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第四章 化学与可持续发展

第一节

开发利用金属矿物和海水资源

一、金属矿物的开发利用

1、金属的存在：除了金(Au)、铂(Pt)等少数金属外，绝大多数金属以化合态的形式存在于自然界。

2、金属冶炼的涵义：简单地说，金属的冶炼就是把金属从矿石中提炼出来。金属冶炼的实质是把金属元素从化合态还原为游离态，即M（化合态） M（游离态）。

3、金属冶炼的一般步骤： (1)矿石的富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。(2)冶炼：利用氧化还原反应原理，在一定条件下，用还原剂把金属从其矿石中还原出来，得到金属单质（粗）。(3)精炼：采用一定的方法，提炼纯金属。

4、金属冶炼的方法

(1)电解法：适用于一些非常活泼的金属。

2NaCl（熔融）+n得电子、被还原

0

电解

2Na＋Cl2↑

MgCl2（熔融）

电解

Mg＋Cl2↑

2Al2O3（熔融）

电解

4Al＋3O2↑

(2)热还原法：适用于较活泼金属。

Fe2O3＋3CO

高温

2Fe＋3CO2↑

WO3＋3H2

高温

W＋3H2O

ZnO＋C

高温

Zn＋CO↑

常用的还原剂：焦炭、CO、H2等。一些活泼的金属也可作还原剂，如Al，

Fe2O3＋2Al

高温

2Fe＋Al2O3（铝热反应）

Cr2O3＋2Al高温

2Cr＋Al2O3（铝热反应）

(3)热分解法：适用于一些不活泼的金属。

2HgO

△

2Hg＋O2↑

2Ag2O

△

4Ag＋O2↑

5、 (1)回收金属的意义：节约矿物资源，节约能源，减少环境污染。(2)废旧金属的最好处理方法是回收利用。(3)回收金属的实例：废旧钢铁用于炼钢；废铁屑用于制铁盐；从电影业、照相业、科研单位和医院X光室回收的定影液中，可以提取金属银。

金属的活动性顺序

金属原子失电子能力

金属离子得电子能力

主要冶炼方法

还原剂或

特殊措施

电解法

强大电流

提供电子

K、Ca、Na、

Mg、Al Zn、Fe、Sn、

Pb、(H)、Cu Hg、Ag Pt、Au 强

弱

弱

强

热还原法

H2、CO、C、

Al等加热

热分解法

加热

富集法

物理方法或

化学方法

二、海水资源的开发利用

1、海水是一个远未开发的巨大化学资源宝库

海水中含有80多种元素，其中Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr 11种元素的含量较高，其余为微量元素。常从海水中提取食盐，并在传统海水制盐工业基础上制取镁、钾、溴及其化合物。

2、海水淡化的方法：蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，蒸馏法的原理是把水加热到水的沸点，液态水变为水蒸气与海水中的盐分离，水蒸气冷凝得淡水。

3、海水提溴

浓缩海水 溴单质 氢溴酸 溴单质

有关反应方程式：①2NaBr＋Cl2＝Br2＋2NaCl

②Br2＋SO2＋2H2O＝2HBr＋H2SO4

③2HBr＋Cl2＝2HCl＋Br2

4、海带提碘

－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。证明海带中含

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有碘，实验方法：(1)用剪刀剪碎海带，用酒精湿润，放入坩锅中。(2)灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却。(3)将海带灰移到小烧杯中，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤。(4)在滤液中滴加稀H2SO4及H2O2然后加入几滴淀粉溶液。

－＋证明含碘的现象：滴入淀粉溶液，溶液变蓝色。2I＋H2O2＋2H＝I2＋2H2O

第二节

化学与资源综合利用、环境保护

一、煤和石油

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

2、煤的综合利用：煤的干馏、煤的气化、煤的液化。

①煤的干馏是指将煤在隔绝空气的条件下加强使其分解的过程，也叫煤的焦化。煤干馏得到焦炭、煤焦油、焦炉气等。苯主要来自于煤的干馏。

②煤的气化是将其中的有机物转化为可燃性气体的过程。C(s)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)条件是高温

③煤的液化是将煤转化成液体燃料的过程。先气化生成CO和H2，然后催化合成甲醇CH3OH。

3、石油的组成：石油主要是多种烷烃、环烷烃和芳香烃多种碳氢化合物的混合物，没有固定的沸点。

4、石油的加工：（1）获得基本化工原料①石油的分馏，利用沸点的高低进行分离。②催化裂化、裂解，产品为乙烯、丙烯、甲烷。③催化重整，链状烃转换成环状烃。

（2）生产合成材料：①三大合成材料：塑料合成橡胶、合成纤维②两类反应：加聚反应和缩聚反应。

二、环境保护和绿色化学

环境问题主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。

1、环境污染

（1）大气污染。①大气污染物：颗粒物（粉尘）、硫的氧化物（SO2和SO3）、氮的氧化物（NO和NO2）、CO、碳氢化合物，以及氟氯代烷等。②大气污染的防治：合理规划工业发展和城市建设布局；调整能源结构；运用各种防治污染的技术；加强大气质量监测；充分利用环境自净能力等。

＋＋（2）水污染。①水污染物：重金属（Ba2、Pb2等）、酸、碱、盐等无机物，耗氧物质，石油和难降解的有机物，洗涤剂等。

②水污染的防治方法：控制、减少污水的任意排放。

（3）土壤污染。①土壤污染物：城市污水、工业废水、生活垃圾、工矿企业固体废弃物、化肥、农药、大气沉降物、牲畜排泄物、生物残体。②土壤污染的防治措施：控制、减少污染源的排放。

2、绿色化学

绿色化学的核心就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（即没有副反应，不生成副产物，更不能产生废弃物），这时原子利用率为100％。开发绿色反应，提高原子利用率

原子经济性可用原子利用率来衡量，其定义可表示为：

期望产品的质量得物质的质量

× 100% 原子利用率 == 化学方程式中按计量所经济性的反应有两个显著优点：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地减少了废物的排放。

3、环境污染的热点问题：

（1）形成酸雨的主要气体为SO2和NOx。

（2）破坏臭氧层的主要物质是氟利昂（CCl2F2）和NOx。

（3）导致全球变暖、产生“温室效应”的气体是CO2。

（4）光化学烟雾的主要原因是汽车排出的尾气中氮氧化物、一氧化氮、碳氢化合物。

（5）“白色污染”是指聚乙烯等塑料垃圾。

（6）引起赤潮的原因：工农业及城市生活污水含大量的氮、磷等营养元素。（含磷洗衣粉的使用和不合理使用磷肥是造成水体富营养化的重要原因之一。）

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