8.1自然资源的开发利用 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1课时 金属矿物的开发利用 第八章 化学与可持续发展 1 学习目标 1.了解金属在自然界中的存在形式，掌握金属冶炼的一般方法和原理。 2.以金属矿物的开发利用为例，了解依据物质性质及其变化综合利用资源的方法，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。 新课导入 人类使用金属材料的先后顺序： 马踏飞燕 青铜时代 沧州铁狮子 铁器时代 铝制厨具 铝器时代 合金汽车 合金时代 一、金属元素在自然界的存在形态 金Au 银Ag 铜Cu 铁Fe 1.自然界的金属单质 一、金属元素在自然界的存在形态 一、金属元素在自然界的存在形态 1.自然界的金属化合物 黄铜矿(CuFeS2) 赤铁矿(Fe2O3) 铝土矿 (Al2O3) 软锰矿(MnO2) 钨锰铁矿 锌铅矿 孔雀石Cu2(OH)2CO3 菱镁矿(MgCO3) 二、金属的冶炼 人们在生活和生产中使用的金属材料多为合金，它是由金属单质加工获得的。那么人们是如何获得金属单质？金属矿物又是如何开发和利用的呢？ 高压钠灯 铜导线 铁锅 不锈钢锅 钛合金羽毛球拍 镍合金门锁 铂合金首饰 钠钾合金 二、金属的冶炼 将金属从其化合物中还原出来的过程，工业上称之为金属的冶炼。 得电子，被还原 +ne- Mn+(化合态) M(游离态) 正价 0价 1.定义 2.实质 3.步骤 采矿→矿石富集→金属冶炼→精炼 富集 除杂，提高矿石中有用成分的含量 精炼 提纯金属 4.方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 二、金属的冶炼 如图表示金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发利用的大致年限。 约10000年前 约6000年前 约6000年前 约2500年前 约200年前 【思考】为什么地壳中铝的含量比铁和铜高，但使用的时间却晚得太多？ 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。 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 物理法 4.方法 二、金属的冶炼 4.方法 二、金属的冶炼 ①电解法 MgCl2 (熔融) ==== Mg ＋ Cl2 ↑ 电解 2NaCl (熔融) ==== 2Na＋Cl2 ↑ 电解 2Al2O3 (熔融) ====== 4Al ＋ 3O2 ↑ 电解 冰晶石 Na3AlF6作用：助熔剂， 可以降低氧化铝的熔点。 【思考1】为什么电解Al2O3，而不用AlCl3? 因为AlCl3是共价化合物，熔融状态以分子形式存在，没有自由移动的离子，不发生电离，不能导电，无法进行电解。 【思考2】为什么电解熔融MgCl2，而不用MgO? 【思考3】电解法制备此类金属，能否在水溶液中进行? MgO的熔点(2852℃)远远高于MgCl2的熔点(714 ℃)，电解熔融状态的MgO需要更高的温度，消耗更多的能量，对条件、设备的要求更高，会增加生产成本。 不能，因为此类金属的活动性强，阳离子的氧化性弱于水电离的氢离子，根据氧化还原反应的先后规律，轮不到它们得电子被还原。 二、金属的冶炼 2NaCl+2H2O ==== 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 电解 4.方法 二、金属的冶炼 ②热还原法 常见还原剂：焦炭、CO、H2、活泼金属Al等。 (高炉炼铁) (铝热反应) 3CO + Fe2O3 === 2Fe + 3CO2 ↑ 高温 2Al + Fe2O3 === 2Fe＋Al2O3 高温 H2 + CuO === Cu + H2O 4.方法 二、金属的冶炼 ②热还原法——铝热反应 铝与某些难熔金属(Cu、Fe、V、Cr、Mn等)的氧化物在高温条件下发生的置换反应叫铝热反应。 铝粉和金属氧化物 (V2O5/Cr2O3/MnO2/FexOy等)的混合物称为铝热剂。 【思考】铝粉和MgO、Na2O等的混合物能否称为铝热剂？ 不能，金属氧化物对应的金属活动性应该比铝差。 4.方法 二、金属的冶炼 ②热还原法——铝热反应 焊接钢轨， 应用： 冶炼高熔点，且活动性比铝差的金属 4Al＋3MnO2 === 3Mn＋2Al2O3 高温 2Al + Fe2O3 === 2Fe＋Al2O3 高温 镁条剧烈燃烧，发出耀眼白光，漏斗内剧烈反应，放出大量的热，火星四射，纸漏斗的下部被烧穿，有红热熔融物落入沙中，冷却后变为黑色固体。 引燃剂 助燃剂 铝热剂 4.