8.1 自然资源的开发与利用【基础必牢】化学人教版必修第二册

该高中化学知识清单系统梳理了自然资源开发与利用的知识体系。从金属矿物的存在形态、冶炼原理及方法入手，到海水资源的淡化与化学物质提取，再到煤、石油、天然气的综合利用及合成材料生产，构建资源转化与应用的学习支架。 知识链路按“资源存在-开发原理-利用方法-实际应用”逻辑展开，通过表格对比（如化学“三馏”“六气”）、实验探究（铝热反应）和易错辨析题强化理解。体现化学观念（物质转化、性质决定用途）与科学思维（分类分析、证据推理），帮助学生建立资源可持续利用的认知框架，提升解决实际问题的能力。

8.1 自然资源的开发与利用 一、金属矿物的开发利用 1．金属元素在自然界中存在的形态 （1）极少数的不活泼金属(金、铂等)以游离态的形式存在。 （2）绝大多数金属元素以化合物的形式存在于自然界。 2．金属冶炼原理与实质 （1）原理：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。 （2）实质：用还原剂使化合态的金属得到电子变成金属单质，即：Mn＋＋ne－===M。 3．金属冶炼的常用方法 金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系 金属单质还原性、失电子能力依次减弱，金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强。 4．铝热反应 （1）铝热反应的实验探究 实验装置 实验现象 镁条剧烈燃烧；铝热剂发生剧烈的反应；反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙子中 铝与氧化铁反应的化学方程式　　 Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe （2）铝热反应的原理及特点 概念 铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应 原理 单质铝作还原剂，金属氧化物作氧化剂，用铝将金属氧化物中的金属置换出来 铝热剂 铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物 引发操作 在铝热剂上放KClO3，插上去掉表面氧化膜的镁条并将镁条点燃 反应特点 在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离 应用 冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等 （1）冶炼Mg时只能电解MgCl2，不能电解MgO(熔点太高)。 （2）冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解AlCl3(共价化合物，熔融时不导电)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。 易错提醒 4．合理开发和利用金属资源的主要途径 （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。 二、海水资源的开发利用 1．海水资源的利用 （1）海水资源利用，主要包括海水淡化和直接利用海水进行循环冷却等。 （2）海水淡化：通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高。 2．海水制盐 （1）方法：把海水引到盐滩上，利用日光和风力使水分蒸发，得到食盐。 （2）原理：蒸发海水，使食盐浓缩结晶。 （3）食盐用途 ①氯碱工业：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 ②制盐酸：H2＋Cl22HCl。 ③制漂白剂(84消毒液)：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。 ④制钠和氯气：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 ⑤制纯碱：NaCl＋CO2＋H2O＋NH3===NH4Cl＋NaHCO3↓；2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O。 3．海水提溴 从海水中可以提取溴的生产流程图 主要涉及到的化学(离子)方程式 ①Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2； ②Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr。 （3）海水淡化与化工生产结合、与能源技术结合，成为海水综合利用的重要方向。如图为海水综合利用的示意图。 4．海带提碘 （1）海带中含有碘元素的检验原理 2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O，淀粉遇I2变蓝。 （2）从海带中提取碘的方法 ①工艺流程 ②主要的反应原理：Cl2＋2KI===2KCl＋I2。 5．海水提镁 （1）工艺流程 （2）有关反应的化学方程式 制碱：①CaCO3CaO＋CO2↑； ②CaO＋H2O===Ca(OH)2； 沉淀：③MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2＋CaCl2； 酸化：④Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O； 蒸发浓缩、冷却结晶、脱水：⑤MgCl2·6H2OMgCl2＋6H2O； 电解制Mg：⑥MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。 三、从煤、石油和天然气中获得基本化工原料 1．煤的组成和加工 （1）煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含有碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。 （2）煤的综合利用 ①煤的干馏：将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，也叫煤的焦化。