8.1 自然资源的开发利用 第2、3课时 课件 -2022-2023学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

海水资源的开发利用 授课人：李旭苗 时间：2023年5月30日 新人教版·必修二·第八章 第一节·自然资源的开发利用·第二课时 高中化学 1 讨论：你知道海洋中有哪些可以利用的资源吗？ 海水中的化学元素 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。海水中含量最多的O、H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。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。例如，海水中金元素的总储量约为5×106 t，而1t海水中金元素的含量仅为4×10-6g。海洋还是一个远未充分开发的巨大化学资源宝库。 元素 浓度（mg/L） 元素 浓度（mg/L） 元素 浓度（mg/L） 钠Na 1.1×104 氯Cl 1.9×104 金Au 4.0×10－6 镁Mg 1.3×103 溴Br 6.7×101 铀U 3.0×10－4 钾K 3.8×102 碘I 6.0×10－2 镍Ni 2.0×10－3 锂Li 1.7×10－1 铯Cs 5.0×10－4 钼Mo 1.0×10－2 问题1. 你认为可以从海水中获得哪些产品或资源，为什么？ （1）储量特别大的如Na、Mg、Cl、Br等元素的单质及化合物 （2）具有特别用途的如Li、Mo、Cs、U等元素的单质及化合物 （3）特别贵重的元素如Au的单质及化合物 元素 浓度（mg/L） 元素 浓度（mg/L） 元素 浓度（mg/L） 钠Na 1.1×104 氯Cl 1.9×104 金Au 4.0×10－6 镁Mg 1.3×103 溴Br 6.7×101 铀U 3.0×10－4 钾K 3.8×102 碘I 6.0×10－2 镍Ni 2.0×10－3 锂Li 1.7×10－1 铯Cs 5.0×10－4 钼Mo 1.0×10－2 问题2. 你认为从海水中获得产品的过程中可能会遇到哪些困难？ 总量巨大但浓度极低，要耗费大量能源和时间进行富集、分离和提纯 海水资源的分布特点：广阔性、多样性、分散性 问题3. 海水淡化都有哪些方法，各有什么优缺点？ 水资源的利用类型 1、海水淡化 2、海水循环冷却 服务于火电厂、核电厂的循环冷却 蒸馏法 将海水加热至沸腾汽化，然后将蒸气冷凝而得到蒸馏水 电渗 析法 在外加直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到除盐的目的 离子 交换法 用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂除去海水中的阴离子、阳离子，得到去离子水 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 分离沸点相差较大的液体混合物，也可除去水等液体中难挥发或不挥发的杂质。 蒸馏 酒精灯 蒸馏烧瓶 温度计 冷凝管 牛角管 锥形瓶 沸石 石棉网 蒸馏法海水淡化 【思考】 1、为什么冷却水通入方向与被冷凝蒸气流向相反？ 为了使蒸馏出的蒸气与冷却水长时间充分接触，带走尽可能多的热量 2、为什么温度计水银球的顶端要与圆底烧瓶支管下沿处于同一水平线？ 对于蒸馏来说，只有精确控制蒸馏的温度才能达到分离提纯的目的，而蒸馏烧瓶支管口的温度正是被蒸馏变为气体某组分的温度 原理：加热到水的沸点，液态水变为水蒸汽，与海水中的盐分离，水蒸汽冷凝得到淡水 蒸馏法海水淡化 二、海水化学资源的利用 海水中的化学元素 高中化学 作者 (A) - 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 蒸发结晶 二、海水化学资源的利用 高中化学 从海水中获取氯化钠还可以用于哪些工业生产？你能写出相应的化学方程式吗？ Tips：食盐的用途 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应用。 溴是海洋元素，地球上99%的溴元素分布在海洋中，以Br-的形式存在。海水中的溴元素含量约为67mg/L。 CF2ClBr 二氟一氯一溴甲烷 2.海水提溴 二、海水化学资源的利用 海水化学资源的开发利用 此流程的目的是什么？这种方法叫什么法？ 流程中涉及哪些步骤？每一步的作用是什么？ 教材101 2.海水提溴——吹出法 【思考与讨论1】该流程中是Br-如何转化成Br2？ 溴元素由化合物变为单质，化合价升高，发生了氧化反应，所以用氧化剂把Br-氧化为Br2 【思考与讨论2】工业上常用的一种海水提溴技术叫做“吹出法”。根据资料思考：用热空气吹出的物质是什么？