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第四章

化学与自然资源的开发利用

(复习)

学习目标

1.以金属矿物的开发、海水资源的综合利用为例,了解化学方法在实现物质间转化的作用,认识化学在自然资源综合利用方面的重要价值。

2.认识煤、石油和天然气等化石燃料综合利用的意义。

3.以聚乙烯为例,让学生了解高分子材料在生活等领域中的应用及可能带来的环境问题。

4.认识化学在环境保护中的作用,树立绿色化学的观念。

自主学习

一、金属矿物的开发利用

1.金属在自然界中的存在

在地壳中除了金、铂等极少数极不活泼的金属外,绝大多数金属元素以

的形式存在于自然界。 2.金属冶炼的实质

金属在化合物中只有正价,没有负价,所以金属的冶炼过程就是把金属从化合物中

出来的过程。 3.金属冶炼的方法

根据金属的活动性不同,将金属冶炼的方法分为

、

、

。 热还原法中常用的还原剂有

、

、

、

。 二、海水资源的开发利用

1.海水淡化

海水淡化的方法:

、

、

等。

蒸馏法

原理:利用水的沸点低,蒸馏时水汽化,而其他物质沸点高,不能汽化,水蒸气冷却得到淡水。

注意:(1)海水蒸馏原理的装置中冷却水的流向低进高出,目的是保证冷凝管中充满冷却水,冷却效果更好,使冷凝水的利用效率更高。

(2)为防止暴沸,海水中必须加入碎瓷片。

2.海带中提取碘

反应原理:海带中碘元素主要以

形式存在,加入

剂,将其氧化成I2,再萃取出来。 3.海水中提取溴

写出相应的化学方程式:

;

;

。 三、化石燃料的综合利用

1.煤的综合利用

(1)煤的干馏

指将

的过程,也叫煤的焦化。煤干馏得到焦炭、煤焦油、焦炉气等。煤的干馏属于

(填“物理”或“化学”)变化。 (2)煤的气化

将煤中的有机物转化为

的过程,目前主要方法是碳和水蒸气反应制水煤气,化学方程式为

。 (3)煤的液化

直接液化:让煤与

作用生成液体燃料。 间接液化:先把煤转化为

,再在催化剂作用下合成

等液体燃料。 2.石油的综合利用

(1)石油的成分

石油主要是由多种

组成的混合物。 (2)石油的分馏

利用原油中各组分

的不同,将复杂的混合物分离成较简单和更有用的混合物的过程叫分馏。分馏是

变化,其主要目的是得到

、

、

等轻质油。 (3)石油的裂化

①定义: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。

②主要目的:将重油转化为轻质油,提高轻质油汽油的产量。

(4)石油的裂解

①定义:石油在更高的温度下发生深度裂化,石油中的烃分子断裂成以乙烯、丙烯为主的短链不饱和烃。

②主要目的:生产

、丙烯、甲烷等重要基本化工原料。 3.天然气的综合利用

主要成分是

,是一种清洁的化石燃料和重要的化工原料。作为化工原料主要用于

和

等。 4.生产合成材料

请写出乙烯生产聚乙烯塑料的化学方程式:

。单体为

,链节为

,聚合度为

。 四、环境保护与绿色化学

1.环境保护

(1)工业三废指

、

、

。 (2)环保措施:回收利用、达标排放、研制可降解塑料。

2.绿色化学

(1)核心:利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。

(2)原子经济:反应物的原子全部转化为期望的最终产物,即原子利用率为

。 课内探究

一、金属矿物的开发利用

1.金属冶炼的方法与金属活动性的关系

金属的活动性顺K、Ca、Na、Mg、Al 序

金属原子失电子由

到

能力

金属离子得电子由

到

能力

自然界中存在形化合态

态

金属从化合态变为游离态,用还原的方法使金属化合物中的金属阳离子得电子金属冶炼的实质

变成金属原子

主要冶炼方法

化学方程式

电解法

MgCl2Al2O3

热还原法

Fe2O3+COFe2O3+Al

热分解法

HgOAg2O

—

—

—

多数是化合态,极少数有游离态

态

游离Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu Hg、Ag Pt、Au

【迁移应用1】工业上冶炼金属,常用的方法有四种,Ⅰ.热分解法,Ⅱ.热还原法,Ⅲ.电解法,Ⅳ.湿法冶金。下表中金属与常用冶炼方法相符的是(

)