方法 二、金属的冶炼 ③热分解法 古代炼丹术士葛洪的《抱朴子》中 “丹砂烧之成水银” HgS Hg + S 2HgO 2Hg + O2 ↑ 2Ag2O 4Ag + O2 ↑ 朱砂，辰砂 4.方法 二、金属的冶炼 ③物理法——富集法 淘金原理： 金的密度比沙大 金在自然界中以游离态存在。 “沙里淘金”有诗为证： “千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金” 4.方法 二、金属的冶炼 ④其他的冶炼方法 Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu 湿法炼铜 火法炼铜 Cu2S＋O2 === 2Cu＋SO2 高温 火烧孔雀石炼铜 Cu2(OH)2CO3 === 2CuO + H2O + CO2↑ 高温 C + 2CuO === CO2 ↑ + 2Cu 难挥发性物质制备易挥发性的物质 Na+KCl (熔融) === NaCl+K↑ 三、金属矿物的开发和利用 1.合理开发和利用金属矿物资源的原因 (1)资源有限且分布不均 (2)金属的冶炼消耗许多能量 (3)金属冶炼造成环境污染 (4)金属腐蚀造成大量损失 2.合理开发和利用金属矿物资源的措施 (1)提高金属矿物的利用率 (2)开发环保高效的金属冶炼方法 (3)防止金属的腐蚀 (4)加强废旧金属的回收和再利用 (5)使用其他材料代替金属材料 【思考】铝土矿中除Al2O3外常含有杂质Fe2O3 、SiO2，怎样从铝土矿中获得铝单质呢？ Al2O3 Fe2O3 SiO2 NaOH 溶液 Fe2O3 Na[Al(OH)4] Na2SiO3 NaOH 盐酸 H2SiO3 NaCl AlCl3 氨水 Al(OH)3 过滤 过滤 过滤 NH4Cl NaCl Al2O3 Al 电解 加热 方案一：碱溶法 课堂检测 ① ② ③ ④ ⑤ [Al(OH)4]− + 4H+ === Al3++4H2O Al3+＋3NH3·H2O === Al(OH)3↓+3N Al2O3 + 2OH− + 3H2O === 2[Al(OH)4]− SiO2 + 2OH− === Si + H2O Al2O3 Fe2O3 SiO2 SiO2 AlCl3 FeCl3 HCl Fe(OH)3 Na[Al(OH)4] NaCl NaOH CO2 Al(OH)3 NaHCO3 NaCl 盐酸 过滤 NaOH 溶液 过滤 过滤 Al2O3 Al 电解 加热 【思考】铝土矿中除Al2O3外常含有杂质Fe2O3 、SiO2，怎样从铝土矿中获得铝单质呢？ 方案二：酸溶法 课堂检测 ① ② ③ ④ ⑤ [Al(OH)4]− + CO2 === Al(OH)3↓ + HC Al3++4OH− === [Al(OH)4]− Al2O3＋6H+ === 2Al3+＋3H2O 2Al2O3 (熔融) ====== 4Al ＋ 3O2 ↑ 电解 冰晶石 计算表明，生产1mol铝消耗的电能至少为1.8×106J，回收铝质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8-1和图8-2，你想到了什么？请将你的想法与同学交流。 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。 三、金属矿物的开发和利用 计算表明，生产1mol铝消耗的电能至少为1.8×106J，回收铝质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8-1和图8-2，你想到了什么？请将你的想法与同学交流。 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。 三、金属矿物的开发和利用 1.明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌：“炉甘石十斤，装载入一泥罐内，……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，……冷淀，毁罐取出，……，即倭铅也”(注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，泥罐中掺有煤炭)。下列说法不正确的是(　　) A.倭铅是指金属锌和铅的混合物 B.煤炭中起作用的主要成分是碳 C.我国历史上铅的使用早于锌 D.该冶炼锌的方法属于热还原法 2.冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法、②水煤气(或氢气、一氧化碳)法、③活泼金属置换法、④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜，(Ⅱ)湿法炼铜；现代有(Ⅲ)铝热法炼铬，(Ⅳ)从光卤石中炼镁。