利用该物质的什么性质呢？ 溴，有挥发性 【思考与讨论3】根据教材中海水提溴的工艺流程图，思考和讨论每一环节的作用，写出氧化和吸收环节主要反应的离子方程式。 2.海水提溴——吹出法 22 一月 2025 新人教版2019 “吹出法”海水提溴 环节 作用 化学方程式（或离子方程式） 氧化 吹出 吸收 蒸馏 用氯气氧化海水中的溴离子 用空气将生成的溴吹出 用SO2作还原剂使溴转化为氢溴酸，以使其与空气分离 再用氯气将氢溴酸氧化为溴 后蒸馏分离 冷凝 将气态溴转化为液态溴，用CCl4（或苯）萃取溴 2Br-+Cl2=2Cl-+Br2 Br2+SO2+2H2O=4H++SO42-+2Br- 2Br-+Cl2=2Cl-+Br2 理论上，具有强碱性的NaOH溶液，具有强还原性的FeCl2溶液及Na2SO3溶液也可用于吸收Br2 2.海水提溴——吹出法 高中化学 第一次富集 吹出和吸收 第二次富集蒸馏 不断积少成多，最后 14 思考交流：下图为从海水中提取镁的工业设备图,请结合你所掌握的知识画出海水提镁的工业流程图，并写出相应的化学反应方程式。 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 3.海水提镁 思考交流：请结合视频讲解画出海带提碘的工业流程图，并写出相应的化学反应方程式。 ①工艺流程：海带→浸泡→氧化→过滤→提纯→碘单质。 ②主要的化学反应原理：2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O。 或Cl2＋2I－=I2＋2Cl－ 稀硫酸的作用： 增强H2O2的氧化性； 抑制I2与水反应 ①H2O2(H+) ② 4.海带提碘 建立方法模型 任 务 核心问题 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 内容内容内容 P4具有正四面体结构，PCl5中P—Cl键的键能为c kJ/mol，PCl3中P—Cl键的键能为1．2c kJ/mol。下列叙述正确的是(　　) A．P—P键的键能大于P—Cl键的键能 B．可求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反应热ΔH C．Cl—Cl键的键能为 kJ/mol D．P—P键的键能为 kJ/mol 课堂检测 1.从苦卤中提取溴的流程如下： 下列有关说法不正确的是(　　) A.X试剂可用Na2SO3饱和溶液 B.步骤Ⅲ的离子反应：2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2 C.从溴的浓溶液中提取单质溴，可以用乙醇进行萃取 D.步骤Ⅳ包含萃取、分液和蒸馏 C 内容内容内容 P4具有正四面体结构，PCl5中P—Cl键的键能为c kJ/mol，PCl3中P—Cl键的键能为1．2c kJ/mol。下列叙述正确的是(　　) A．P—P键的键能大于P—Cl键的键能 B．可求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反应热ΔH C．Cl—Cl键的键能为 kJ/mol D．P—P键的键能为 kJ/mol 课堂检测 2.下列有关海水提镁的说法中不正确的是(　　) A.贝壳在海水提镁的生产流程中，主要经历了CaCO3→CaO →Ca(OH)2的过程 B.利用OH－将海水中的Mg2＋转化为Mg(OH)2沉淀，然后电解Mg(OH)2制备纯镁 C.工业生产中是利用电解MgCl2制备镁 D.在海水提镁的工业流程中，氯气可以循环利用，用于制备盐酸，再溶解Mg(OH)2 B 内容内容内容 P4具有正四面体结构，PCl5中P—Cl键的键能为c kJ/mol，PCl3中P—Cl键的键能为1．2c kJ/mol。下列叙述正确的是(　　) A．P—P键的键能大于P—Cl键的键能 B．可求Cl2(g)＋PCl3(g)===PCl5(s)的反应热ΔH C．Cl—Cl键的键能为 kJ/mol D．P—P键的键能为 kJ/mol 课堂检测 3. A 2. 海水中溴元素以Br－形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如图所示： (1) 步骤①反应的离子方程式是________________________。 (2) 步骤③反应的化学方程式是_______________________________。 (3) 从理论上考虑，下列物质也能充分吸收Br2的是_____(填字母)。 A.NaOH B.FeCl2 C.Na2SO3 D.H2O 2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－ SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr ABC (4)步骤⑤蒸馏过程中，温度应控制在80～90 ℃。