8.1自然资源的开发与利用-2024-2025学年高一化学同步课件（人教版2019必修第二册）

第八章 化学与可持续发展 第一节 自然资源的开发与利用 资料卡片 自然资源的开发和利用是人类社会发展的基础，但如何在满足需求与保护资源之间实现平衡，是21世纪全球面临的重大挑战。 资料卡片 自然资源的开发和利用是人类社会发展的基础，但如何在满足需求与保护资源之间实现平衡，是21世纪全球面临的重大挑战。 任务一：金属矿物的开发利用 一、金属的存在形式 金 铂 1.金、铂等极少数金属元素以单质的形式存在于自然界中。 任务一：金属矿物的开发利用 2.绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界中 一、金属的存在形式 1.金、铂等极少数金属元素以单质的形式存在于自然界中。 辉铜矿(Cu2S) 赤铁矿(Fe2O3) 闪锌矿(立方ZnS) 菱镁矿（MgCO3） 孔雀石(Cu2(OH)2CO3) 方铅矿(PbS) 任务一：金属矿物的开发利用 二、金属的冶炼 1.冶炼原理 使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子 n+ M 得电子 M (被还原) K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 约200年前 约3000年前 约5000年前 铝是地壳中含量最高的金属元素，为什么铝的使用比铁、铜晚得多？ 金属冶炼和使用顺序与其活泼性有关，越不活泼的金属，冶炼方法越简单 任务一：金属矿物的开发利用 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 二、金属的冶炼 2.冶炼方法 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 冰晶石的作用：降低Al2O3的熔化温度 为什么不用AlCl3？ 为什么不用MgO？ MgO的熔点太高，能耗过大，成本高 AlCl3是共价化合物，没有自由移动的离子 物质 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3 熔点/oC 2852 2054 714 190（以分子形式存在） 沸点/oC 3600 2980 1412 180 任务一：金属矿物的开发利用 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 二、金属的冶炼 2.冶炼方法 电解法 热还原法 常用的还原剂有：CO、H2、C(焦炭)、活泼金属 古代高炉炼铁 Fe2O3+3CO === 2Fe + 3CO2 高温 CuO+H2 === Cu + H2O 高温 铝热法：铝做还原剂，冶炼活泼性不如铝且“高熔点”的金属（Fe、V、Cr、Mn等） Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3 高温 写出MnO2、Cr2O3、V2O5的铝热反应 3MnO2+4Al 3Mn+ 2Al2O3 高温 Cr2O3+2Al 2Cr + Al2O3 高温 3V2O5+10Al 6V+ 5Al2O3 高温 任务一：金属矿物的开发利用 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 二、金属的冶炼 2.冶炼方法 富集法 电解法 热还原法 热分解法 古代炼丹术士葛洪的《抱朴子》中“丹砂烧之成水银” 2HgO === 2Hg + O2 ↑ 2Ag2O === 4Ag + O2 ↑ HgS ===Hg + S 任务二：海水资源的开发利用 海洋约占地球表面积的71% 海水化学资源 海水生物资源 任务二：海水资源的开发利用 海水资源 海水水资源的利用 海水化学资源的开发利用 海水提镁 海水提溴 海带提碘 海水制盐 任务二：海水资源的开发利用 一、海水水资源的利用 1. 海水淡化 2. 直接利用海水进行冷却循环 海水淡化 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 目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂 任务二：海水资源的开发利用 实验原理：加热到水的沸点，使水汽化变成水蒸气，再冷凝得淡水。 实验装置： 实验仪器：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：海水的蒸馏 一、海水水资源的利用 海水中的化学元素 最多： 常量元素：Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11种元素 微量元素 种类很多，总储量很大，富集程度（浓度）却很低 O、H两种元素 任务二：海水资源的开发利用 二、海水化学资源的利用 任务二：海水资源的开发利用 二、海水化学资源的利用 1.海水制盐 海水晒盐 方法：把海水引到盐滩上，利用日光和风力使水分蒸发，得到粗盐。 原理：蒸发海水，使食盐浓缩结晶。 粗盐 盐水 滤液 适量 盐酸 溶解 BaCl2 NaOH Na2CO3 过滤 蒸发 结晶 粗盐提纯 任务二：海水资源的开发利用 二、海水化学资源的利用 2.海水提溴 浓缩海水Br- 通入 氯气 海水Cl-Br2 通入空气 水蒸气(吹入) 吸收塔SO2 氧化 吸收 反应后 HBr、SO42－ 通入Cl2 Br2 蒸馏 2NaBr + Cl2== Br2+2NaCl 2H2O+Br2+SO2=H2SO4+2HBr 2HBr + Cl2== Br2+2HCl 方程式： 蒸馏： 吸收： 氧化： 任务二：海水资源的开发利用 二、海水化学资源的利用 3.海水提镁 MgCl2+Ca(OH)2 == Mg(OH)2↓+CaCl2 Mg(OH)2+2HCl == MgCl2+2H2O MgCl2(熔融) == Mg+Cl2↑ 电解 来源丰富，成本低 写出主要反应方程式 就地取材－贝壳(CaCO3) CaCO3==CaO+CO2↑ CaO+H2O==Ca(OH)2 任务二：海水资源的开发利用 二、海水化学资源的利用 4.