虑投入与产出，要考虑成本。 2.加强废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。 3.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。 下面请同学们结合图1和图2思考以下问题： 计算表明，生产1mol铝消耗的电能至少为1.8×106J，回收铝制饮料罐得到铝与从铝土矿制铝相比，前者的能耗仅为后者的3%-5%。通过对上述数据的分析和比较，结合图1和图2，你想到了什么？请将你的想法与同学交流。 地球上的金属矿物资源是有限的，且分布不均。人类通过金属的冶炼，每年从自然界中提取数亿吨计的金属，这个过程会消耗许多能量，也易造成环境污染。而金属的腐蚀现象普遍存在，也造成了大量的损失。 途径 提高金属矿物的利用率 开发环保高效的金属冶炼方法 加强废旧金属的回收和再利用 使用其他材料代替金属材料 防止金属的腐蚀 海洋约占地球表面积的71%。海洋中水的储量约为1.3x1018吨，约占地球上总水量的97%。 由于与岩石、大气和生物的相互作用，海水中溶解和悬浮着大量的无机物和有机物。海水中主要含有H、O元素，还含有丰富的Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11种元素，其总含量超过99%，其他元素为微量元素。 二、海水资源的开发利用 海水资源 化学资源 水资源 新型能源 海水资源的开发利用 1.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循环冷却。 海水淡化的方法主要有： 蒸馏法、电渗析法、离子交换法 （1）海水的淡化： 海水淡化的方法: ①蒸 馏 法（最先使用，技术成熟，但成本高） ②电渗析法（成本低，但未能大量生产） ③离子交换法（目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂） 2、海水资源的利用： ①海水制盐——生产NaCl ②NaCl的水溶液制NaOH ③制金属Na NaCl +H2O+NH3+ CO2= NaHCO3↓+ NH4Cl 2.海水中化学资源的利用 2NaCl + 2H2O H2 + Cl2 + 2NaOH ④制Na2CO3 ⑤从海水中提取溴、镁、碘等 2NaCl（熔融）=== 2Na + Cl2 电解 电解 证明海带中存在碘元素 1、取约3克的干海带，用刷子去净其表面上的附着物，把海带剪碎后，用适量酒精浸湿，放入坩埚中 2、把泥三角放在铁三脚架上，将坩埚放在泥三角上，点燃酒精灯将海带灼烧至完全成灰，停止加热，使海带冷却至室温。 3、将海带灰转移到小烧杯中，加入约10mg蒸馏水，搅拌，煮沸2-3min，过滤 4、在滤液中滴入几滴3mol/ L的稀硫酸再加入约1ml3%的H2O2 ，观察现象 5、再向溶液中加入几滴淀粉溶液，再观察现象 实验现象： 化学方程式： 加入H2O2后，溶液由无色变为黄色，再加入淀粉溶液后，溶液又变为深蓝色 2KI+ H2O2+H2SO4=I2+K2SO4+2H2O (1)实验步骤及证明方法 (2)关键反应的反应原理： 2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O 海带中含有碘元素的检验 从海水中制金属镁 化学反应： a. MgCl2 +Ca(OH)2 = Mg(OH)2 ↓ + CaCl2 b.Mg(OH)2 +2HCl = MgCl2+2H2O c. MgCl2 通电 Mg + Cl2  2NaBr + Cl2== Br2+2NaCl 2H2O + Br2+SO2== H2SO4+2HBr 2HBr + Cl2== Br2+2HCl 海水提溴的实验室模拟装置 除了上面一些实例，从海水获得其他物质和能量也具有广阔的前景。例如，轴和重水是核能开发中的重要原料，从海水中提取轴和重水具有一定的战略意义；潮汐能、波浪能等新型能源的开发和利用也越来越受到重视。 学习目标 1.了解煤、石油、天然气的组成及其综合利用 2.了解节约能源和防治污染的重要性 3.了解绿色化学的含义 自学指导 看课本P95—101的内容，8分钟，注意： 1.煤的主要成分是什么？煤综合利用的途径有哪些？相应的产物又有哪些？ 2.天然气的综合利用是什么？ 3.石油的组分主要有哪些？石油分馏的产品有哪些及其用途？ 4.以煤、石油和天然气为原料生产合成材料是什么？ 5.