A B C D 金属

钾、钙

钠、铝

铜、铁

银、汞

冶炼方法

Ⅳ

Ⅲ

Ⅰ

Ⅱ

2.铝热反应

利用铝的强还原性和铝转化为氧化铝时能放出大量热的性质,工业上常用铝粉来还原一些难熔性氧化物,这类反应被称为铝热反应。铝热反应常用于冶炼高熔点的金属,并且它是一个放热反应。其中镁条为引燃剂,氯酸钾为助燃剂。

【迁移应用2】铝粉与某些金属氧化物组成的混合物叫铝热剂,铝热剂在高温下发生的反应叫铝热反应。如:2Al+Fe2O32Fe+Al2O3,反应发生时放出大量的热。仔细阅读上述信息回答下列问题: (1)“铝热反应”属于四种基本反应类型中的

反应。 (2)信息中的“某些”指

(填“比铝活泼的”“比铝不活泼的”或“任意”)。 (3)试写出铝粉与MnO2发生的铝热反应的化学方程式:

。 二、海水资源的开发利用

1.海水中提取溴

(1)流程:

(2)有关反应的离子方程式:

。 2.海水中提取碘

(1)流程:

(2)有关反应的离子方程式:

。

3.海水中提取镁

(1)流程:

(2)有关反应的化学方程式:

【迁移应用3】海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源。下面是从海水中提取某些原料的流程图。

下列有关说法中正确的是(

) A.第①步中除去粗盐中的S

、Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质,加入的药品顺序为:Na2CO3溶液→NaOH溶液→BaCl2溶液→过滤后加盐酸

B.第②步中工业上一般选用NaOH作沉淀剂

C.在第③④⑤步中溴元素均被氧化

-

D.从第③步到第⑤步的目的是浓缩

三、化石燃料的综合利用

【迁移应用4】下列说法中正确的是(

) A.煤、石油、天然气是当今世界上最重要的三大矿物燃料,是取之不尽的

B.煤是由无机物和有机物所组成的复杂的混合物,只含有碳和氢两种元素

C.石油主要含有碳和氢两种元素,同时还含有少量的硫、氧、氮等元素

D.煤和石油都是由古代植物遗体埋在地层下或在地壳中经过一系列非常复杂的变化而形成的

四、环境保护与绿色化学

1.环境污染的热点问题

(1)形成酸雨的主要气体为

和

。 (2)破坏臭氧层的主要物质是

。 (3)导致全球变暖、产生“温室效应”的气体是

。 (4)形成“光化学烟雾”的气体是

。 (5)“白色污染”是指

。 (6)引起水华、赤潮的原因:工农业及城市生活污水(含大量的氮、磷等营养元素)任意排放。含磷洗衣粉的使用和不合理使用化肥是造成水体富营养化的重要原因之一。

【迁移应用5】下列有关环境问题的说法正确的是(

) A.燃煤时加入适量石灰石,可减少废气中SO2的量

B.臭氧的体积分数越大的空气越有利于人体健康

C.pH在5.6~7.0之间的降水通常称为酸雨

D.含磷合成洗涤剂易于被细菌分解,故不会导致水体污染

2.绿色化学

(1)意义:

绿色化学示意图

(2)核心:利用化学原理从源头上减少或消除工业生产对环境的污染。

(3)原子经济:按照绿色化学的原则,最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物,这时原子利用率为100%。

【迁移应用6】“绿色化学”是21世纪化学发展的主导方向。“绿色化学”要求从根本上消除污染,它包括“原料的绿色化”“化学反应的绿色化”“产物的绿色化”等内容。其中“化学反应的绿色化”要求反应物中所有的原子完全被利用且全部转入期望的产品中。下列符合“化学反应的绿色化”的是(

