8.1 自然资源的开发利用 知识清单-2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

必修二 第八章 第一节 自然资源的开发利用 知识点总结 必修2第八章第一节 ( 1 )自然资源的开发利用 学科网（北京）股份有限公司 知识点一：金属矿物的开发利用 1、 金属的存在 金属元素在自然界存在的形式 （1）游离态即单质：Pt、Au等极少金属 （2）化合态：绝大多数金属 2、 金属的冶炼 （1） 含义：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。其实质是金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质。 （2） 金属冶炼的一般步骤 第一步，矿石的富集、除杂。除去矿石中的杂质，进行矿石的富集，提高矿石中有用成分的含量。大多数的金属矿石都含有杂质，主要是石英（SiO2）、石灰石（CaCO3）等。 第二步，冶炼。利用氧化还原反应原理在一定的条件下用还原剂把金属从金属矿石中还原成金属单质，但是这样得到的金属常含有杂质，纯度不是特别高。 第三步，精炼。采用一定的方法，除去第二步冶炼得到的金属中含有的杂质，进一步将金属提纯。 （3） 冶炼方法 根据金属离子得电子能力的强弱，采用不同方法。 ①电解法 适用于冶炼非常活泼的金属（活动顺序：K、Ca、Na、Mg、Al），用一般的还原剂很难将它们还原出来，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，例如： 冶炼金属钠：2NaCl（熔融） 2Na+Cl2↑ 冶炼金属镁：MgCl2（熔融） Mg+Cl2↑ 冶炼金属铝：2Al2O3（熔融） 4Al+3O2↑ ②热还原法 即用还原剂把金属还原成单质，适用于金属活动性介于Zn—Cu之间的大多数金属的冶炼。常用的还原剂有焦炭、CO、H2等，个别用Al。 高炉炼铁：Fe2O3+3CO 2Fe+3CO2 焦炭还原CuO：2CuO+C2Cu+CO2↑ 氢气还原CuO：CuO+H2 Cu+H2O 对于高熔点金属，为把金属熔化以脱离炉渣，用金属铝作还原剂（因铝在反应时放出大量热，可以使金属熔化） 铝还原Cr2O3：Cr2O3+2Al 2Cr+Al2O3 铝热实验——铝还原Fe2O3（曾用于焊接钢轨）Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3 ③热分解法 适用于冶炼不活泼金属（如Hg、Ag）可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来。 加热分解HgO：2HgO2Hg+O2↑ 加热分解Ag2O：2Ag2O4Ag+O2↑ ④其他方法 火法炼铜：Cu2S+O22Cu+SO2 湿法炼铜：Fe+CuSO4==FeSO4+Cu 注意：冶金方法与温度高低：热分解法冶金是因为它们的化合物不稳定，受热易分解，这就不需要太高的温度；而热还原法往往在高温下进行；电解法的温度因物而定，很活泼的金属要电解熔化物（如Al2O3），就需要高温，而有些电解在溶液中进行（如点解精炼Cu），常温下即可。 3、 铝热反应 （1） 定义：用活泼金属铝，将活泼性相对较弱的金属从其氧化物中还原出来的方法，因该反应过程中放出大量的热，故称为铝热反应。铝粉与金属氧化物的混合物称为铝热剂。 （2） 铝和氧化铁反应的实验P89实验4—1 实验装置 如上图 实验现象 当外露部分镁条刚刚燃完时，纸漏斗内的混合物立即剧烈反应，发出耀眼的光芒，产生大量的热。纸漏斗被烧破，有红热状态的液球落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体 原因分析 镁条燃烧（KClO3作为引燃剂），放出大量的热，使氧化铁粉末和铝粉在较高温度下发生反应，Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3生成的铁在高温下呈熔化状态 实验结论 高温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热，反应的化学方程式为 Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3 原理应用 1、制取熔点较高的金属，如铬、锰、钒等3MnO2+4Al 3Mn+2Al2O3 2、金属焊接，如野外焊接钢轨等 注意事项 1、 