温度过高或过低都不利于生产，若温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水分增加；若温度过低，则___________ ______________。 溴不能完全 蒸出，产率低 课堂总结 淡水 钾盐 钾 溴化物 溴 火电厂、核电厂的循环冷却水 镁盐 镁 食盐 氢气 纯碱 钠 烧碱 氯气 海水 课后作业：练习册P139-P145 化石燃料的综合利用 授课人：李旭苗 时间：2023年6月1日 新人教版·必修二·第八章 第一节·自然资源的开发利用·第三课时 高中化学 23 化石燃料 煤 石油 天然气 人类使用的主要能源 重要的化工原料 综合利用、提高利用率、减少环境污染 煤的综合利用 1. 煤的组成——有机物+少量无机物 主要元素 其他元素 C H、O、N、S 等 褐煤 泥煤 无烟煤 【思考】煤作为燃料有什么缺点？ 煤燃烧产生大量的煤灰、煤渣、废气（SO2、氮的氧化物、碳的氧化物和烟尘等），污染环境，燃烧效率低！ 煤的综合利用 煤的干馏、煤的气化、煤的液化 (1)煤的干馏： 将煤隔绝空气加强热使它分解的过程。 煤焦油 出炉煤气 焦炭 【思考】煤的干馏为什么要隔绝空气？ 若不隔绝空气，在高温条件下，煤会在空气中燃烧。 表8-1煤的干馏的重要产品和用途 干馏产物 主要成分 主要用途 出炉 煤气 焦炉气 H2、CH4、乙烯、CO 气体燃料、化工原料 粗氨水 NH3、铵盐 化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料 粗苯 苯、甲苯、二甲苯 煤焦油 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、碳素电极 焦炭 碳 冶金、合成氨造气、电石、燃料 煤的综合利用 (2)煤的气化 将煤转化为可燃性气体的过程。 主要反应： 水煤气 C+H2O(g) CO + H2 高温 【思考】为什么一不小心将少量水洒在烧得通红的煤上时，火不但没有熄灭， 反而烧得更旺？ 这就是煤的气化，烧得通红的煤与水蒸气反应生成可燃性气体H2和CO，所以燃烧更旺。 CO + 2H2 CH3OH（甲醇） 催化剂 (3)煤的液化 直接液化： 使煤与氢气作用生成液体燃料 间接液化： 先转化为CO和H2，然后在催化剂作用下合成甲醇 将煤转化为液体燃料的过程。 煤的综合利用 阅读课本P102前五段内容，列表比较煤的综合利用途径的区别 煤的利用途径 煤的干馏 煤的气化 煤的液化 原理 主要 反应 产品 用途 CO、H2等可燃性 气体物质 液态燃料油、甲醇等 将煤转化为可燃性 气体（水煤气）的过程 直接加氢液化或间接液化 将煤转化为液态燃料的过程 可作燃料 可作燃料； 基本化工原料 隔绝空气加强热 出炉煤气、 煤焦油、焦炭 很广泛 分解反应 C+H2O(g) CO + H2 高温 CO + 2H2 CH3OH（甲醇） 催化剂 C+H2O(g) CO + H2 高温 29 天然气的综合利用 液化天然气公交车 天然气灶 A. 燃料——清洁能源 1. 天然气组成——主要成分是甲烷 B. 化工原料：生产甲醇、合成两碳或多碳有机物 2. 天然气用途 石油的综合利用 组成 汽油、煤油、柴油等 多种碳氢化合物组成的混合物 直接从矿井里开采出来的石油 分馏、裂化、裂解、催化重整 石油 加工处理 原油 石油的综合利用 石油的分馏 原理：利用原油中各组分沸点的不同进行分离的过程。 分馏产物： 石油气 汽油、煤油、柴油等 蜡油、润滑油 重油（沥青等） 轻质液 体燃料 【思考】用什么方法分离重油？为什么？ 减压蒸馏，减压是为了降低重油的 沸点，避免温度过高发生分解。 石油的裂化 在一定条件下（加热、催化剂），把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃。 裂化的目的:提高轻质汽油的产量。 相对分子质量大 沸点高的烃 相对分子质量小 沸点较低的烃 断裂 原料：重油、石蜡 产物：汽油、煤油、柴油、润滑油等 C16H34 十六烷 C8H18 辛烷 ＋ C8H16 辛烯 催化剂 加热、加压 C8H18 辛烷 C4H10 丁烷 ＋ C4H8 丁烯 催化剂 加热、加压 裂化汽油（含烯烃、烷烃） 石油的裂解 采用比裂化更高的温度，使其中相对分子质量较大的长链烃断裂成乙烯、丙烯等短链烃。 主要产物：乙烯、丙烯、甲烷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 比较石油的综合利用途径的区别 石油的利用途径 原理 产物 分馏 裂化 裂解 催化重整 利用石油中各组分沸点的不同进行分离的过程。 汽油、煤油、柴油等轻质油和重油 在一定条件下（加热、催化剂），把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃。 