海水提碘 稀硫酸 过氧化氢溶液 灼烧 加水 加热 溶解 过滤 有机溶剂例：CCl4 蒸馏 海带灰 海带 悬浊液 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 A 书写A离子方程式: 2H++2I-+H2O2 == I2+2H2O 或Cl2+2I - == 2Cl-+I2 课堂练习 从海带中提取碘，设计如下实验方案，下列说法不正确的是（　　） A.步骤①的操作方法：灼烧和溶解 B.步骤①需要的主要仪器：坩埚和烧杯 C.步骤③的试剂a必须是氧化剂 D.步骤④的试剂b可选用酒精 D (1)指出提取碘的过程中有关实验操作名称① ，③ 。写出过程②中有关反应的离子方程式： 。 (2)提取碘③过程中，可用的有机试剂是 。 A.酒精 B.四氯化碳 C.苯 D.乙酸 (3)③过程后得到含碘的有机溶液，可用 把碘和有机溶剂分离开来。（分离方法） 过滤 萃取 2I－+Cl2＝2Cl－+I2 BC 蒸馏 课堂练习 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图如右所示： (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)步骤②中，用热空气将Br2吹出，利用溴的性质为 ，从步骤②到步骤④的目的是 。 2Br－＋Cl2==Br2＋2Cl－ SO2＋Br2＋2H2O==H2SO4＋2HBr 易挥发 将溴富集，提高Br2的提取率 课堂练习 课堂练习 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 ABC 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，产率太低 任务三：煤、石油和天然气的综合利用 化石燃料：煤、石油和天然气都是古代动植物遗骸 经过一系列复杂变化而成的，它们是人们生活中经常使用的主要燃料，人们常称之为化石燃料，它们是不可再生资源。 什么是化石燃料？ 任务三：煤、石油和天然气的综合利用 1. 煤的组成——有机物+少量无机物 主要元素 其他元素 N、S的氧化物会造成环境问题 CO2会加剧温室效应 C H、O、N、S 等 一、煤的综合利用 2. 煤的干馏 将煤隔绝空气加强热使它分解的过程 任务三：煤、石油和天然气的综合利用 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 一、煤的综合利用 2. 煤的干馏 任务三：煤、石油和天然气的综合利用 3. 煤的气化 将煤转化为可燃性气体的过程 4. 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再在催化剂作用下合成甲醇 主要反应： C(s)+H2O(g) === CO(g)+H2(g) 高温 水煤气 一、煤的综合利用 煤的气化、液化是物质三态(气、液、固)之间的变化吗？ 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。 任务三：煤、石油和天然气的综合利用 二、天然气的综合利用 任务三：煤、石油和天然气的综合利用 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。 三、石油的综合利用 任务三：煤、石油和天然气的综合利用 1. 石油的分馏 利用原油中各组分沸点的不同进行分离的过程。 三、石油的综合利用 石油气 分馏产物： ②汽油、煤油、柴油等轻质液体燃料（轻质油） ③重油（沥青，石蜡、润滑油等） 任务三：煤、石油和天然气的综合利用 三、石油的综合利用 2. 石油的催化裂化 在一定条件下（加热、催化剂），碳数大的烃断裂为碳数小的烃。 目的： 将重油转化为轻质油，提高轻质汽油的产量 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 相对分子量大变成相对分子量小 任务三：煤、石油和天然气的综合利用 三、石油的综合利用 3. 石油的裂解 用比裂化更高的温度，使长链烃的烃断裂成乙烯、丙烯等小分子烃 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 目的：得到短链气态烯烃（乙烯） 长链变短链 任务三：煤、石油和天然气的综合利用 三、石油的综合利用 4. 石油的催化重整 在加热和催化剂的作用下，使链状烃转化为环状烃。 获得苯、甲苯等重要的化工原材 目的： 思考： ①石油的分馏、裂化、裂解、催化重整属于物理还是化学变化？ 分馏属于物理变化，裂化、裂解、催化重整属于化学变化 ②直馏汽油是纯净物吗？ 仍然是多种烃的混合物 ③直馏汽油、裂化汽油能否使溴水/酸性高锰酸钾溶液褪色？ 裂化汽油中有不饱和烃，可使酸性高锰酸钾溶液和溴水褪色 1.下列有关煤、石油、天然气等资源的说法错误的是（ ） A.天然气是一种清洁的化石燃料 B.石油是由多种烃组成的混合物 C.煤的气化和煤的液化都属于物理变化 D.石油裂化可以提高汽油的产量 C 课堂练习 2.关于煤和石油的综合利用，下列说法正确的是（ ） A.煤中含有甲苯、二甲苯等有机物，可以通过干馏得到 B.以煤为主要原料，可以合成甲醇 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 课堂练习 3.下列关于煤、石油及其所得产品的叙述正确的是（ ） A.煤的气化和液化都是物理变化 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.煤和石油都是混合物，都只由碳和氢两种元素组成 C 4.下列说法正确的是（ ） A.汽油与水不相溶，可以用裂化汽油萃取溴水中的溴 B.石油含有烷烃、环烷烃、芳香烃，煤含有苯、甲苯、二甲苯等有机物 C.煤的气化、液化是使煤变成清洁能源、减小环境污染的有效途径 D.沸点范围：汽油>煤油>柴油>重油 C 课堂小结 $$