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第四章

化学与自然资源的开发利用

一、金属矿物的开发利用

1、金属的冶炼

大多数金属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↑

（2）热还原法。处于金属活动性顺序表中间位置的金属，通常采用还原剂（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）K Ca Na 金属的活动顺序：

Mg Al

金属原子失电子能力

金属离子得电子能力

Zn Fe Sn Pb（H）Cu

Hg Ag

2Na+Cl2↑

强

→

弱

弱

→

强

热分解主要冶炼方法

电解法

热还原法

法

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：节约矿物资源；节约能源；减少环境污染。

二、海水资源的开发利用

1、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、海水中提取溴的主要工艺流程

①用蒸馏法将海水浓缩。酸化（用硫酸）。

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）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。

变化类名称

定义

适用范围

型

被蒸馏混合物中至少有一种把液体加热到沸腾变为蒸气，组分为液体，各组分沸点差别再使蒸气冷却凝结成液体的蒸馏

越大，挥发出的物质(馏分)越操作

纯

对多组分混合物在控温下先连续进行的两次或多次蒸分馏

后、馏

把固态混合物(如煤、木材)隔干馏

绝空气加强热使它分解的过程

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

Mg＋Cl2↑

物理变化

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

石油的分馏

炼制方法

在催化剂存在的在高温下，把石用蒸发和冷凝的条件下，把相对油产品中具有长方法把石油分成分子质量大、沸原理

不同沸点范围的点高的烃断裂为为各种短链的气蒸馏产物

相对分子质量态烃或液态烃

小、沸点低的烃

主要

原油

原料

汽油、甲烷、乙主要

产品

主要变

物理变化

化类型

3．天然气的综合利用

化学变化

化学变化

汽油、煤油、柴烷、丁烷、乙烯、油、重油

丙烯等

重油

(包括石油气) 乙烯、丙烯等

石油分馏产品链分子的烃断裂石油的裂化

石油的裂解

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。

4四、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。

（2）双烯加聚口诀：单改双，双改单，两头伸手，组成不变。

（3）混烯加聚口诀：同（1）或（2）。生成的共聚物的类型据单体的排列而定。

2、根据高聚物的结构确定单体的规律

（1）高聚物主链中无双键，则为单烯加聚

（2）高聚物主链中有双键，则为双烯加聚或混烯加聚

五、绿色化学

（1）核心：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）学

科观点：改变反应历程

（3）环境观点：从源头上消除污染。

（4）经济观点：尽可能提高原子利用率

（5）热点：反应物原子全部转化为最终的期望产物，原子利用率为100%。