对它们的冶炼方法的分析不正确的是(　　) A.(Ⅰ)用① B.(Ⅱ)用② C.(Ⅲ)用③ D.(Ⅳ)用④ A 课堂检测 B 第一节 自然资源的开发利用 第2课时 海水资源的开发和利用 第八章 化学与可持续发展 24 学习目标 1.以海水资源为例，形成工业上提取物质的一般思路和方法，培养宏观辨识与变化观念的学科素养。 2.以海水资源的开发利用为例，了解依据物质性质及其变化综合利用资源的方法，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。 新课引入 海洋约占地球表面积的71% 一、认识海水资源 海水的化学资源 海水的水资源 海水的能量资源 海水的生物资源 二、海水水资源的利用 2.海水淡化 (1)蒸馏法 (3)电渗析法 (2)反渗透法 最先使用，技术成熟，但成本高 目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂 1.直接利用 利用海水进行循环冷却或作为非饮用生活用水 成本低，但未能大量生产 蒸馏法淡化海水的简化原理 二、海水水资源的利用 2.海水淡化 (1)蒸馏法 石棉网 放少量碎瓷片或沸石，防止液体暴沸。 冷凝管中水从下口进，上口出 温度计的水银球位于蒸馏烧瓶支管口处 二、海水水资源的利用 2.海水淡化 (2)反渗透法 利用孔径比1 nm还小的半透膜滤去盐分来制取淡水的 二、海水水资源的利用 2.海水淡化 (3)电渗析法 二、海水化学资源的利用 海水中的元素 大量元素：O、H 常量元素：Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等 微量元素：Au、U等 特点：种类多，总储量大，富集程度低 二、海水化学资源的利用 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 蒸发结晶 可溶性杂质：Ca2+、 Mg2+ 、 S BaCl2 除杂试剂： Na2CO3 NaOH 先加BaCl2，后加Na2CO3 先过滤后再加稀盐酸 二、海水化学资源的利用 二、海水化学资源的利用 1.海水制氯化钠 从海水中制得的氯化钠，可以食用，同时也是生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸等的化工原料。 二、海水化学资源的利用 二、海水化学资源的利用 1.海水制氯化钠 ①氯碱工业：电解饱和食盐水，可生产氢氧化钠、氢气和氯气。化学反应方程式：__________________________________________。 ②电解熔融状态NaCl，制钠和氯气：_____________________________。 ③制盐酸：_____________________________ 。 ④制漂白剂(84消毒液)：_______________________________________。 ⑤制纯碱(侯氏制碱法)：__________________________________________； ________________________________________。 电解 2NaCl＋2H2O ==== 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 电解 2NaCl(熔融) ==== 2Na＋Cl2↑ Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O 点燃 H2 ＋Cl2 ==== 2HCl NaCl＋CO2＋H2O＋NH3===NH4Cl＋NaHCO3↓ Δ 2NaHCO3 ==== Na2CO3＋CO2↑＋H2O 二、海水化学资源的利用 2.海水提溴 海水 提取粗盐 苦卤 ①硫酸酸化 ②氯气氧化 含Br2的海水 ③热空气 吹出 含Br2的空气 吸收液 含Br2的水溶液 ⑤Cl2 溴蒸气 ⑥蒸馏 ⑦冷凝 ⑧分离 液溴 粗溴水 ④SO2 水溶液 吸收 (1)步骤②、⑤反应的离子方程式是________________________________。 (2)步骤④反应的化学方程式是_____________________________________。 (3)步骤③中，用热空气将Br2吹出，利用溴的性质为________，从步骤②到步骤⑤的目的是___________________________________。 (4)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.Na2CO3 D.H2O (5)步骤⑥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，若温度过高则______________________________________；若温度过低，则__________________________。 