归纳与整理教学活动设计方案

第四章 化学与自然资源的开发利用

一、金属的冶炼方法

1．金属冶炼方法与金属活动性的关系

由于金属的活动性不同，金属离子得到电子还原成金属单质的能力不同，因而不同的金属就有不同的冶炼方法。在金属活动性顺序表中，金属位置越靠后，越易被还原，用一般还原方法就能使金属还原。金属位置越靠前，越难被还原，最活泼的金属只能用最强的还原手段来还原。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。金属应用的早晚就是由金属的活动性决定的，金属越活泼，冶炼越难，其使用时间就越晚。铝的应用比铁晚，就是因为铝难冶炼，只有发现用电解法冶炼后，才能大量冶炼铝。

2．几种常用金属冶炼方法的比较

方法名称

热分解法

CO作还原热还原法

剂

H2作还原剂

Na、Mg、Al作还原热还原法

C作还原剂

剂

举例

△△2Ag2O=====4Ag＋O2↑2HgO=====2Hg＋O2↑

高温Fe2O3＋3CO=====2Fe＋3CO2

高温WO3＋3H2=====

W＋3H2O 高温Cr2O3＋2Al=====2Cr＋Al2O3 高温4Na＋TiCl4=====4NaCl＋Ti 高温2ZnO＋C=====2Zn＋CO2↑

高温2CuO＋C=====

CO2↑＋2Cu 电解2Al2O3(熔融)冰晶石=====

4Al＋3O2↑

冶炼的金属为合金(含碳)，生产成本较低

冶炼金属纯度较高，成本较高

主要特点

适合冶炼活动性较差的金属

冶炼难熔金属，纯度较高，成本较高

冶炼金属成本较低，易形成合金(含碳) 金属纯度高，耗电量大，生产成本高

电解法

特别提示

炼铁时，CO来源于焦炭与空气中O2的反应，会在金属中含有碳元素，形成含碳的合金。

二、海水资源的综合利用

1．海水水资源的利用

海水水资源的利用主要包括直接利用和海水淡化。海水直接利用包括沿海工业冷却用水、生活用水和耐盐植物灌溉；海水淡化可解决淡水资源不足问题。

海水淡化现有20多种技术方法。目前技术纯熟、经济效益较好的有蒸馏法、冷冻法、反渗

透法、电渗析法等。

（1）蒸馏法

蒸馏法历史最久，技术、工艺比较完善，是目前海水淡化的主要方法。蒸馏淡化过程的实质如同水蒸气的形成，使海水受热蒸发形成水蒸气，水蒸气在一定条件下遇冷形成不带咸味的水，但蒸馏法的弊端是消耗能量多并在仪器里产生大量的锅垢。

（2）冷冻法

冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态水变成固态冰的同时盐被分离出去。冷冻法与蒸馏法相比，耗能低、结垢轻，但得到的淡水味道不佳。

（3）反渗透法

反渗透法通常又称超过滤法，是1953年才开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的，其最大优点是节能。反渗透法正逐步取代蒸馏法成为最广泛的方法。

（4）电渗析法

电渗析法是将具有选择透过性的阳离子膜与阴离子膜交替排列，组成多个相互独立的隔室，相邻隔室实现海水浓缩与淡化。电渗析法不仅可以淡化海水，也可以作为水质处理的手段，为污水再利用作出贡献。

2．海水化学资源的利用

（1）海水制盐

海水制盐又称海水晒盐。其方法是把海水引到盐滩上，利用日光和风力使水分蒸发，得到食盐(即蒸发海水，使食盐浓缩结晶)。食盐除在食品中作调味剂外，它还是一种工业原料：

电解①氯碱工业：2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

电解②制钠和氯气：2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑

点燃③制盐酸：H2＋Cl2=====2HCl ④制漂白剂：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O △⑤制纯碱：NaCl＋CO2＋H2O＋NH3===NaHCO3↓＋NH4Cl,2NaHCO3=====Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑

特别提示

海水晒盐得到的是粗盐，含有Ca2、Mg2、SO24等杂质，精制后得到NaCl饱＋＋－和溶液，精制时通常在其中依次加入过量的BaCl2溶液、过量的NaOH溶液和过量的Na2CO3溶液，过滤后，再加适量盐酸调节至中性即可。

（2）海水提镁

反应流程：

有关反应的化学方程式：

高温①CaCO3=====CaO＋CO2↑

②CaO＋H2O===Ca(OH)2

③MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2

④Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O HCl⑤MgCl2·6H2O=====△MgCl2＋6H2O 电解⑥MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl2↑