主要产品：出炉煤气(焦炉气、粗氨水、粗苯)，煤焦油，焦炭。 ②煤的气化：将煤转化为可燃性气体的过程。主要反应： C＋H2O(g)CO＋H2。 ③ 煤的液化： ) 化学“三馏”的比较 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 反应类型 化学变化 物理变化 物理变化 易错提醒 2．天然气的组成和利用 （1）成分：天然气的主要成分为甲烷(CH4)。21世纪的高效清洁能源——可燃冰。其主要成分是甲烷水合物，组成可表示为CH4·nH2O。 （2）利用：日常生活用作燃料，化工生产主要用于合成氨和生产甲醇等。 3．石油的组成和综合利用 （1）组成：石油是由多种碳氢化合物组成的混合物。 （2）综合利用 ①分馏：利用石油中各组分沸点的不同进行分离的过程叫做石油的分馏。 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。 ②催化裂化：目的是将重油裂化为汽油等物质。 例如：C16H34C8H18＋C8H16 ③裂解：目的是得到乙烯、丙烯、甲烷等重要的基本化工原料。 例如：C8H18C4H10＋C4H8 C4H10CH4＋C3H6 C4H10C2H6＋C2H4。 ④催化重整：石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构调整，使链状烃转化为环状烃。 石油“两裂” 易错提醒 四、以煤、石油和天然气为原料生产合成材料 1．塑料、合成橡胶、合成纤维这三大合成材料，主要是以石油、煤和天然气为原料生产的。 2．以煤、石油、天然气为原料，通过化学反应可以制得合成高分子材料。例如： （1）乙烯制聚乙烯： （2）丙烯制聚丙烯：nCH2===CH—CH3 化学“六气”的主要成分 名称 来源 主要成分 主要用途 天然气 蕴藏在地层内的一种可燃性气体 CH4等小分子组成的混合物 作燃料、 制炭黑等水煤气 水蒸气通过炽热的炭层：C(s)＋H2O(g) H2(g)＋CO(g) CO、H2 作燃料、合成甲醇 焦炉气 煤干馏 主要是H2、CH4，还有少量的CO、C2H4等 气体燃料、化工原料 高炉煤气 炼铁的废气 CO、CO2、N2等，还有少量矿尘 作燃料 裂解气 石油裂解得到的气态烃 乙烯、丙烯、CH4、C2H6，还有少量H2等 石油化工原料 液化石油气 石油的炼制 含有4个及4个以下碳原子烃的混合物 作燃料 易错提醒 学科网（北京）股份有限公司 $ 8.1 自然资源的开发与利用 一、金属矿物的开发利用 1．金属元素在自然界中存在的形态 （1）极少数的不活泼金属(金、铂等)以 的形式存在。 （2）绝大多数金属元素以 的形式存在于自然界。 2．金属冶炼原理与实质 （1）原理：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。 （2）实质：用还原剂使化合态的金属得到电子变成金属单质，即：Mn＋＋ne－===M。 3．金属冶炼的常用方法 金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系 金属单质还原性、失电子能力依次减弱，金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强。 4．铝热反应 （1）铝热反应的实验探究 实验装置 实验现象 镁条剧烈燃烧；铝热剂发生剧烈的反应；反应放出大量的热，并发出耀眼的白光；纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙子中 铝与氧化铁反应的化学方程式　　 Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe （2）铝热反应的原理及特点 概念 铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应 原理 单质铝作还原剂，金属氧化物作氧化剂，用铝将金属氧化物中的金属置换出来 铝热剂 铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物 引发 操作 在铝热剂上放KClO3，插上去掉表面氧化膜的镁条并将镁条点燃 反应 特点 在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与Al2O3分离 应用 冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等 （1）冶炼Mg时只能电解 ，不能电解 (熔点太高)。 （2）冶炼Al时只能电解 不能电解 (共价化合物，熔融时不导电)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。 易错提醒 4．合理开发和利用金属资源的主要途径 （1）提高金属矿物的 ； （2）开发环保高效的金属冶炼方法； （3）防止金属的 ； （4）加强废旧金属的回收和 ； （5）使用其他材料代替金属材料。 （1）在自然界中金属元素都以化合态的形式存在(　 　) （2）利用化合物冶炼金属时，金属元素一定发生还原反应(　 　) （3）越活泼的金属元素，人类利用的越晚(　 　) （4）用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从化合物中还原出来(　 　) （5）铝热反应的本质是用铝将比铝活泼性弱的金属从其化合物中置换出来(　 　) （6）可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠(　 　) （7）可以通过电解熔融的MgO和AlCl3来制备金属Mg、Al(　 　) 参考答案：（1）× （2）√ （3）√ （4）× （5）√ （6）× （7）× 易错辨析 二、海水资源的开发利用 1．海水资源的利用 （1）海水资源利用，主要包括海水 和直接利用海水进行 等。 （2）海水淡化：通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有 法、电渗析法、离子交换法等。其中 法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高。 2．海水制盐 （1）方法：把海水引到盐滩上，利用日光和风力使水分蒸发，得到食盐。 （2）原理：蒸发海水，使食盐浓缩结晶。 （3）食盐用途 ①氯碱工业：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。 ②制盐酸：H2＋Cl22HCl。 ③制漂白剂(84消毒液)：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。 ④制钠和氯气：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。 ⑤制纯碱：NaCl＋CO2＋H2O＋NH3===NH4Cl＋NaHCO3↓；2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O。 3．海水提溴 从海水中可以提取溴的生产流程图 主要涉及到的化学(离子)方程式 ①Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2； ②Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr。 （3）海水淡化与化工生产结合、与能源技术结合，成为海水综合利用的重要方向。如图为海水综合利用的示意图。 4．海带提碘 （1）海带中含有碘元素的检验原理 2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O，淀粉遇I2变蓝。 （2）从海带中提取碘的方法 ①工艺流程 ②主要的反应原理：Cl2＋2KI===2KCl＋I2。 5．海水提镁 （1）工艺流程 （2）有关反应的化学方程式 制碱：①CaCO3CaO＋CO2↑； ②CaO＋H2O===Ca(OH)2； 沉淀：③MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2＋CaCl2； 酸化：④Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O； 蒸发浓缩、冷却结晶、脱水：⑤MgCl2·6H2OMgCl2＋6H2O； 电解制Mg：⑥MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。 （1）海洋约占地球表面积的71%，因此地球不缺水，人类可以任意使用，不用节约(　 　) （2）海水淡化的方法中，蒸馏法成本最低(　 　) （3）海水中含量最多的两种元素为Na元素和Cl元素(　 　) （4）海水中各种化学资源的开发过程中，必须都要发生化学反应(　 　) （5）从溴化钾中获取单质溴发生了氧化还原反应(　 　) （6）除了从海水中获取淡水和化学物质外，其他就没有什么价值了(　 　) 参考答案：（1）× （2）× （3）× （4）× （5）√ （6）× 易错辨析 三、从煤、石油和天然气中获得基本化工原料 1．煤的组成和加工 （1）煤是由 和少量 组成的复杂混合物，主要含有 元素，还含有少量 、 、氮、硫等元素。 （2）煤的综合利用 ①煤的干馏：将煤 使之分解的过程，也叫煤的焦化。主要产品：出炉煤气(焦炉气、粗氨水、粗苯)，煤焦油，焦炭。 ②煤的气化：将煤转化为 的过程。主要反应： 。 ③ 煤的液化： ) 化学“三馏”的比较 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 反应类型 化学变化 物理变化 物理变化 易错提醒 2．天然气的组成和利用 （1）成分：天然气的主要成分为 。21世纪的高效清洁能源——可燃冰。其主要成分是 ，组成可表示为CH4·nH2O。 （2）利用：日常生活用作燃料，化工生产主要用于合成氨和生产甲醇等。 3．石油的组成和综合利用 （1）组成：石油是由多种 组成的混合物。 （2）综合利用 ①分馏：利用石油中各组分 的不同进行分离的过程叫做石油的分馏。 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。 ②催化裂化：目的是将重油裂化为汽油等物质。 例如：C16H34C8H18＋C8H16 ③裂解：目的是得到乙烯、丙烯、甲烷等重要的基本化工原料。 例如：C8H18C4H10＋C4H8 C4H10CH4＋C3H6 C4H10C2H6＋C2H4。 ④催化重整：石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构调整，使链状烃转化为环状烃。 石油“两裂” 易错提醒 （1）把煤加强热使之分解的过程为煤的干馏(　 　) （2）煤俗称煤炭，因此可看作碳元素形成的单质(　 　) （3）煤中含粗苯、煤焦油等物质，可通过蒸馏获取苯、甲苯等芳香烃(　 　) （4）在一定条件下，煤可以和氢气直接反应生成液体燃料(　 　) （5）煤的气化和液化都是物理变化(　 　) （6）天然气是清洁的化石燃料，对环境没有污染(　 　) 参考答案：（1）× （2）× （3）× （4）√ （5）× （6）× 易错辨析 四、以煤、石油和天然气为原料生产合成材料 1．塑料、合成橡胶、合成纤维这三大合成材料，主要是以 为原料生产的。 2．以煤、石油、天然气为原料，通过化学反应可以制得 。例如： （1）乙烯制聚乙烯： （2）丙烯制聚丙烯： （1）石油的分馏为物理变化，获取的各种产品为混合物( ) （2）石油的裂化和裂解原理相同，目的也相同( ) （3）裂化汽油不能用作提取溴的萃取剂( ) （4）含4个碳原子的烷烃，经催化裂解后，只能生成2种气态烃( ) （5）石油在加热和催化剂的作用下，可通过结构重整，获取苯、甲苯等环状烃( ) （6）许多性能优异的合成高分子材料的原始原料为煤、石油和天然气( ) 参考答案：（1）√ （2）× （3）√ （4）× （5）√ （6）√ 易错辨析 化学“六气”的主要成分 名称 来源 主要成分 主要用途 天然气 蕴藏在地层内的一种可燃性气体 CH4等小分子组成的混合物 作燃料、 制炭黑等水煤气 水蒸气通过炽热的炭层：C(s)＋H2O(g) H2(g)＋CO(g) CO、H2 作燃料、合成甲醇 焦炉气 煤干馏 主要是H2、CH4，还有少量的CO、C2H4等 气体燃料、化工原料 高炉煤气 炼铁的废气 CO、CO2、N2等，还有少量矿尘 作燃料 裂解气 石油裂解得到的气态烃 乙烯、丙烯、CH4、C2H6，还有少量H2等 石油化工原料 液化石油气 石油的炼制 含有4个及4个以下碳原子烃的混合物 作燃料 易错提醒 学科网（北京）股份有限公司 $