二、海水化学资源的利用 2.海水提溴 2Br− ＋Cl2===Br2＋2Cl− Br2 ＋ SO2 ＋ 2H2O === 2HBr ＋ H2SO4 易挥发 将溴浓缩(或富集)，提高Br2的提取率 ABC 溴不能完全蒸出，产率太低 大量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水分增加 二、海水化学资源的利用 2.海水提溴 工业上以浓缩海水为原料提取溴的部分流程如图: (1)吸收塔中Br2转化为Br−和Br发生的反应是 ________________________________________； (2)反应釜2中发生的反应是____________________________________； 3Br2+3C === 5Br− +Br+3CO2↑ 5Br− +Br+ 6H+ === 3Br2↑+3H2O 二、海水化学资源的利用 3.海水提镁 贝壳 ①煅烧 CaO ②水 石灰乳 沉淀池 ③ 海水 引入 过滤 Mg(OH)2 MgCl2·6H2O ⑥HCl气氛中 加热脱水 MgCl2 Mg+Cl2 ⑦熔融后 电解 ④盐酸 盐酸 Cl2循环利用 MgCl2溶液 ⑤浓缩 高温 ① CaCO3 ==== CaO＋CO2↑ ② CaO＋H2O === Ca(OH)2 ③ MgCl2＋Ca(OH)2=== Mg(OH)2＋CaCl2 ④ Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O 高温 HCl ⑥ MgCl2·6H2O ==== MgCl2＋6H2O ⑦ MgCl2 (熔融) ==== Mg ＋ Cl2 ↑ 电解 二、海水化学资源的利用 3.海水提镁 三、海水生物资源的利用 1.海带提碘 海带 灼烧 海带 灰 溶解、过滤 含I−的溶液 残渣 含碘单质的溶液 H2O2/Cl2 含碘单质的有机溶液 萃取分液 单质碘 蒸馏 2H+ + 2I− + H2O2 === I2+2H2O Cl2 + 2I− === 2Cl− +I2 可供人类利用的鱼虾贝藻为每年6亿吨，现在捕捞量为每年9000万吨。 四、海水能量资源的利用 (1)从海水提取铀和重水，用于_____开发。 (2)开发________、________等新型能源。 核能 潮汐能 波浪能 第一节 自然资源的开发利用 第3课时 煤、石油和天然气的综合利用 第八章 化学与可持续发展 43 迄今为止，煤、石油、天然气仍是人类使用的主要能源，同时它们也是重要的化工原料，煤被称为“工业的粮食”，石油被称为“工业的血液”，天然气则是一种清洁燃料。 在化石燃料发挥着重要作用的同时，也带来了许多污染，所以如何实现化石燃料的综合利用，提高利用率，减少化石燃料燃料所造成的环境污染，是人类面临的重大挑战。 新课引入 学习目标 1.结合石油化工等实例了解化学在生产中的具体应用，认识化学工业在国民经济发展中的重要地位。 2.以煤、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。 3.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。 一、煤的综合利用 1.物质组成：________和______________组成的复杂混合物。 2.元素组成：主要为____，还含有少量______________等元素。 有机物 少量无机物 C H、O、N、S 煤燃烧会生成CO2加剧温室效应， NOx造成光化学烟雾和酸雨， SO2造成酸雨，还会产生大量的煤灰、煤渣、废气。不仅污染环境，燃烧效率也比较低，因此一般通过干馏、气化和液化的方法进行综合利用。 一、煤的综合利用 3.煤的干馏 将煤隔绝空气加强热使其分解的过程，工业上煤的干馏也叫煤的焦化。 一、煤的综合利用 3.煤的干馏 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 氮肥 粗苯 苯、甲苯、二甲苯 炸药、燃料、医药、农药、合成材料 煤焦油 苯、甲苯、二甲苯 酚类、萘 医药、染料、农药、合成材料 焦炭 沥青 碳素电极、筑路材料 碳 冶金、燃料、合成氨 一、煤的综合利用 4.煤的气化 将煤转化为可燃性气体的过程。 工业制水煤气的方法 C＋H2O(g) ==== CO＋H2 高温 作燃料气和化工原料 5.煤的液化 将煤与氢气在一定条件下反应，生成液体燃料。 (1)直接液化 将煤先气化转化为CO和H2，再在催化剂的作用下合成甲醇。 (2)间接液化 煤的干馏、气化和液化均属于化学变化。 