轻质油，特别是汽油 采用比裂化更高的温度，使其中相对分子质量较大的长链烃断裂成乙烯、丙烯等短链烃。 甲烷、乙烯、丙烯等重要化工基本原料 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。 苯、甲苯等重要的化工原料 35 1.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？ 2.石油分馏得到的各种分馏产品是纯净物吗？ 分馏属于物理变化，裂化、裂解、催化重整属于化学变化 3. 裂化汽油可以使溴的四氯化碳溶液褪色，其原因是什么？ 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。 裂化汽油中含有烯烃，能与Br2发生加成反应，可以使溴的四氯化碳溶液褪色。直馏汽油的成分为饱和烃，故直馏汽油不能使溴的四氯化碳溶液褪色。 煤、天然气、石油的综合利用 高分子材料 基础化工原料 更高价值生活用品 塑料 合成橡胶 合成纤维 1.加聚反应 2.缩聚反应 纺织品 药品 日用化学品 37 1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”) (1)煤的气化是使煤转化成清洁燃料的物理过程。(　　) (2)石油的分馏得到的产品是纯净物。(　　) (3)煤的干馏可得到甲烷、苯和氨等物质。(　　) (4)乙烯的化学性质比聚乙烯活泼。(　　) (5)石油的分馏、裂化和裂解都属于化学变化。(　　) (6)石油裂解的原料是石油分馏产品。(　　) × × √ √ × √ 2.下列关于煤、石油及其所得产品的叙述正确的是（ ） A. 煤中含有甲苯、二甲苯等有机物，可以通过干馏得到 B.煤的干馏和石油的分馏发生的都是化学变化 C.用溴的四氯化碳溶液可鉴别直馏汽油和裂化汽油 D.石油是混合物，其分馏产品煤油为纯净物 C 3、铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2、Fe2O3等。因此从铝土矿中提Al2O3的流程可以设计成两种方案。 上述过程残渣和沉淀的化学式分别为_______、 _______前后滤液的主要阳离子的符号分别为_______________、_______写出该过程①②离子方程式分别为①___________________________________________________________________ ② ； a．酸溶法的工艺流程： AlO2-＋2H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO3- ① ② SiO2 Fe(OH)3 Al3+ Fe3+ Na+ Al2O3＋6H＋===2Al3＋＋3H2O Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O 高中化学 上述过程残渣和沉淀的化学式分别为_______、_______前后滤液的主要阳离子的符号分别为_______、_______写出该过程①②离子方程式分别为 _____________________________________________________________ _____________________________； 反应③的化学方程式_______________________________ b．碱溶法的工艺流程： ① ③ Na+ H2SiO3 Al3+ Fe2O3 SiO2＋2OH－===SiO32-＋H2O ② 高中化学 THANKS 授课人：李旭苗 时间：2023年6月1日 高中化学 42 [练6]　从海带中提取碘单质，成熟的工艺流程如下。下列关于海水制碘的说法不正确的是(　　) 干海带eq \o(――→,\s\up22(灼烧))海带灰eq \o(――→,\s\up22(沸水),\s\do20(浸泡))悬浊液eq \o(――→,\s\up22(过滤))滤液eq \o(――→,\s\up22(H＋),\s\do20(H2O2))碘水eq \o(――→,\s\up22(CCl4))I2的CCl4溶液eq \o(――→,\s\up22(蒸馏))I2 A.实验室在蒸发皿中灼烧干海带，并且用玻璃棒搅拌 B.含I－的滤液中加入稀硫酸和双氧水后，碘元素发生氧化反应 C.在碘水中加入几滴淀粉溶液，溶液变蓝色 D.碘水中加入CCl4得到I2的CCl4溶液，该操作为“萃取” Al2O3＋2OH－===2AlOeq \o\al(－,2)＋H2O 2Al(OH)3eq \o(=====,\s\up17(△))Al2O3＋3H2O Al3＋＋3NH3·H2O===Al(OH)3↓＋3NHeq \o\al(＋,4) $$