归纳与整理教学设计第二课时

第四章化学与自然资源的开发利用（复习）

一、开发利用金属矿物

复习重点：①金属冶炼的化学原理和冶炼的基本方法②金属回收及资源保护的重要作用

（一）金属的存在

1、在自然界的存在范围：矿物、动物、植物中

2、存在形式

（1）游离态：化学性质不活泼的金属,在自然界中能以游离态的形式存在,如：Au Pt （2）化合态：化学性质比较活泼的金属,在自然界中能以化合态的形式存在,如：Al、Na等

说明：少数金属在自然界中能以游离态的形式存在；而大多数的金属在自然界中能以化合态的形式存在。

（二）金属的冶炼

金属冶炼是把金属从化合态变为游离态的过程，也就是将金属矿石中的金属元素从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料。

n+-1、金属冶炼的本质：M+ne→M

2、金属冶炼的主要步骤：

①矿石富集（采矿、选矿、粉碎、筛矿、洗矿等）→提高矿石中的有用成分的含量

②冶炼（利用氧化还原反应原理，在一定条件下,用还原剂把金属矿石中的金属离子还原成金属单质）→得到粗金属

③精炼（加入除杂剂或电解精炼）→提高金属纯度

3、金属冶炼的基本方法

适用冶炼金属

方法

K Ca Na Mg Al 还原剂

反应原理

主要特点

适用于活泼金属的冶炼，得到的金属纯度高，耗电量大，生产成本高，熔融物必须为离子化合物

生产金属钠用的是电解法，但在生产金属钾中却不能用此法，因为钾太容易溶解在熔化的KCl中，无法分钾离收集。

焦炭还原法：适用于较不活泼金属，得到多为合金，成本较低

电解法

C

Zn Fe Sn Pb Cu CO

一氧化碳还原法：C→CO2→CO 氢气还原法：适用于高温不和水反应的金属，纯度高，成本高

可用于制取还原铁粉（引火铁）

热还原法

H2

活泼金属

活泼金属还原法，主要用于新型金属材料的冶炼

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铝热剂

铝热法，适用高熔点较不活泼金属，生产成本高，纯度高，易分离

Hg Ag Pt Au 热分解法

物理富集

适用于不活泼金属的冶炼

适用于以游离态存在的密度较大的金属，所的金属纯度不高，需要精炼

综上所述，有的金属既可以用热还原法，又可以用电解法，在热还原法中，也可以采用不同的还原剂。对于一种金属的冶炼采用什么样的方法，选用什么样的还原剂，要根据生产原料、设备和金属的用途等多种因素综合确定。

（三）金属的回收与环境保护

地球上的金属矿物资源是有限的，我们必须合理开发和利用这些矿物资源，而大部分金属可以回收重新制成金属及其化合物再次使用，比如：废铁屑可以铁盐或亚铁盐，如绿矾，废旧钢铁可以炼钢；从电解精炼铜的阳极泥中可以回收金银等贵重金属；从定影液中可以回收金属银。

二、海水资源的综合利用

海水约占地球表面积的71%,主要成分（常量元素）有Na、K、Ca、Mg、Sr、Cl、S、O、Br、H、C、F等；其中微量的有Li、N、P、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Rb、Cd、I、Cs、Ba、Hg、Pb、U。

限于经济和技术条件，从海水中主要提取食盐和溴、钾盐、镁及其他化合物、铀、重水及卤水等原料。其中，食盐3.77×10^6亿吨，镁1800亿吨、钾550亿吨、溴95亿吨、碘820亿吨、铀45亿吨、金1500万吨。海水中提取淡水、食盐、金属镁及其化合物、溴等已形成工业规模，重水、芒硝、石膏和钾盐的生产也有一定的规模，将来还可望提取铀、碘和金等化学资源。

（一）海水直接利用

海水直接利用的方面多，用水量大，在缓解沿海城市缺水中占有重要地位。在发达国家，海水冷却广泛用在沿海电力、冶金、化工、石油、煤炭、建材、纺织、船舶、食品、医药等工业领域。日本和欧洲每年利用海水都达3000亿立方米，而目前我国仅100多亿立方米。

如果把海水用在工业中当冷却水、冲洗水、稀释水等以及居民的冲厕用水 (约占居民生活用水的35%)，对缓解沿海城市缺水问题，将起重大作用。

（二）海水淡化

从海水中取得淡水的过程叫海水淡化。现在所用的海水淡化方法有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、离子交换法。

（三）提取化学物质

我国对海水化学元素的提取，目前形成规模的有钾、镁、溴、氯、钠、硫酸盐等。但除氯化钠是从海水中直接提取的以外，其他元素仅限于从地下卤水和盐田苦卤的提取，而且，资源综合利用工艺流程落后，产品质量与国际有一定差距，急需技术更新和设备改造。

1、海水提盐

2+2+2-晒制的粗盐中含有泥沙等不溶性杂质，以及可溶性杂质如：Ca，Mg，SO4

等。不溶性杂质可以用过滤的2+2+2-方法除去，可溶性杂质中的Ca，Mg，SO4则可通过加入BaCl2、NaOH和Na2CO3溶液，生成沉淀而除去，也可加入BaCO3固体来除去。然后蒸发水分得到较纯净的精盐。

