8.1自然资源的开发利用（共三课时） 课件 2024-2025学年高一下学期化学人教版必修第二册

高一化学 付德梅 第八章 化学与可持续发展 第一节 自然资源的开发利用 第一课时 金属矿物的开发利用 www.sclyzx.com 活动一：金属矿物的开发利用 1.金属元素在自然界的存在 ⑴游离态： ⑵化合态： 2.金属的冶炼 1).定义：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。 2).实质： +ne- 得电子，被还原 正价 0价 Mn+ M 3).冶炼步骤： 富集 冶炼 精炼 www.sclyzx.com 富集 除杂,提高矿石中有用成分的含量 利用氧化还原反应将金属化合物还原成单质 提纯金属 冶炼 精炼 www.sclyzx.com 4.方法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 物理法——富集法 热分解法 热还原法 电解法 热分解法: 直接加热金属氧化物 2HgO 2Hg＋O2↑ 2Ag2O 4Ag＋O2↑ 丹砂烧之成水银 www.sclyzx.com 炼矿曰扯铜，其法矿千斤(氧化矿，灼烧得CuO)用炭七八百斤不等，炉如来墙，底作圆窠，铺以炭末，始加矿炭……而铜沉于低，有流碣，即铜成之候矣——清·张泓《滇南新语》 CuO＋C Cu＋CO↑ 　 热还原法 CuO+H2 === Cu + H2O 高温 Fe2O3+3CO === 2Fe + 3CO2 高温 常用的还原剂有： CO、H2、C(焦炭)、活泼金属 www.sclyzx.com 热还原法——铝热反应 应用： 焊接钢轨，冶炼高熔点，且活动性比铝弱的金属如铬、锰、钨、钒等 2Al + Fe2O3 ==2Fe＋Al2O3 高温 原理：用相对较活波的金属置换出较不活波的金属 www.sclyzx.com 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 加入冰晶石(Na3AlF6)能够溶解氧化铝而又能降低其熔点，且冰晶石在电解温度下不被分解，并有足够的流动性，有利于电解 www.sclyzx.com 思考1 结合下列表格物质的熔、沸点数据分析，为什么冶炼镁时，选择MgCl2而不是MgO？为什么冶炼铝时，选择Al2O3而不是AlCl3？ 物质 MgO Al2O3 MgCl2 AlCl3 熔点/℃ 2 852 2 054 714 190(以分子形式存在) 沸点/℃ 3 600 2 980 1 412 180 ①MgO熔点高，耗能多； ②AlCl3的沸点比熔点低，易升华，是共价化合物，熔融状态下不导电。 www.sclyzx.com 思考2 电解法制备此类金属，能否在水溶液中进行? 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。 2NaCl+2H2O == 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 电解 www.sclyzx.com （5）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 Cu2(OH)2CO3 孔雀石 www.sclyzx.com 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。如何利用金属资源？ 5.合理开发、利用金属资源 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 www.sclyzx.com 课堂思考 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。 www.sclyzx.com 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。 www.sclyzx.com 【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 H2SiO3 NaCl AlCl3 Al(OH)3 NH4Cl NaCl Al2O3 方案一：碱溶法 过滤 ① 盐酸 过滤 ② 氨水 过滤 ③ 加热 ④ Al 电解 ⑤ [Al(OH)4]− + 4H+ = Al3++4H2O Al3+＋ 3NH3·H2O = Al(OH)3↓+3NH4+ Al2O3 + 2OH− + 3H2O = 2[Al(OH)4]− SiO2 + 2OH− = SiO32- + H2O SiO32- + 2H+ = H2SiO3↓ + H2O www.sclyzx.com 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 方案二：酸溶法 ① ② ③ ④ ⑤ [Al(OH)4]− + CO2 === Al(OH)3↓ + HCO3- Al3++4OH− === [Al(OH)4]− Al2O3＋6H+ === 2Al3+＋3H2O 2Al2O3 (熔融) ====== 4Al ＋ 3O2 ↑ 电解 冰晶石 www.sclyzx.com 第八章 化学与可持续发展 第一节 自然资源的开发利用 第二课时 海水资源的开发利用 www.sclyzx.com 主要包括直接利用海水进行循环冷却和海水淡化等。 活动一：海水水资源的利用 阅读教材100页有关海水水资源的利用，思考以下问题： 1.海水水资源的利用主要包括哪些方面？ 2.海水的淡化方法主要有哪些？ 蒸馏法 电渗析法 反渗透法 离子交换法 www.sclyzx.com 1.