镁条要打磨除净表面的氧化膜，否则难以点燃；氧化铁粉末要干燥；铝粉要用没有被氧化的，否则反应难以进行 2、 Fe2O3与Al的质量比要控制在3:1，且两者要混合均匀，以保证Fe2O3与Al完全反应 3、 要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出，同时损坏纸漏斗 4、 蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人 5、 实验装置不要距人群太近，应远离易燃物，或在玻璃通风橱内操作 注意：冶炼高熔点的金属，如铬（Cr）、锰（Mn）、钒（V）等，相关方程式如下： 3MnO2+4Al 3Mn+2Al2O3 Cr2O3+2Al 2Cr+Al2O3 3V2O5+10Al 6V+5Al2O3 4、 合理开发和有效利用金属矿物资源的途径 （1） 提高金属矿物的利用率 （2） 减少金属的使用量 （3） 加强金属资源的回收和再利用 （4） 使用其他材料代替金属材料 知识点二：海水资源的开发利用 1、 海水资源的利用途径 海洋资源占地球表面积的71%，海水中水的含量占地球总水量的97%，而海水中又含有丰富的化学资源，所以海水具有十分巨大的开发潜力。 利用途径： （1） 直接利用：海水进行循环冷却等。 （2） 海水淡化： ①海水淡化常用方法及原理 淡化方法 原理 蒸馏法 将海水加热至沸腾汽化，然后将蒸汽冷凝得到蒸馏水 电渗析法 利用阴阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，在外加直流电场作用下，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、阳离子得到去离子水的方法 ②海水蒸馏的原理如图 说明：蒸馏法的优点是设备结构简单、易操作，淡水质量好，技术和工艺也比较成熟，缺点是耗能大，成本较高，将海水淡化与化工生产和能源技术结合，是海水综合利用的重要方向。 2、 海水化学资源的开发利用 （1） 海水化学资源的特点 多样性：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，按含量计，H2O中的H、O两种元素，加上Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr等11种元素超过总量的99%，其他为微量元素，总计含有80多种元素。 分散性：虽然海水中元素的种类很多，总含量很大，单许多元素的富集程度却很低。这给收集、提取带来了极大的不便。 （2） 海水制盐 ①方法 从海水中抽取食盐的方法主要有：盐田法、电渗析法和冷冻法。其中盐田法因简便、经济有效，历史悠久沿用至今。 注：盐田法：盐田建在海滩边，借用海滩逐渐升高的坡度，开除一片片象扶梯一样的池子。利用涨潮或用风车和泵抽取海水到池内。海水流过几个池子，随着风吹日晒，水分不断蒸发，海水中的盐浓度愈来愈高，最后让浓盐水进入结晶池，继续蒸发，直到析出食盐晶体。我国是世界上最大的产盐国，年产盐量近2000万吨，占世界食盐产量的80%。 ②用途 制得的食盐除食用外，还用于工业原理，如氯碱工业及其有关化工产品如下： 有关反应方程式： 2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑（氯碱工业） 2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O（制漂白液） Cl2+H2 2HCl （3） 海带提碘 ①海带中碘元素的检验 Ⅰ、流程如下： Ⅱ、关键反应（H2O2氧化I-）：2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O Ⅲ、实验现象及结论 实验现象：滤液中加入H2O2溶液后，溶液由无色变为黄色，加入淀粉溶液后，溶液变为蓝色。 实验结论：海带中含有碘元素。 注意事项：海带不要用水洗，以防止洗去海带中的碘；海带要干燥，湿的海带不易燃烧或燃烧不充分。 ②海带中提取碘 Ⅰ、流程如下： Ⅱ、关键反应（Cl2氧化I-）：2I-+Cl2=I2+2Cl- （4） 海水提溴 海水中溴元素以Br-形式存在，工业上常是先用氯气把Br-氧化为Br2，再用空气吹出Br2，从而制取Br2。 ①流程如下： ②实验步骤如下表 实验目的 实验操作 化学方程式 浓缩酸化 用蒸馏水将海水浓缩，浓硫酸将浓缩的海水酸化 无 步骤1氧化 向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质 2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl 步骤2、3富集 向溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内 Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4 步骤4再氧化 向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气 2HBr+Cl2=Br2+2HCl 分离提纯 用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质，得到产品溴 无 知识点三：煤、石油和天然气的综合利用 1、从煤、石油和天然气中获得基本化工原料 （1）煤的利用 煤的组成 物质组成：是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物。 元素组成：以碳为主，还含少量氢、氧、氮、硫等。 综合利用 a. 煤的干馏：将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化。主要产品及用途见下表： 干馏产品 主要成分 主要用途 出炉煤气 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 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、制碳素电极 焦炭 碳 冶金、合成氨造气、电石、燃料 b. c. 煤的气化的概念：将煤转化为可燃性气体的过程。主要反应：C (s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) 注：水煤气主要成分：CO、H2 d. 煤的液化 直接液化：煤与氢气作用生成液体燃料。 间接液化：煤先转化为CO、H2，在合成甲醇。 （2） 天然气的综合利用 a. 天然气是一种清洁的化石燃料。 b. 作为一种化工原料，主要用于合成氨和生产甲醇及合成分子内含两个或多个碳原子的其他有机化合物等。 （3） 石油的综合利用 石油的成分： 石油是由多种碳氢化合物组成的混合物；所含元素以碳、氢元素为主。所含物质主要有烷烃、环烷烃、芳香烃等。 注意：石油是混合物，无固定沸点。以液态为主，溶有少量气态和固态烃。 综合利用 a. 石油的分馏 注：轻质油主要包括汽油、煤油、柴油。 b.石油的裂化和裂解 石油的催化裂化是将含碳原子较多、沸点较高的烃断裂为含碳原子较少、沸点较低的汽油的过程。石油裂化的产品再经过进一步裂解，可以获得很多重要的化工原料。例如： C16H34 C8H18+C8H16 十六烷 辛烷 辛烯 C8H18 C4H10+ C4H8 辛烷 丁烷 丁烯 C4H10 C2H6+C2H4 丁烷 乙烷 乙烯 C4H10 CH4+C3H8 丁烷 甲烷 丙烯 注：乙烯、丙烯、甲烷等都是通过石油裂化和裂解得到的重要化工原料。 c.石油炼制方法的比较 石油炼制方法 石油的分馏 石油裂化 石油裂解 常压分馏 减压分馏 目的 将原油分离成轻质油等各种产物 将重油充分分解防止碳化 提高汽油的产量和质量 获得短链气态不饱和烃 原理 用蒸发、冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物 在一定条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂成相对分子质量较小、沸点较低的烃 在高温下把石油分馏产物中的长链烃断裂趁乙烯、丙烯等短链烃 条件 常压加热 减压加热 催化剂、加热 催化剂、高温 主要 原料 原油 重油 重油 含有直链烷烃的石油分馏产物 主要 产品 溶剂油、汽油、煤油、柴油、重油等 润滑油、凡士林、石蜡、沥青等 汽油 乙烯、丙烯、丁二烯等气态烃与少量液态烃 主要变化类型 物理变化 化学变化 说明： 1.分馏：利用液体混合物中各组分的沸点不同进行分离的过程。分馏是物理变化。 2.石油裂化有热裂化和催化裂化两种： 热裂化：目的是提高汽油的产量；缺点是温度过高，发生结焦现象 催化裂化：目的是提高汽油的产量和质量。 3. 裂解：即深度裂化，使长链烃断裂成乙烯、丙烯、丁烯等短链烃。 4. 直馏汽油：是石油经分馏得到的汽油。含烷烃、环烷烃和芳香烃。 5. 裂化汽油：是重油经裂化得到的汽油，比直馏汽油多含一类物质——烯烃。区别直馏汽油和裂化汽油可用溴水，能使溴水褪色的是裂化汽油。 