流程及元素变化：反应前：NaCl、MgCl2、CaCl2、Na2SO4

加入BaCl2（过量）产生BaSO4沉淀

溶液内还剩：NaCl、MgCl2、CaCl2、BaCl2

加入Na2CO3（过量）产生CaCO3沉淀和BaCO3沉淀

溶液内还剩:NaCl、MgCl2、Na2CO3

加入NaOH（过量）产生Mg（OH）2沉淀

溶液内还剩：NaCl、Na2CO3、NaOH 过滤在滤液中加入HCl（适量）产生CO2、H2O 溶液内还剩:H2O、NaCl 蒸发后：NaCl

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2、海水提溴（空气吹出法）

（1）主要流程

Cl2SO2Cl2空气浓缩-

海水含溴离子的富集液浓缩酸性海水海水、Cl、Br2吸收塔水蒸气

酸化Cl、Br2-分离Br2（2）主要原理

2NaBr+Cl2→Br2+2NaCl Br2 + SO2 + 2H2O→2HBr +H2SO4

Cl2 + 2HBr→2HCl +Br2

3、海水提镁

（1）基本方法：往海水中加碱，得Mg(OH)2，分离后加盐酸制得MgCl2，经干燥电解得金属镁。

（2）主要流程

Mg Mg(OH)2

MgCl2·6H2O MgCl2

浓缩海水

石灰乳

盐酸结晶

干燥

电解

4、海带提碘

（1）实验原理：利用氧化剂把碘离子氧化成碘单质，再用淀粉检验——2KI+Cl2→I2+2KCl （2）氧化剂：Cl2或H2O2

（3）实验仪器：天平，镊子，剪刀，铁架台，酒精灯，坩埚，坩埚钳，泥三角，玻璃棒，分液漏斗

（4）实验步骤：

①用称取5g干海带，用刷子把海带表面的附着物（不要用水洗），用酒精润湿后，放在坩埚中。海带表面原理有较多白色的附着物不用水洗是为了防止海带中的碘化物溶于水而损失。用酒精润湿是为了让海带充分燃烧；

②把坩埚置于泥三角上，用酒精灯加热灼烧海带成至成灰，停止加热，自然冷却干海带烧成白色灰烬将有机碘化物转化为无机碘化物；

③将海带灰转移到小烧杯中，加入20ml蒸馏水，搅拌，煮沸2~3min，使可溶物溶解，冷却。海带灰煮沸时溶液浑浊使碘离子进入溶液；

④过滤，收集滤液，弃去滤渣滤液得到碘离子溶液；

--⑤向滤液中滴入1ml氯水，振荡。滴入后溶液由无色变为棕黄色方程式：Cl2+2I→2Cl+I2

⑥将氧化后溶液转移到分液漏斗中，向其中加入2mlCCl4，振荡，静置。

加入CCl4后，溶液分层，有色层在上层，振荡后溶液仍分层有色层在下层，碘单质在有机溶剂中的溶解度比在水中大。

（5）主要流程

I2

干海带

海带灰

含I-的溶液

碘水

分离提纯

灼烧

溶解过滤

氧化剂

5、氯碱工业

（1）精制饱和食盐水

（2）送入离子交换塔，进一步去除钙、镁离子

（3）电解 2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH

6、侯氏制碱法

NaCl+CO2+NH3+H2O==NaHCO3↓+NH4Cl（可作氮肥）

2NaHCO3=加热=Na2CO3+H2O+CO2↑（CO2循环使用）

三、煤的综合利用

煤炭是古代植物埋藏在地下经历了复杂的生物化学和物理化学变化逐渐形成的固体可燃性矿物。是一种固体可燃有机岩，主要由植物遗体经生物化学作用，埋藏后再经地质作用转变而成，俗称煤炭。煤炭被人们誉为黑色

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的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。

（一）煤的组成

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，还含有少量的氢、氧、氮、硫等元素。

（二）煤的综合利用

1、煤的干馏

指煤在隔绝空气条件下加热、分解，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、煤气等产物的过程。煤的干馏是属于化学变化。

干馏产品

干馏产品

出炉煤气

粗氨水

粗苯

煤焦油

焦炭

主要成分

氨、铵盐

苯，甲苯，二甲苯

苯，甲苯，二甲苯

酚类，萘

沥青

碳

染料、医药、农药、合成材料

筑路材料、制碳素电极

冶金、合成氨造气、电石、燃料

化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料

用途

气体燃料、化工原料

焦炉气（管道煤气）

一氧化碳、氢气、甲烷、乙烯

2、煤的气化

煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽、空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。

反应原理：①制水煤气；②甲烷化反应

应用领域：①工业燃气②民用煤气③合成原料气④冶金还原气⑤发电燃气⑥燃料电池⑦煤炭液化原料

3、煤的液化

煤液化是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。根据不同的加工路线，煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类，煤的液化属于化学变化。

反应原理：烷烃生成反应：nCO+(2n+1)H2→CnH2n+(2+n)H2O 烯烃生成反应：nCO+2nH2→CnH2n+nH2O

甲醇生成反应：CO+2H2→CH4O 四、石油的综合利用

由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部分，约占95% ~ 99%，各种烃类按其结构分为：烷烃、环烷烃、芳香烃。

一般天然石油不含烯烃而二次加工产物中常含有数量不等的烯烃和炔烃。含硫、氧、氮的化合物对石油产品有害，在石油加工中应尽量除去。

加工方法

常压分馏

变化类型

原料

物理变化

原油

产品

液化石油气

汽油

煤油

柴油

重油

减压分馏

重油

燃料油

润滑油

石蜡

沥青

催化裂化

催化裂解

催化重整

石脑油或低质量汽油

化学变化

重油

裂解气

环状烃

生产高辛烷值汽油

成分

C4以下

C5~C11

C11~C16

C15~C18

C20以上

乙烯、丙烯和甲烷等

苯和甲苯等

轻质油（汽油为主）

提高汽油等轻质油产量

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