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《化学与自然资源的开发利用》全章复习与巩固

【学习目标】

1、了解金属矿物、海水等自然资源的综合利用；

2、认识化石燃料综合利用的意义；

3、体会化学对环境保护的意义。

【知识网络】

【要点梳理】

要点一、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） 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

K Ca Na Mg Al

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

要点诠释：

（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。

要点二、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。

要点三、煤、石油、天然气的综合利用

1．煤的综合利用

要点诠释：煤的干馏、气化、液化都是化学变化。

名称

定义

适用范围

变化类型

被蒸馏混合物中至少有一种组分

把液体加热到沸腾变为蒸气，再蒸馏

为液体，各组分沸点差别越大，物理变化

使蒸气冷却凝结成液体的操作

挥发出的物质(馏分)越纯

对多组分混合物在控温下先后、多组分沸点不同的混合物在一个

分馏

物理变化

连续进行的两次或多次蒸馏

完整操作中分离出多种馏分

把固态混合物(如煤、木材)隔绝空

干馏

化学变化

气加强热使它分解的过程

化学“三馏”

2．石油的综合利用

主要能源，重要的化工原料。)

成

无机物

Si 、Al、

Ca、

Fe

煤的组

C 元素—大量

有机物

污染环境

H 、N、S、O等元素—

少量

COx

NOx

SO2

要点诠释：

（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

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

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。

要点四、绿色化学

要点诠释：

（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%。

典例精析：

【例1】下列各组物质，不能用溴水区分开来的是(

)

A.苯和甲苯

B.蒸馏汽油和裂化汽油

C.甲苯和苯乙烯

D.煤油和四氯化碳

答案：A 蒸馏汽油不能使溴水褪色，而裂化汽油能。前者分子中不含碳碳双键，而后者分子中含有碳碳双键。

苯、甲苯、二甲苯只能萃取溴，不能与溴水反应褪色，但能使溴水层褪色；苯乙烯能使溴水褪色。前三者分子中不含碳碳双键，后者分子中含有碳碳双键。

【例2】下列反应制取乙醇，原子经济性最差的是(

) 

CH3CH2OH

A.乙烯水化法：CH2=CH2+H2O



CH3CH2OH

B.乙醛还原法：CH3CHO+H2



CH3CH2OH+HBr

C.卤代烃水解法：CH3CH2Br+H2O



CH3COOH+C2H5OH

D.酯类水解法：CH3COOC2H5+H2O

解析：根据原子利用率=期望产物总质量与生成物总质量之比，及A、B生成物都是期望产物，可知它们的原子利用率都是100%。

分析C、D有两种方法。

方法1(计算法)：

C：原子利用率=

Mr(C2H5OH)Mr(C2H5OH)Mr(HBr)

×100%

= 464660

×100% =36.2%。

方法2(推断法)：C、D比较，都生成1 mol C2H5OH时，C的副产物是HBr，D的副产物是CH3COOH，且都是1 mol。由于Mr(HBr)=81>Mr(CH3COOH)=60，故原子利用率D>C。

答案：C 方法2是方法1的升华，在很多问题中，推断要比计算快捷得多。

【例3】(1)同乙烯类似，丙烯在(CH3—CH= CH2)在一定条件下也能发生加成反应生成聚丙烯，聚丙烯的结构简式为

CH

答案：

CH2

nCH

3

CH

CH

CH

H

H

CH

2

C2

C2

n(2)下列有机物，合成时用了3种单体：

这3种单体的结构简式分别是

：答案：CH2=CH2

CH3—CH=CH2

CH3—CH=CH—CH3 CH

H

3

C3

CH

3

(按C原子数由小到大的顺序写)。

【例4】

在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中原子全部都转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。在用CH3C≡CH合成CH2＝C(CH3)COOCH3的过程中，欲使原子利用率达到最高，还需要的其他反应物有

A.CO和CH3OH

B.CO2和H2O C.

H2和CO

D.CH3OH和H2 D.

解析：生成物比反应物多2个C原子、2个O原子和4个H原子，只有A答案正好符合这一要求。其他答案不管怎样组合都达不到这一要求。

例5．如图所示，分馏装置中，如果有错误请指出并加以改正：

答案：(1)蒸馏烧瓶中温度计水银球应在支管口处，而不应插在液面下。

(2)冷凝管的冷水流向是错误的，应从a处流入b处流出

。

(3)接收仪器应用小口的锥形瓶，而不应用大口的烧杯，以免蒸气挥发太多

(1)

，

(2)

，

(3)

。

例6．

有效地利用现有能源和开发新能源已受到各国的普遍重视。

(1)

可用改进汽油组成的办法来改善汽油的燃烧性能。例如，加入CH30C(CH3)3来生产“无铅汽油”。

CH30C(CH3)3分子中必存在的原子间连接形式有

(填写编号)

。

(2)天然气的燃烧产物无毒、热值高，而且管道输送方便，将成为我国西部开发的重点项目之一。天然气常和石油伴生，其主要的成分是

。能说明它是正四面体而非正方形平面结构的理由是

(填写编号)。

①其一氯取代物不存在同分异构体

②其二氯取代物不存在同分异构体

③它是非极性分子

④它的键长和键角都相等

(3)1980年我国首次制得一辆燃烧氢气的汽车，乘员12人，以50 km/h行驶了40km。为了有效开展民用氢能源，首先必须制得廉价的氢气，下列可供开发又较经济的制氢方法是

(填写编号)。

①电解水②锌和稀硫酸反应③光解海水

其次，制得纯氢气后还需要解决的问题是

(写出其中一个)。

答案：(1)③

(2)甲烷

②

(3) ③

氢气的输送和贮存

例7．（12分）绿色化学是当今社会人们提出的一个新概念，它可以公开为环境友好化学。它的着眼点是使污染消灭在生产的源头，从根本上消除污染。请回答下列有关问题：

（1）下面的叙述错误的是（

）

A．绿色化学和环境化学都是研究环境保护和治理的

B．绿色化学不是被动的治理环境，而是主动的防治环境污染

C．绿色化学保护了环境，而且也能给有关企业带来巨大的经济利益

（2）硝酸工业的尾气中主要含有NO、NO2气体。下列关于它们的危害的叙述

中，正确的是（

）

A．形成酸雨

B．破坏臭氧层

C．NO能刺激呼吸道

D．NO2能跟血红蛋白作用生成二氧化氮血红蛋白而引起中毒

E.NO、NO2在空气中形成褐色或黄色的毒性很大的烟雾

工厂里常采用NaOH溶液吸收NO、NO2，使其转化为化工产品NaNO2，请写出其化学方程式

。

这一处理方法是否符合绿色化学概念

（填“是”或“不是”）。其原子利用率为

。

（3）有人采用下面两种方法制取Cu(NO3)3。

方法一：2Cu＋O2 ==

2CuO

CuO＋2HNO3（稀）＝Cu(NO3)3＋H2O 方法二：3Cu＋8HNO3（稀）＝3Cu(NO3)3＋2NO2 ＋4H2O 其中符合绿色化学概念的是

。

答案：（1）A

（2）ABE

NO＋NO2＋2NaOH＝2NaNO2＋H2O

是

88．5%

3）方法一

（