) A.SO2+NH3+H2OB.NO2+NO+2NaOHC.Cu+2H2SO4(浓)D.CuO+H2SO4(NH4)2SO3

2NaNO2+H2O CuSO4+SO2↑+2H2O CuSO4+H2O 随堂检测

1.下列叙述中正确的是(

) A.目前加碘食盐中主要添加的是KIO3

B.日常生活中无水乙醇常用于杀菌消毒

C.绿色食品是不含任何化学物质的食品

D.在空气质量日报中CO2含量属于空气污染指数

2.我国的能源消耗以煤为主。据估计,全世界的煤炭最多供应200~300年。下列是关于利用煤炭资源的某些观点,其中论述正确的是(

) ①直接燃煤虽然带来了污染问题,但同时提供了能量,污染与经济效益相比,经济效益更重要

②人类在开发资源时,既要满足自身需要又不能以危害子孙后代为代价

③随着科学的发展,将不断地开发出新型能源,根据能量守恒定律,担心能源枯竭实在是杞人忧天

④发展洁煤技术,提高燃煤效率,进行煤的干馏,可以提高煤的使用价值

A.①④

B.②③

C.①②

D.②④

3.下列叙述中错误的是(

) A.炼铁时,还原剂CO将铁从铁矿石中还原出来

B.活泼金属Na用电解法冶炼

C.汞的冶炼可用热分解法

D.铝的冶炼一般用还原剂法

4.溴是海水中重要的非金属元素。地球上90%的溴元素以Br-的形式存在于海水中,所以人们称溴为“海洋元素”。下列有关说法中正确的是(

)

A.从海水中提取溴时,不涉及氧化还原反应

B.苯与溴水反应生成溴苯

C.可以用CCl4萃取溴水中的溴

D.向FeBr2溶液中通入Cl2时,一定会发生如下反应:2Br-+Cl25.如图是我国古代冶铁图,你认为下述反应原理正确的是(

)

A.Fe3O4+4H2B.Fe2O3+3CC.Fe2O3+3COD.Fe2O3+2Al3Fe+4H2O 2Fe+3CO↑

2Fe+3CO2

2Fe+Al2O3

2Cl-+Br2

6.下列金属:①铁,②镁,③锰,④钒,⑤铬。可用铝热法制备的有(

) A.①②④

C.①③④⑤

B.①②③⑤

D.①②③④⑤

7.海藻中含有丰富的、以离子形式存在的碘元素。下面是实验室从海藻里提取碘的流程中的一部分。

下列判断正确的是(

) A.步骤①、③的操作分别是过滤、萃取

B.可用淀粉溶液检验步骤②的反应是否进行完全

C.步骤③中加入的有机溶剂是裂化汽油或乙醇

D.步骤④的操作是过滤

8.由下列物质冶炼相应的金属时采用电解法的是(

) A.Fe2O3

C.Cu2S B.HgO D.Al2O3

9.化学与生活密切相关,下列说法中不正确的是(

) A.二氧化硫可广泛用于食品的增白

B.葡萄糖可用于补钙药物的合成

C.聚乙烯塑料制品可用于食品的包装

D.次氯酸钠溶液可用于环境的消毒杀菌

10.化学与社会、生产、生活密切相关。下列说法中正确的是(

) A.石英只能用于生产光导纤维

B.从海水中提取物质都必须通过化学反应才能实现

C.为了增加食物的营养成分,可以大量使用食品添加剂

D.“地沟油”禁止食用,但可以用来制肥皂

11.化学与生活密切相关,下列说法中正确的是(

) A.聚乙烯塑料的老化是由于发生了加成反应

B.煤经过气化和液化等物理变化可以转化为清洁燃料

C.合成纤维、人造纤维及碳纤维都属于有机高分子材料

D.利用粮食酿酒经过了淀粉→葡萄糖→乙醇的化学变化过程

12.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如下图:

(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)Br的原子序数是

,在周期表中位于第

周期

族。 (4)步骤⑤蒸馏的过程中,温度应控制在80~90 ℃。温度过高或过低都不利于生产,请解释原因:

。 (5)为什么不直接用“溴水混合物Ⅰ”而要用“溴水混合物Ⅱ”进行蒸馏,得到液溴?

。