CO + 2H2 CH3OH 催化剂 一、煤的综合利用 1. 下列关于煤的说法正确的是( ) A.煤属于有机化合物 B.在物质变化类型上，煤的干馏包含了物理变化和化学变化 C.煤中含有大量的苯、甲苯等芳香烃，煤是芳香烃的主要来源 D.煤的气化就是将煤在高温条件下由固态转化为气态的物理变化过程 E.煤转化为水煤气再燃烧放出的热量不会增加，因此煤的气化并无意义 F.煤的液化就是将煤转化成甲醇等液态物质的过程 G.煤的干馏产物主要是各类有机物 H.将煤制成煤球作燃料属于煤的综合利用 BF 课堂检测 二、天然气的综合利用 海底可燃冰：CH4·nH2O 1.日常生活中，用作燃料 2.化工生产中，用于合成氨和生产甲醇 主要成分： CH4(甲烷) CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O 点燃 CH4 C + 2H2 高温 CH4 + H2O CH3OH + H2 催化剂 三、石油的综合利用 多种碳氢化合物组成的混合物。 1.石油的组成 2.石油的分馏 通过加热和冷凝，把石油分成不同沸点范围的产物。属于物理变化。 分馏的方式有常压蒸馏和减压蒸馏两种方法。 常压蒸馏的产品有石油气、汽油、煤油、柴油和重油； 减压蒸馏的产品有柴油、燃料油、石蜡、润滑油、沥青。 1.如图所示是石油分馏塔的示意图，有关a、b、c三种馏分的说法中正确的是(　　) A.a的沸点最高 B.b的沸点最低 C.c的平均相对分子质量最大 D.每一种馏分都是纯净物 课堂检测 C 三、石油的综合利用 3.石油的裂化 石油经分馏后可以获得汽油、煤油、柴油等含碳原子少的轻质油，但其产量难以满足社会需求，而含碳原子多的重油却供大于求。因此，需要通过催化裂化过程将重油裂化为汽油等物质，再进一步裂解，可以获得很多重要的化工原料。 为了获取汽油、煤油、柴油等轻质油，工业上在一定条件下(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。 C16H34 十六烷 C8H18 辛烷 ＋ C8H16 辛烯 催化剂 加热、加压 三、石油的综合利用 4.石油的裂解 为了获取乙烯、丙烯等有机化工的重要原料，采用比裂化更高的温度，使其中相对分子质量较大的烃断裂成乙烯、丙烯等小分子烃。 C8H18 辛烷 C4H10 丁烷 ＋ C4H8 丁烯 催化剂 加热、加压 C2H6 乙烷 ＋ C2H4 乙烯 C4H10 丁烷 催化剂 加热、加压 CH4 甲烷 ＋ C3H6 丙烯 C4H10 丁烷 催化剂 加热、加压 5.石油的催化重整 可以获取苯、甲苯等重要的化工原料，在加热和催化剂的作用下，通过结构的调整，使链状烃转化成为环状烃。 课堂检测 1.关于石油的综合利用，下列说法正确的是( ) A.石油产品都可用于聚合反应 B.石油在加热和催化剂的作用下可使烃分子重整生成苯、甲苯等有机物 C.石油裂化的目的是获取短链不饱和气态烃 D.石油裂化生产的汽油不能使溴水褪色 B 裂化汽油的主要成分是烷烃和不饱和烃(烯烃和二烯烃) 直馏汽油的主要成分是饱和烃(如烷烃和环烷烃)和芳香烃(如苯及其同系物等) 2.下列属于物理变化的是(　　) ①石油的分馏 ②煤的干馏 ③石油的裂化 ④铝热反应 ⑤由乙烯制备聚乙烯 ⑥O2转化为臭氧 ⑦乙烯催熟果实 ⑧将苯加入溴水中 ⑨海水蒸馏制取淡水 A.①②③④ B.①②⑤⑦ C.①⑧⑨ D.①②⑥⑨ C 课堂检测 “三馏”的比较 名称 干馏 蒸馏 分馏 原理 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 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 变化 类型 化学变化 物理变化 物理变化 四、以煤、石油、天然气为原料生产合成材料 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。 (1)三大合成材料：______⁠、__________⁠、_________，这三大合成材料，主要是以石油、煤和天然气为原料生产的。 (2)在石油工业发展的早期，乙烯和丙烯都曾被当作炼油厂的废气而白白烧掉，聚乙烯和聚丙烯的研制成功使乙烯、丙烯这些曾经的“废弃物”得到了充分利用。 (3)随着合成材料的大量生产和使用，急剧增加的废弃物也给人类社会造成巨大的环境压力。 塑料　 合成橡胶　 合成纤维　 五、合成材料引起环境问题——白色污染 1.白色污染的危害 2.解决“白色污染”的措施 减少使用不必要的塑料制品 重复使用某些塑料制品 使用一些新型的、可降解的塑料 回收各种废弃塑料 Lavf57.4.100 Lavf58.20.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$