海水制盐 海水 引入 盐田 风吹日晒 饱和食盐水 粗盐 提纯 精盐 蒸发结晶 母液 粗盐 粗盐水 滤液 沉淀 精盐 操作Ⅰ 操作Ⅱ 操作Ⅲ 溶解 过滤 蒸发结晶 BaCl2 NaOH Na2CO3 适量盐酸 NaCl、Mg2+、 Ca2+、SO42- 活动二： 海水中提取氯化钠，溴单质，碘单质 www.sclyzx.com 氯碱工业 2NaCl + 2H2O === 2NaOH + Cl2↑ + H2↑ 电解 电解制钠： 2NaCl(熔融) = 2Na + Cl2↑ 电解 制盐酸： 制漂白剂(84) 2NaOH＋Cl2=NaCl＋NaClO＋H2O H2＋Cl2 = 2HCl 点燃 制漂白粉 2Ca(OH)2＋2Cl2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O www.sclyzx.com 2.海水提溴 —“吹出法” www.sclyzx.com 工艺流程 基本操作 浓缩 氧化 吹出 吸收 蒸馏 海水晒盐和海水淡化的过程中副产物Br-得到浓缩 向浓缩的海水中通入Cl2，将Br-氧化成Br2 2Br- + Cl2 = Br2 + 2Cl- 利用溴的挥发性，通入热空气和水蒸气，吹出溴蒸气 吹出的溴蒸气用SO2吸收。SO2+ Br2+2H2O = 4H+ + SO42- + 2Br- 再用Cl2将HBr氧化得到产品溴后蒸馏分离 www.sclyzx.com 3.海带提碘 灼烧 加水 加热 溶解 过滤 Cl2或 稀硫酸与H2O2溶液 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 分液 稀硫酸的作用： 增强H2O2的氧化性 抑制 I2 与水反应 有关的离子方程式： Cl2 + 2I- == I2+2Cl- 或H2O2+2I- + 2H+ == I2 + 2H2O www.sclyzx.com 4.海水中提镁 主要的化学反应原理 CaCO3 CaO＋CO2↑ CaO＋H2O==Ca(OH)2 Ca(OH)2＋MgCl2(熔融) ==Mg(OH)2↓＋CaCl2 MgCl2 Mg＋Cl2↑ Mg(OH)2＋ 2HCl= MgCl2 ＋2H2O www.sclyzx.com 第八章 化学与可持续发展 第一节 自然资源的开发利用 第三课时 煤 石油和天然气的综合利用 www.sclyzx.com 活动一： 煤的综合利用 1.煤的组成 煤 物质组成： 和 组成的复杂混合物 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 CO2会加剧温室效应 氧化物会造成环境问题 煤直接作燃料——利用率低并污染环境。 解决方案： 目的：获得清洁的燃料以及多种化工原料。 煤综合利用的途径 煤的干馏 煤的气化 煤的液化 www.sclyzx.com 2.煤的干馏 ①原理：将煤隔绝空气加强热使它分解的过程，也叫煤的焦化。 ②装置： 注意：煤干馏属于化学变化。 煤 出炉煤气：H2、CH4、CH2=CH2、CO www.sclyzx.com 3.煤的气化和液化 气化 定义：将煤转化为 的过程 主要反应： ； 可燃性气体 液化 直接液化：使煤与氢气作用生成 ； 间接液化：煤 ________ _等 C＋H2O(g) CO＋H2 CO和H2 甲醇 液体燃料 水煤气 ① 减少煤燃烧产生SO2、NOx 、碳的氧化物和粉尘等污染物的排放。 ② 生产基本化工原料——通过煤的干馏，获得大量的基本化工原料。 ③ 提高煤燃烧的效率——煤的气化、液化都是使煤变成清洁能源的有效途径，煤的燃烧效率也有很大的提高。 4.煤的综合利用的意义 www.sclyzx.com 活动二：天然气的综合利用 1.主要成分： 甲烷CH4 2.综合利用： www.sclyzx.com 活动三：石油的综合利用 石油——工业的血液 古代生物遗骸，堆积在湖里、海里、或陆地上经高温、高压的作用，由复杂的生物及化学作用转化而成的 1.石油的形成： 2.石油组成： 由多种碳氢化合物（主要包括烷烃和芳香烃等）组成的混合物，成分复杂。 组成元素：C、H（占97%-98%）O、N、S等 www.sclyzx.com 3.石油综合利用的方法： 分馏 裂化 裂解 催化重整 www.sclyzx.com 利用石油中各组分 不同进行分离 分馏: 沸点 （物理变化） 石油气(C1～C4) 汽油(C5～C12) 煤油(C12～C16) 柴油(C15～C18) 重油(C20以上) 原油 脱盐脱水 石油 常压分馏 柴油、燃料油、石蜡、润滑油、沥青 减压分馏 轻质液体燃料 www.sclyzx.com C16H34 C8H18 + C8H16 催化剂 加热、加压 C8H18 C4H10 + C4H8 催化剂 加热、加压 烷烃 烷烃 烯烃 催化裂化 在一定条件下把相对分子质量大、沸点高的重油断裂为相对分子质量较小、沸点较低的汽油。 目的：获得汽油、煤油、柴油、润滑油等，主要是获得更多的汽油 此时所得的汽油也叫裂化汽油 化学变化 www.sclyzx.com 裂解 又称深度裂化。采用比裂化更高的温度再断裂成乙烯、丙烯、甲烷等小分子烃。目的：获得很多重要化工原料（短链不饱和烃） 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 C8H18 辛烷 C4H10 丁烷 ＋ C4H8 丁烯 催化剂 加热、加压 化学变化 www.sclyzx.com 催化重整 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。 获得苯、甲苯等重要的化工原材 目的： 【思考】什么叫裂化汽油和直馏汽油？怎么鉴别它们？ 通过分馏得到的汽油叫直馏汽油，直馏汽油中没有不饱和烃 通过裂化得到的汽油叫裂化汽油，裂化汽油中含有不饱和烃 鉴别：能使溴水褪色的为裂化汽油，不能使溴水裉色的为直馏汽油。 www.sclyzx.com 化学“六气”的主要成分 高炉 煤气 水煤气 天然气 液化石油气 焦炉气 裂解气 主要成分 CO、CO2 H2、CO CH4 C3H8、C4H10 H2、CH4、C2H4、CO C2H4、C3H6、C4H8、CH4 www.sclyzx.com 塑料 合成橡胶 合成纤维 人工合成 高分子材料 以煤、石油和天然气为原料生产合成材料 www.sclyzx.com 37 37 www.sclyzx.com $$