归纳与整理优秀教学设计

第四章

化学与自然资源的开发利用

教材分析

本节内容从化学与自然资源的开发利用，让学生认识和体会化学在自然资源的合理开发和综合利用上的作用，让学生树立资源保护意识及合理开发意识。

教学目标

（一）知识与能力

1．了解化学与自然资源的开发利用

2．学会从海带中提取碘元素的基本方法和技能；理解从海带中提取碘元素的基本原理

3．掌握从海水中提取溴的基本原理（会写相关化学方程式）

（二）过程与方法

1．学生通过学习化学与自然资源的开发利用，加深对理论联系实际的基本学习方法的理解。

2．学生通过学习化学与自然资源的开发利用，学会通过实验获得知识的方法。

3．

学生通过学习化学与自然资源的开发利用，学会通过合作讨论获得知识的基本方法。

（三）情感态度与价值观

1．学生通过观看我国也是海洋大国视频，激发民族危机感，从而萌发爱国主义热情。

2．学生通过认识和体会化学与自然资源的开发利用的意义和作用，激发学生探索化学与自然资源的开发利用科学精神。

教学重点

化学与自然资源的开发利用。

教学难点

化学与自然资源的开发利用。

教学过程

一、金属的冶炼方法

1．金属冶炼方法与金属活动性的关系

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

自然界中的存在形态

主要冶炼方法

化合态

电解法

K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu 强→弱

弱→强

多数是化合态、极少数是游离态

热还原法

游离态

热分解法

物理方法

Hg Ag Pt Au

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。

【典例1】

金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的运用。下列关于金属的一些说法中不正确的是(

) A．合金的性质与其成分金属的性质不完全相同

B．工业上金属Mg、Al都是用电解熔融的氯化物制得的

C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子

D．越活泼的金属越难冶炼

2．几种常用金属冶炼方法的比较

方法名称

热分解法

举例

2Ag2O=====4Ag＋O2↑

2HgO=====2Hg＋O2↑

热还原法

CO作还原剂

H2作还原剂

Na、Mg、Al热还原法

C作还原剂

作还原剂

Fe2O3＋3CO=====2Fe＋3CO2

WO3＋3H2=====

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

2CuO＋C=====CO2↑＋2Cu 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。

【典例2】

金属锂是密度最小的金属，等质量的不同金属，锂可以释放出更多的电子，故常用来制造高性能电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则冶炼金属锂应采用的方法是(

) A．电解法

B．热还原法

C．热分解法

D．铝热法

二、海水资源的综合利用

2Al2O3(熔融)=====

4Al＋3O2↑

冰晶石电解高温高温高温高温高温高温△△主要特点

适合冶炼活动性较差的金属

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

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

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：

①氯碱工业：2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

②制钠和氯气：2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑

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＋＋－电解电解点燃△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：

①CaCO3=====CaO＋CO2↑

②CaO＋H2O===Ca(OH)2

③MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2

④Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O ⑤MgCl2·6H2O=====MgCl2＋6H2O △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

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。利用海水淡化后得到的浓海水为原料，以提高制溴的效益。

【典例3】

海带含有丰富的碘。为了从海带中提取碘，某研究性学习小组设计并进行了以下实验：

＋－－－－－高温HCl电解灼烧

请填写下列空白：

(1)步骤①灼烧海带时，除需要三脚架外，还需要用到的仪器是________(从下列仪器中选择所需的仪器，将标号字母填写在空白处)。

A．烧杯

B．坩埚

C．表面皿

D．泥三角

E．酒精灯

F．干燥器

(2)步骤③的实验操作名称是________；步骤⑥的目的是从含碘的苯溶液中分离出碘和回收苯，该步骤的实验操作名称是________。

(3)步骤④反应的离子方程式是__________________________________________________。

(4)步骤⑤中，某学生选择用苯来提取碘的理由是__________________________________ ________________________________________________________________________。

(5)请设计一种检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘的简单方法：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。