（3）海水提溴

①浓缩：海水晒盐和海水淡化的过程中副产物Br得到浓缩；

②氧化：向浓缩的海水中通入适量的Cl2，将Br氧化为Br2，反应的离子方程式为Cl2＋2Br===Br2＋2Cl；

③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。反应的化学方程式为Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4；

④提取：再用Cl2将HBr氧化得到产品溴。

（4）海带中提碘

①流程

灼烧海带――→海带灰→浸泡→过滤→氧化→提纯→碘单质；

②主要的化学原理：2H＋2I＋H2O2===I2＋2H2O或Cl2＋2KI===2KCl＋I2。

特别提示

①海水中提取Mg、Br2、I2时均有氧化还原反应发生，且在提取Br2和I2时，氧化剂均可为Cl2，同样均用有机溶剂萃取水溶液中的Br2或I2，分液后再利用蒸馏法将Br2或I2与有机溶剂分开；

②利用在火力发电厂和核电站用于冷却的循环海水，以减少能耗。利用海水淡化后溴离子得到浓缩的浓海水，以提高制溴的效益。

三、两大化石燃料的综合利用

1．煤的综合利用

将煤作为燃料，主要是利用其燃烧放出的热量，但是，将煤直接燃烧不但利用率较低，而且还会造成严重的环境污染。将煤进行加工后综合利用是合理用煤的重要发展方向，当前，煤的综合利用方法主要是煤的干馏、煤的气化和液化。

＋－－－－－

（1）煤的干馏

①概念：煤的干馏是将煤隔绝空气加强热使其分解的过程，工业上也叫煤的焦化。

理解这一概念，要注意以下两个方面：

隔绝空气：这是煤的干馏的先决条件，否则，强热条件下煤会燃烧生成CO2和H2O等物质。

煤的干馏是化学变化，煤在干馏过程中生成了许多新的物质，如苯、萘等，发生的是分解反应，属于化学变化。

②煤干馏的主要产品及其用途

干馏产品

焦炉气

出炉

煤气

粗氨水

粗苯

主要成分

氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳

氨气、铵盐

苯、甲苯、二甲苯

苯、甲苯、二甲苯

煤焦油

酚类、萘

沥青

焦炭

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、燃料、电石

化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料

主要用途

气体燃料、化工原料

③煤中不含苯、萘、蒽等物质：煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，苯、萘、蒽等物质是煤分解的产物。

（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

高温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。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．石油的综合利用

石油直接应用的效益非常低，一般不直接使用，而是要加工成石油产品使用。石油加工的主要方法有石油的分馏、石油的裂化和裂解、石油的催化重整等。

石油加工(炼制)方法比较

石油炼制的方法

常压

分馏

减压

催化裂化

裂解

在催化剂存在的用蒸发冷凝的方法把石油分原理

成不同沸点范围的蒸馏产物

条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃

在高温下，把石油产品中具有长链分子的烃断裂为各种短链的气态烃或液态烃

含直链烷烃的石主要原料

原油

重油

重油

油分馏产品(含石油气) 溶剂油、汽主要产品

油、煤油、柴油、重油

将原油分离目的

成轻质油等各种产物

主要变化类型

润滑油、凡士林、石蜡、沥青、煤焦油

将重油充分分离并防止炭化

抗震性能好的汽油和甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、丁二丙烷、丁烷、乙烯、丙烯等

提高汽油的产量和质量

获得短链气态不饱和烃

烯等

物理变化

化学变化

四

六大环境问题及防治措施

1．六大环境问题及其危害

环境问题

温室效应

酸雨

臭氧层破坏

主要污染物

CO2

SO2、NOx

氟氯代烷、NOx

主要危害

造成全球气候变暖，水位上升，陆地面积减小

土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等

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危害

刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡

①在土壤中影响农作物吸收水分和养白色污染

废弃塑料制品

分，导致农作物减产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

废水中含N、P使水体富营养化，导致水中藻类疯长，光化学烟雾

碳氢化合物、NOx

等营养物质

消耗水中溶解的氧，使水体变成绿色，浑浊，水质恶化

2.防治措施

（1）减少污染物的排放，在排放之前进行处理。

（2）对资源进行回收再利用。

（3）开发新的替代品。

（4）实施清洁生产，从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。

特别提示

居室污染——来自建筑、装饰和家具材料散发出的甲醛、苯、氨气等污染起居空间的现象。甲醛对眼、鼻、喉有明显的刺激性，严重时甚至致癌。苯则会损坏人体造血功能，长期在这种环境下人们会有头疼、失眠的症状，严重者则导致某些血液疾病。所以在家庭装修过程中一定要使用环保材料。