归纳与整理教案2

化学与自然资源的开发利用

归纳与整理

三维目标

知识与技能

1．使学生了解金属冶炼的一般原理，理解金属单质的活泼性与选择冶炼方法之间的联系。

2．开发利用金属矿物和海水资源，常识性介绍金属的回收和利用，了解化学与资源综合利用。

3．培养学生的环境意识和资源观念。

过程与方法

1．自主学习，自主归纳冶炼金属的方法，金属的回收和资源保护的有关知识。开发利用金属矿物和海水资源，了解化学与资源综合利用。加强环保意识。

2．通过典型例题的分析、学习，掌握分析问题、解决问题的方法。

3．探究与活动，通过复习，了解探究过程的意义和方法，培养从形象思维到抽象思维的能力。

情感、态度与价值观

1．通过复习，进一步培养学生爱国主义情感。通过介绍金属回收的重要意义，树立资源保护意识和环保理念。

2．树立正确的人生观、价值观：热爱科学、热爱社会、关注生活。通过搜集资料，培养学生搜集信息能力和自学能力。

要点提示

教学重点：归纳能力、比较能力的培养。

教学难点：培养举一反三的能力，培养发散思维、创新思维的能力。

教具准备：实物投影仪。

教学过程

一、金属矿物

1. 金属矿物的矿物利用

金属在自然界中的存在

金、铂等极少数金属以游离态形式存在于自然界中，而绝大多数金属元素以化合态形式存在。在这些金属化合物中，金属元素都呈正价。

2. 金属冶炼的实质

使金属化合物中的金属阳离子得到电子被还原为金属单质的过程。Mn++ne—

===== M 3. 金属冶炼的方法

要根据金属的活动性顺序不同，采取不同的冶炼方法。金属活动顺序如下

K

Ca

Na

Mg

Al

Zn

Fe

Cr

Ni

Sn

Pb

(H)

Cu

Hg

Ag

Pt

Au

电解法

热还原法

热分解法

物理提取法

1

（1）热分解法

△

，2Ag

△

2HgO

2Hg + O2↑ 2O

4Ag + O2↑

（2）热还原法

①

焦炭还原法：用碳还原ZnO、CuO，方程式为

2ZnO + C

△

2Zn + CO

△

2↑

2CuO + C

2Cu + CO2↑

②

一氧化碳还原法，如用CO还原Fe2O3、CuO，方程式为：

Fe2O3 + 3CO

△

3CO2

+

2Fe

CO + CuO

△

Cu + CO

2↑

③

氢气还原法，如用H2还原WO3、Fe3O4，其化学方程式为:

3H

2 + WO

△3

W + 3H2O

4H

△

2 + Fe3O4

3Fe + 4H2O ④

活泼金属还原法，如用铝还原Cr2O3、V2O5，这类反应又称铝热反应，方程式为：

2Al + Cr

高温

2O3

Al2O3 + 2Cr

10 Al +3V

2O

高温5

6V + 5Al2O3 （3）

电解法冶炼金属

如Al2O3、MgCl2、NaCl的电解反应，方程式依次为：

2Al

电解

2O3

4Al + 3O

2↑

MgCl

电解2

电解

Mg + Cl2↑

2NaCl

2Na + Cl2↑

二、海水资源的开发利用

海水资源的利用主要包括海水水资源的利用和海水的化学资源的利用。

1. 海水水资源的开发利用

海水淡化的主要方法有:

蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。

2.

海水化学资源的开发利用

(1) 氯碱工业

海水

食盐

(NaCl)

食用

2NaCl+2H

电解

2O

2NaOH+Cl2↑+H2↑，以及由此衍生出来的其他产品。

(2) 海带提碘

①

反应原理：Cl2氧化I—的离子方程式为：H2O2+ 2I— +2H+===== I2 + 2H2O

②

工艺流程：

海带

灼烧

海带灰

浸泡

含I—的溶液

氧化

碘水

萃取分液

I蒸馏

2

2

(3) 海水提溴

①

在预先经过酸化的浓缩海水中，用氯气氧化溴离子生成单质溴。原理为：

Cl2 + 2Br—===== Br2 + 2Cl—

②

工艺流程：

海水

③

基本操作

Ⅰ. 浓缩:海水晒盐和海水淡化过程中副产物Br—得到浓缩；

Ⅱ. 氧化：向浓缩的海水中通入Cl2，将Br—氧化成Br2，反应离子方程式为

Cl2 + 2Br—===== Br2 + 2Cl—

Ⅲ. 富集：利用溴的挥发性，通入热空气和水蒸气，吹出的溴蒸气用SO2吸收，反应方程式为：Br2 + SO2 + 2H2O ===== 2 HBr+ H2SO4

Ⅳ. 提取：再用Cl2氧化HBr得到产品溴。

(4) 海水提镁

①

工艺流程：

液溴

冷凝分离

蒸馏

提取粗盐

苦卤

硫酸酸化

氯气氧化

含Br2的海水

空气吹出

含Br2的空气

SO2吸收

溴蒸气

溴水混合物

粗溴水

氯气

吸收液

②

有关化学反应方程式

3

CaCO高温

3

CaO + CO2↑

CaO + H2O === Ca(OH) 2

MgCl2 + Ca(OH) 2=== Mg(OH) 2↓+ CaCl2

Mg(OH) 2 + 2HCl === MgCl2 + 2H2O

MgClHCl

2

▪6H2O======== MgCl2 + 6H2O

MgCl2(熔融)