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

煤焦油

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

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

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

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

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。

【典例4】

煤是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境。最近，某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量≥90%)，把煤“吃干榨尽”。下列有关说法正确的是(

) ①煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化

②煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化

③该技术实现了煤的清洁利用

④该技术实现了煤的高效利用

A．①②③

C．①③④

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

在催化剂存在的条件用蒸发冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物

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

主要原料

原油

重油

重油

裂解

B．①②④

D．②③④

高温在高温下，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

含直链烷烃的石油分原理

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

【典例5】

用石油裂化和裂解过程得到的乙烯、丙烯来合成丙烯酸乙酯的路线如下：

润滑油、凡士林、石蜡、沥青、煤焦油

将重油充分分抗震性能好的汽油和甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯等

提高汽油的产量和质乙烯、丙烯、丁二烯等

获得短链气态不饱和烃

离并防止炭化

量

物理变化

化学变化

根据以上材料和你所学的化学知识回答下列问题：

(1)由CH2===CH2制得有机物A的化学反应类型是__________。

(2)丙烯醛(CH2===CHCHO)中含有的官能团__________(填名称)。

(3)A与B合成丙烯酸乙酯反应的化学方程式是____________________________ ________________________________________________________________________；

该反应的类型是__________。

(4)由石油裂解产物乙烯合成聚乙烯塑料的化学方程式是___________________________ ________________________________________________________________________。

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分，导致农白色污染

废弃塑料制品

作物减产

②混入生活垃圾中难处理、难回收

光化学烟雾

碳氢化合物、NOx

③易被动物当作食物吞入，导致动物死亡

赤潮和水华

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。

【典例6】

目前地球环境污染问题越来越严重。请回答下列问题：

(1)臭氧层的破坏导致紫外线对地球表面辐射量的增加，从而使全球皮肤癌的发病人数明显增多。造成这一现象的主要原因是________(填字母，下同)。

A．人们大量使用了氟氯代烷

B．人们在炼钢时向空气中排放了大量的高炉煤气

C．石油炼制厂排放了大量的甲烷、氢气

D．硝酸、硫酸工厂排放了大量的二氧化硫和一氧化氮

(2)1997年夏季，拥有80万辆汽车的智利首都圣地亚哥发生了光化学烟雾事件。光化学烟雾产生的主要原因是_____________________________________________________。

A．汽油的不完全燃烧

C．白色塑料垃圾的漂浮

B．大量使用农药、化肥

D．金属矿物的冶炼

废水中含N、P等营养物质

使水体富营养化，导致水中藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水体变成绿色，浑浊，水质恶化

(3)化肥、农药的使用导致人类癌症发病率的增加，其中六六粉曾经是广泛使用的一种农药，它是由苯与氯气通过加成反应制得的，写出该反应的化学方程式：__________________ ________________________________________________________________________。

答案精析

【典例1】

B 【典例2】

A

[Na、Mg都很活泼，常用电解法冶炼，而Li活动性介于Na与Mg之间，故Li也应采用电解法冶炼。]

【典例3】

(1)BDE

(2)过滤

蒸馏

(3)2I＋MnO2＋4H===Mn2＋I2＋2H2O －＋＋(4)苯与水互不相溶；碘在苯中的溶解度比在水中大

(5)取少量提取碘后的水溶液于试管中，加入几滴淀粉试液，观察是否出现蓝色(如果变蓝，说明还有单质碘) 【典例4】

C

[煤粉加压气化是将煤变成以CO和H2为主要成分的合成气，此过程涉及化学变化和物理变化，减少了污染，提高了煤的利用率。]

【典例5】

(1)加成反应

(2)碳碳双键、醛基

(3)CH2==CHCOOH＋CH3CH2OH应) (4)nCH2==CH2加热、加压――→催化剂浓H2SO4△CH2==CHCOOCH2CH3＋H2O

取代反应(或酯化反CH2—CH2

【典例6】

(1)A

(2)A