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第四章《化学与自然资源的开发利用》复习

一、金属矿物的开发利用

1、金属的冶炼

大多数金属的化学性质活泼，在自然界中主要以化合态形式存在（金、铂等少数金属例外），使用的金属大多数是人工制得的。金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中还原出来的生产过程。金属的性质越稳定，越容易将其从化合物中还原出来。金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法。金属冶炼的方法主要有：

（1）热分解法

对于不活泼金属，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，例如：

2HgO2Hg+O2↑

2Ag2O4Ag+O2↑

（2）热还原法

在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属，通常是用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，例如：

Fe2O3+3CO2Fe+3CO2

WO3+3H2W+3H2O

（3）电解法

活泼金属较难用还原剂还原，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：

2NaCl（熔融） 2Na+Cl2↑

4NaOH（熔融）K Ca Na Mg Al

4Na+O2↑+2H2O Hg Ag

金属的活动顺序：

金属原子失电子能力

金属离子得电子能力

主要冶炼方法

Zn Fe Sn Pb（H）Cu

强 → 弱

弱 → 强

电解法

热还原法

热分解法

金属活动性与冶炼方法的关系

2、铝热反应

（1）原理：Al是还原剂，另一种氧化物是氧化剂。

（2）铝热反应的实质是铝将氧化物中的化合态金属还原为金属单质。

（3）反应特点是在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈液态且易与Al2O3分离。

（4）铝热剂是指铝粉和某些金属氧化物组成的混合物。

（5）应用：冶炼难熔金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等。

3、金属的回收和资源保护

回收金属的意义：

（1）节约矿物资源；

（2）节约能源；

（3）减少环境污染。

二、海水资源的开发利用

1、从海水中提取淡水——海水淡化

海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。

2、从海水中提取溴的主要工艺流程

①用蒸馏法将海水浓缩。用硫酸将浓缩的海水酸化。

②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

③向含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以达到富集的目的：Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4

④向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：2HBr+Cl2=2HCl+Br2

⑤用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。

3、进行从海带中提取碘实验的反应原理及应注意的问题

①反应原理：海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2，再萃取出来。

如用H2O2作氧化剂，反应的离子方程式是：2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O

②实验注意事项：海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；用干海带更易于燃烧；灼烧海带的地方要注意通风。

4、海水提取镁的原理

＋

海水的镁主要以Mg2形式存在，最终转化为Mg的途径有：

①加入石灰乳生成Mg(OH)2

MgCl2＋Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓＋CaCl2

②盐酸酸化

Mg(OH)2＋2HCl＝MgCl2＋2H2O

③电解熔融的MgCl2

MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑

三、煤、石油、天然气的综合利用

1．煤的综合利用

煤的干馏、气化、液化都是化学变化。

名称

蒸馏

定义

把液体加热到沸腾变为蒸气，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)隔绝空气加强热使它分解的过程

适用范围

被蒸馏混合物中至少有一种组分为液体，各组分沸点差别越大，挥发出的物质(馏分)越纯

多组分沸点不同的混合物在一个完整操作中分离出多种馏分

变化类型

物理变化

分馏

干馏

物理变化

化学变化

2．石油的综合利用

（1）石油的分馏为物理变化，裂化、裂解为化学变化，得到的产物均为混合物。

（2）烷烃裂化（裂解）后得到烷烃和烯烃。

（3）烷烃不论以哪种形式裂化（裂解），都遵循质量守恒定律。

石油的

炼制方法

石油的分馏

石油的裂化

在催化剂存在的条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃

重油

汽油、甲烷、乙烷、丁烷、乙烯、丙烯等

化学变化

石油炼制方法的比较

3．天然气的综合利用

天然气既是一种清洁的化石燃料，更是一种重要的化工原料，作为化工原料，它主要用于合成氨和生产

甲醇等。天然气化工以含一个碳原子的甲烷为原料，通过化学变化形成含两个或多个碳原子的其他有机化合物。实现天然气的有效转化是一项具有挑战性的课题。

4．以煤、石油、天然气为原料生产合成材料

以煤、石油、天然气为原料，通过聚合反应原理合成的材料的相对分子质量很大，属于高分子化合物。塑料、合成纤维、合成橡胶为三大合成材料。

四、高分子化合物

1、根据单体的结构书写聚合物的规律

（1）单烯加聚口诀：双键变单键，组成不改变，两头伸出手，彼此连成链。例如：

石油的裂解

在高温下，把石油产品中具有长链分子的烃断裂为各种短链的气态烃或液态烃

石油分馏产品(包括石油气) 乙烯、丙烯等

化学变化

原理

用蒸发和冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物

主要

原料

主要

产品

主要变

化类型

原油

汽油、煤油、柴油、重油

物理变化

（2）双烯加聚口诀：单改双，双改单，两头伸手，组成不变。例如：

五、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造成的污染。又称为“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”。

（2）从学科观点看：是化学基础内容的更新。（改变反应历程）

（3）从环境观点看：强调从源头上消除污染。（从一开始就避免污染物的产生）

（4）从经济观点看：它提倡合理利用资源和能源，降低生产成本。（尽可能提高原子利用率）

（5）热点：原子经济性——反应物原子全部转化为最终的期望产物，原子利用率为100%。