d.其他的石油加工方法——石油的催化重整 在加热和催化剂的作用下，石油中的链状烃可发生结构的重新调整而转化为环状烃，如苯或甲苯等。 2、 以煤、石油和天然气为原料生产合成材料 （1） 三大合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维 三大合成材料都主要是以煤、石油和天然气原料生产的。 （2） 加聚反应 ( 催化剂 )概念：小分子（单体）结合成高分子（高聚物）的反应，叫做聚合反应。例如： ( CH 2 －CH 2 n )n CH2=CH2 （聚乙烯） 此类聚合反应是加成式聚合，所以又叫加聚反应。 反应特点：双键变单键，两头留半键，中间成新键，两碳做节链，其他放旁边，组成“不”改变。 例如：CH2=CH2断裂碳碳双键中的一个键，变成-CH2-CH2-结构，n个此单元项链，写成 （3） 聚合反应中的几个名词 CH3 CH3 ( CH 2 －CH 2 n )n CH2=CH2 单体 链节 聚合度 聚合物或高聚物 其中的n值是平均值，所以有机聚合物一般都是混合物。 注意： a、 低分子：相对分子质量小的化合物叫做小分子或低分子。如：乙烯（CH2=CH2）、丙烯（CH3CH2=CH2）。 高分子：相对分子质量大的化合物叫做高分子，又叫高聚物。如淀粉(C6H10O5)n、纤维素(C6H10O5)n等，其相对分子质量为几万到几十万，其特征是相对分子质量很大。高分子化合物无固定熔沸点，利用高分子表现出来的某些特殊性能，可以用来设计和制造满足不同需要的高分子产品。 ( CH 2 －CH 2 n ) 拓展应用 拓展一：金属活动性与性质、冶炼方法的关系 金属活动性顺序表 K、Ca、Na Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb （H） Cu Hg Ag Pt、Au 原子还原性 强 弱 离子氧化性 弱 强 与O2化合 常温下易被氧化 常温下缓慢被氧化 -- 加热被氧化 不能 置换水中H+ 常温能置换 加热时能置换 -- 不能置换 置换酸中H+ 能置换 -- 不能置换 与盐溶液反应 先于水反应 左边的金属置换出右边的金属 自然界中存在 化合态（Fe有陨铁） -- 少量游离态，主要化合态 游离态 冶炼方法 电解熔融物 还原剂还原 加热法 物理提取法 拓展二：海水提镁 1、制备思路 镁元素在海水是以Mg2+形式存在，用石灰乳把Mg2+沉淀为Mg(OH)2，起到富集的作用；然后再用盐酸Mg(OH)2把转化为MgCl2，最后电解MgCl2得单质镁。 2、海水提镁的工业流程如下： （1）为了使MgSO4转化为Mg(OH)2，可以选用NaOH，要使MgSO4完全转化为沉淀，加入NaOH的量应过量；验证MgSO4已完全转化为Mg(OH)2的方法是，取上层清液，加入NaOH溶液，不生成沉淀。 （2）加人NaOH后，能够分离得到Mg(OH)2沉淀的方法是过滤。 （3）无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl2，化学方程式为：MgCl2（熔融） Mg＋Cl2↑ 拓展三：“三馏”辨析 名称 蒸馏 分馏 干馏 含义 把液体加热到沸腾变蒸气，再使蒸气冷却凝结成液体的操作 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 把固态混合物(如煤、木材)隔绝空气加强热使之分解的过程 适用范围 蒸馏混合物中至少有一种组分为液体；各组分沸点差别较大 多组分沸点不同的混合物 煤、木材等固态混合物 类型 物理变化 物理变化 主要是化学变化 常用装置 注意：a、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化合物。 b.煤的干馏有两个条件：一是隔绝空气，防止在空气中燃烧；二是加强热。 c.煤是由有机物和无机物组成的复杂混合物，煤中并不含有小分子有机物苯、萘、蒽等；苯、萘、蒽等物质是煤分解的产物煤焦油中所含有的。 拓展四：各种“气”小结 名称 来源 主要成分 用途 高炉煤气 炼铁高炉 CO2、CO等 燃料 水煤气 水煤气炉 CO、H2等 燃料、化工原料 炼厂气 石油炼制厂 低级烷烃 燃料、化工原料 油田气 油田 低级烷烃 燃料、化工原料 天然气 天然气田、油田 甲烷 燃料、化工原料 裂解气 裂解炉 “三烯二烷” 石油化工原料 焦炉气 炼焦炉 H2、CH4、C2H4等 燃料、化工原料 必修2第八章第三节 ( 1 )环境保护与绿色化学 学科网（北京）股份有限公司 $