结束语　有机化学与可持续发展PPT及专用教学设计内容

化学与可持续发展

第一节

开发利用金属矿物和海水资源

[重点难点] 1．

教学重点

了解化学方法在金属矿物开发（主要是金属冶炼）及海水资源开发中的作用。

2．

教学难点

在掌握金属冶炼的一般原理基础上，了解适用于不同金属的冶炼方法。

[知识点讲解] 1．

金属的冶炼

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。金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法。总的说来，金属的性质越稳定，越容易将其从化合物中还原出来。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：

2HgO

△

2Hg+O2↑

4Ag+O2↑

2Ag2O

△

（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+3CO WO3+3H2

ZnO+C

高温

2Fe+CO2↑

高温

W+3H2O 高温

Zn+CO↑

Mg(g)+CO(g)

2Fe+Al2O3（铝热反应）

MgO+C

高温

Fe2O3+2Al

高温

Fe+CuSO4=FeSO4+Cu

（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）

电解

2Na+Cl2↑

4Na+O2+2H2O 4NaOH（熔融）

MgCl2（熔融）

电解

电解

Mg+Cl2↑

2Al2O3



4Al+3O↑

2电解冰晶石一些对纯度要求较高的不活泼金属也可以采用电解其盐溶液的方法来进行冶炼，例如：

2CuSO4+2H2O

电解

2Cu+2H2SO4+O2↑

（4）有些金属可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来，例如：

Cu2S+O2

高温

2Cu+SO2

2．

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）海水制盐

（3）从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品

（4）从海水中获取铀和重水作为核能开发的重要原料

（5）从海水中获取其他物质和能量

3．从海水中提取物质的方法

海水中含有的各种元素的特点：种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。例如：

（1）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汽，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。

（2）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做氧化剂，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；用干海带从而易于燃烧；灼烧海带的地方要注意通风。

[典型例题剖析] 例一：粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。进行如下实验：

①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；

②另取20g A全部溶于0.15 L 6.0mol·L-1盐酸中，得溶液C；

③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出0.05mol气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；

④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色；

请填空：

（1）①中引发铝热反应的实验操作是

。产物中的单质B是

。

（2）②中所发生反应的反应的化学方程式是

。

（3）③中所发生的各反应的离子方程式是

。

（4）若溶液D的体积仍视为0.15 L，则该溶液中c（Mg2+）为

，c（Fe2+）为

。

答案：（1）加少量KClO3，插上镁条并将其点燃；Fe

（2）Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，MgO+2HCl=MgCl2+H2O （3）Fe+2H+=Fe2++H2↑；Fe+2Fe3+=3Fe2+

（4）0.67 mol·L-1；2.3 mol·L-1

解析：MgO不能与铝发生置换反应，所以①发生的反应是Fe2O3+2Al

高温

2Fe+Al2O3

②中发生的反应是Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O，MgO+2HCl=MgCl2+H2O

③中发生的反应是Fe+2FeCl3=3FeCl2，Fe+2HCl=FeCl2+H2↑

④中加入KSCN溶液不变色，说明Fe3+完全被还原为Fe2+，溶液D为MgCl2、FeCl2的混合液。根据题意假设20g A中MgO和Fe2O3的物质的量均为x，则：40g·mol-1 x+160 g·mol-1 x=20g，解得x=0.1mol。

溶液中Mg2+的物质的量等于MgO的物质的量，c（Mg2+）=0.1mol=0.67 mol·L-1

0.15L反应后原加入的盐酸中的Cl-全部转移到FeCl2和MgCl2中，Cl-守恒，所以溶液D中

n（Cl-）=n（Mg2+）×2+n（Fe2+）×2= 6.0mol·L-1×0.15 L=0.9mol 0.9mol0.1mol2=0.35mol 20.35mol所以c（Fe2+）==2.3 mol·L-1

0.15Ln（Fe2+）=

第二节

化学与资源综合利用、环境保护

[重点难点] 1．重点

煤、石油、天然气的综合利用，特别是石油的利用；通过环境保护和绿色化学的有关知识，加强环保意识并培养绿色化学的理念

2．难点

石油裂化的原理

[知识点讲解] 1．

煤的综合利用

煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。

（1）

煤的干馏

煤干馏是指将煤隔绝空气加高温使之分解，得到焦炭、煤焦油、煤气。煤干馏过程中发生一系列复杂的化学反应，从煤干馏产物中可获得重要的化工原料，如氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳、苯、甲苯、二甲苯、萘、酚类等。

（2）

煤的气化

将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，主要反应为：C (s)+H2O(g) CO(g)+H2(g) （3）

煤的液化

煤的直接液化：使煤与氢气作用生成液体燃料。

高温

煤的间接液化：先将煤转化为CO和H2，再在催化剂作用下合成甲醇等。

2．石油加工

石油主要是由多种碳氢化合物组成的混合物。

（1）

石油的分馏

石油分馏是利用原油中各组分沸点的不同，将复杂的混合物分离成较简单和更有用的混合物的过程。

石油分馏主要在分馏塔中进行，通过分馏可以获得汽油、煤油、柴油等轻质油。

（2）

石油的催化裂化

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。石油裂化的产品再经过进一步裂解，可以获得很多重要的化工原料。例如，

C16H34



CH+CH

818816催化剂加热、加压催化剂C8H18



CH+ CH

41048加热、加压催化剂C4H10



CH+CH

2624加热、加压催化剂C4H10



CH+CH

438加热、加压乙烯、丙烯、甲烷等都是通过石油裂化和裂解得到的重要化工原料。

（3）

其它的石油加工

石油经过催化重整，可以使链状烃转化为环状烃，获得苯、甲苯等重要化工基本原料。

3．聚合反应和高分子化合物

由低分子（相对分子质量小）生成高分子化合物（相对分子质量巨大）的反应叫做聚合反应。例如，

2

n CH2=CH2

CH

2

－

CH

n

聚乙烯是由成千上万个乙烯分子在一定条件下发生聚合反应生成的相对分子质量巨大的高分子化合物。相对分子质量巨大是高分子化合物的基本特征，也是它们与低分子化合物的根本区别。高分子化合物有天然的，如蛋白质、纤维素、淀粉等，也有人工合成的，如聚乙烯等。塑料、合成橡胶和合成纤维三大人工合成的高分子材料。

4．化学与环境保护的关系

化学在环境保护上的应用主要有以下几个方面：

（1）对环境情况进行监测：对污染物的存在形态、含量进行分析和鉴定。

（2）治理三废：对生产过程中产生的废气、废水和废渣进行处理，减少环境污染，实现资源的回收利用。

（3）寻找源头治理环境污染的生产工艺，实施清洁生产——绿色化学

绿色化学的核心是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。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，这是原子利用率为100%。