Mg + Cl2↑

三、煤的干馏及石油的炼制苯和芳香烃

1. 煤的干馏

(1) 原理:把煤隔绝空气加强热使其分解的过程。煤的干馏过程是一个复杂的物理化学变化过程。(2) 煤的干馏产物(重点掌握焦炉气成分) 产品

主要成分

用途

焦炉气

氢气、甲烷、一氧化碳和乙烯

气体燃料、化工原料

出炉煤气

粗氨水

氨、铵盐

化肥、炸药、染料、医药、农药、粗苯

苯、甲苯、二甲苯

合成材料

苯、甲苯、二甲苯

煤焦油

酚类、萘

染料、医药、农药、合成材料

沥青

筑路材料、制碳素电极

焦炭

碳

冶金、合成氨造气、电石、燃料

2. 煤的气化

C将煤转化为可燃性气体的过程。主要反应是煤与水蒸气反应生成水煤气等。

C(s) + H催化2O(g)

CO(g) +H2(g) 3. 煤的液化

直接液化：使煤直接与氢气反应生成液体燃料；

间接液化：先将煤转化为一氧化碳和氢气，再在催化剂作用下合成甲醇。

C(s) + H2O(g)

高温

CO(g) +H2(g)

CO(g) +2H2(g)

催化剂

CH3OH(l)

4. 石油的炼制

4

(1) 主要成分

a.元素：C、H(质量分数之和达97％~ 98％)、N、P、S、O等。b. 物质：烷烃、环烷烃、芳香烃等。

(2)石油化工

①

常压分馏(所的产物均为混合物)

液化石油气（C4以下）

汽油(C5 - C11)

煤油（C11 - C16）

柴油（C15 - C18）

重油(C20以上)：需减压分馏，可得柴油、石蜡油、润滑油

和沥青等。

(3) 裂化

目的：为了提高轻质液体燃料的产量和质量。

类型：热裂化和催化裂化。

实例：C催化剂

16H34

C8H18

+

C8H16 十六烷

△

辛烷

辛稀

5

(4)

裂解：深度裂化

目的：获得气态短链不饱和烃做化工原料。

主要产品：乙烯、丙烯、丁烯等小分子烃；

副产品：甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷等

实例：

辛烷

剂高温

丁烷

丁烯

丁烷

催化剂

乙烷

乙稀

H6

+

C2H4 C8H18

加热、加压

C4H10

+

C4H8

C4H10

加热、加压

C2

三大合成材料：塑料、橡胶以及合成纤维

注：化学“六气”的主要成分

主要成分

概念区分：“四同”

同位素：对象是原子。质子数相同，中子数不同的原子(核素)结构相似，如H、D和T。

同素异形体：对象是单质。由同一种元素组成的不同单质，如金刚石和石墨。

同系物：对象是化合物。分子组成相差一个或若干个CH2基团的物质，如烷烃。

同分异构体：对象是化合物。

分子式相同，结构不同的化合物，如丁烷和异丁烷。

四、环境保护与绿色化学

1. 环境问题

环境问题主要是指由于人类不合理地开发利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农生产中和人类生活中所造的环境污染。

①“三废”的污染是指

(1)

大气污染

大气污染物主要来自化石燃料燃烧和工业生产过程中产生的废气及其携带的颗粒物。

(2) 水污染

工业废水，生活污水，农田过度施肥，喷洒农药都会对水源造成污染。

(3) 固体废弃物污染

如白色污染

当今环境污染主要存在以下几个方面的问题

环境问题

温室效应

主要污染物

CO2

主要危害

造成全球气候变暖，水位上升，陆地面积减少。

6 高炉煤气

CO、CO2

水煤气

H2、CO 天然气

CH4

液化石油气

C3H8、C4H10

焦炉气

H2、CO、裂解气

C2H4、C3H6、CH4、C2H4

C4H8

、CH4、

酸雨

臭氧层破坏

SO2、NOx

氟氯代烷、NOx

碳氢化合物、NOx

土壤酸化、水源污染、建筑物被侵蚀等。

到达地球表面的紫外线明显增多，给人类健康及生态环境带来多方面的危害。

刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，是人生并甚至死亡。

①在土壤中影响农作物吸收水分和养分，导致农作物减产；

光化学烟雾

白色污染

废弃塑料制品

②混入生活垃圾中难处理、难回收。

③易被动物当作食物吞入，导致动物死亡。

赤潮和水华

2. 绿色化学

(1) 原子经济

废水中含N、P的营养物质

使水体富营养化，导致水中藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水体变得浑浊绿色、水质恶化。

原子经济要求反应物的原子全部转化为期望的最终产物，原子的利用率达到100％，也就是说在化学反应中不产生任何废物。如化合、加成、加聚等反应就可达到。

(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。

3. 可持续发展

可持续发展是指满足现代人的需求又不损害后代人满足其需求的能力的发展，需要经济、社会、资源和环境保护协调发展。可持续发展的要点是发展援助、环境保护、清洁水源、能源开发、绿色贸易。

4.有效利用金属资源的途径

①提高金属矿物的利用率；

②减少金属的使用量；

③加强金属资源的回收和利用；

④使用其他材料代替金属材料。

五、自我补充及知识总结

原子利用率=期望产物的总质量100%生成物的总质量

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