什么是环境问题？三废是什么？什么是绿色化学？ 无机物(少量) 有机物 C 元素—大量 H、O、N、S 等元素 （少量） 无机盐等 污染环境 CO、NOx、 SO2 、烟尘 煤的组成 （1） 煤的组成及其综合利用 三、煤、石油、天然气综合利用 1. 煤的组成 煤的综合利用 干馏： 液化： 气化： 煤隔绝空气加强热使之分解的过程。 产品：焦炭、煤焦油、出炉煤气 C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) 高温 直接液化：煤与氢气生成液体燃料 间接液化：煤→CO + H2→甲醇 水 煤 气 注意：煤的干馏、气化、液化均为化学变化 2.天然气的综合利用 阅读教材P103资料卡片—天然气水合物。 用途： （1）化石燃料 （2）化工原料：合成氨、生产甲醇、合成多个碳原子的有机化合物 （3）可燃冰CH4·nH2O 3.石油的组成及其综合利用 按元素：碳、氢含量为97%--98% 按物质：烃的混合物，烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。 （1）石油的成分： （2）石油的综合利用 ①石油的分馏：利用原油中各组分沸点不同，将复杂的混合物分离成简单混合物的过程，分为常压分馏和减压分馏。 石油：烃的混合物，没有固定的熔、沸点。 蒸馏：把液体加热到沸腾变为蒸气，再使蒸气冷却凝结成液体的操作。物理变化。 分馏：对多组分混合物在控温下先后、连续进行的两次或多次蒸馏。 蒸馏、分馏和干馏 干馏：把固态混合物（如煤、木柴）隔绝空气加强热使它分解的过程。化学变化。 25% 产量提高 ②石油的裂化：在一定条件下，将重油分子内含碳原子数较多、沸点较高的烃断裂为分子内含碳原子数较少、沸点较低的烃的过程。 目的：提高汽油、煤油、柴油等轻质液体燃料的产量。 ③石油的裂解：（深度的裂化）采用比石油裂化更高的条件，使某些石油加工产品转化为分子内含碳原子数更少、沸点较更低的气态化工原料。 目的：获得工业上的“三烯二烷” （乙烯、丙烯，1，3-丁二烯）。 25% 产量提高 在加热和催化剂作用下，链状烃转化为环状烃。 ④结构重整： 化学变化 化学变化 化学变化 物理变化 化学变化 化学变化 化学变化 煤的干馏： 煤的气化： 煤的液化： 石油的分馏： 石油的裂化： 石油的裂解： 石油的催化重整： 1 从海水中提取下列物质,可以不涉及到化学变化的是 ( ) A Mg B NaCl C Br2 D K 2 医生建议因缺少某种元素而患甲状腺肿大的病人多食用海带,这是因为海带中含有较丰富的 ( ) A 碘元素 B 铁元素 C 钾元素 D 锌元素 B A 习 题 A 海水 Mg(OH)2 盐酸MgCl2 电解 Mg B 海水 盐酸MgCl2 电解 Mg C 海水 NaOH Mg(OH)2 电解 Mg D 海水 CL2 MgCl2 电解 Mg        3 从海水中提取镁的主要流程是(　 ） A　  一位遇上海难的水手，随着木排在海上漂流。他用完了淡水，感到异常口渴，但他不喝海水，因为他知道海水会致命。原因是 （ ） A、海水有苦涩味，根本喝不下去 B、海水中含有多种盐，能使肠胃腐烂致人死亡 C、海水中有许多微生物，有些微生物能致人死亡 D、海水会造成人体水分从血液和组织内脱离出来，进入肠胃中，使人脱水死亡 想一想、猜一猜 D 铝热反应的原理 概念 铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应 原理 Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来 铝热剂 铝粉和某些金属氧化物(Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物 反应特点 在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离 应用 冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等 (2)流程 (3)有关反应的离子方程式 2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2 SO2＋Br2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SOeq \o\al(2－,4) $$