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《化学与自然资源的开发利用》全章复习与巩固

临武一中唐孝旭

【学习目标】

1、了解金属矿物、海水等自然资源的综合利用；

2、认识化石燃料综合利用的意义；

3、体会化学对环境保护的意义。

【知识网络】

【要点梳理】

要点一、金属矿物的开发利用

1、金属的冶炼

大多数金属的化学性质活泼，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。金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中还原出来的生产过程。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↑

2Ag2O4Ag+O2↑

（2）热还原法

在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属，通常是用还原剂（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） 2Na+Cl2↑

4NaOH（熔融） 4Na+O2↑+2H2O Hg Ag

金属的活动顺序：

金属原子失电子能力

金属离子得电子能力

主要冶炼方法

K Ca Na Mg Al

Zn Fe Sn Pb（H）Cu

强 → 弱

弱 → 强

电解法

热还原法

热分解法

金属活动性与冶炼方法的关系

2、铝热反应

要点诠释：

（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：

（1）节约矿物资源；

（2）节约能源；

（3）减少环境污染。

要点二、海水资源的开发利用

1、从海水中提取淡水——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、从海水中提取溴的主要工艺流程

①用蒸馏法将海水浓缩。用硫酸将浓缩的海水酸化。

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）Mg＋Cl2↑

要点三、煤、石油、天然气的综合利用

1．煤的综合利用

要点诠释：煤的干馏、气化、液化都是化学变化。

名称

蒸馏

定义

把液体加热到沸腾变为蒸气，再使蒸气冷却凝结成液体的操作

对多组分混合物在控温下先后、连续进行的两次或多次蒸馏

把固态混合物(如煤、木材)隔绝空气加强热使它分解的过程

适用范围

被蒸馏混合物中至少有一种组分为液体，各组分沸点差别越大，挥发出的物质(馏分)越纯

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

变化类型

物理变化

分馏

干馏

物理变化

化学变化

化学“三馏”

2．石油的综合利用

要点诠释：

（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

炼制方法

石油的分馏

石油的裂化

在催化剂存在的条件下，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

重油

汽油、甲烷、乙烷、丁烷、乙烯、丙烯等

化学变化

石油炼制方法的比较

3．天然气的综合利用

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。

石油的裂解

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

石油分馏产品(包括石油气) 乙烯、丙烯等

化学变化

原理

用蒸发和冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物

主要

原料

主要

产品

主要变

化类型

原油

汽油、煤油、柴油、重油

物理变化

要点四、绿色化学

要点诠释：

（1）核心：利用化学原理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）从学科观点看：是化学基础内容的更新。（改变反应历程）

（3）从环境观点看：强调从源头上消除污染。（从一开始就避免污染物的产生）

（4）从经济观点看：它提倡合理利用资源和能源，降低生产成本。（尽可能提高原子利用率）

（5）热点：原子经济性——反应物原子全部转化为最终的期望产物，原子利用率为100%。

【典型例题】

类型一：金属矿物的开发利用

例1、下列金属冶炼的反应原理，错误的是(

) A．2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑

B．MgO＋H2

Mg＋H2O C．Fe3O4＋4CO 3Fe＋4CO2

D．2HgO 2Hg＋O2↑

【思路点拨】根据金属的活泼性选择冶炼方法。

【答案】B

【解析】钠、镁等活泼金属不能用普通还原剂还原出来，只能用电解熔融物的方法制取，故A正确，B错误；而铁为中等活泼的金属可以用常用还原剂还原，故C正确；不活泼的金属可以用加热分解化合物的方法来制备，故D正确。

【总结升华】有关金属的冶炼要跟金属活动顺序表结合起来掌握：金属活动顺序表中K—Al之间的活泼金属多用电解法制取其金属单质，Zn—Cu之间的中等活泼金属常用还原剂（如C、CO、H2等）热还原法，而Hg、Ag等不活泼金属常用热分解法制取。

举一反三：

【变式1】热还原法冶炼金属的反应一定是(

) A．氧化还原反应

B．置换反应

C．复分解反应

D．分解反应

【答案】A 【解析】热还原法冶炼金属的反应一定不是复分解反应，也一定不是分解反应，不一定是置换反应，如3CO＋Fe2O32Fe＋3CO2，但一定是氧化还原反应。

类型二：海水资源的开发利用

例2、2010年6月5日世界环境日。深圳及周边沿海城市海域赤潮现象日益严重，导致鱼类大量死亡，可见，海洋保护环境刻不容缓。在海水中溴以溴化镁和溴化钠的形式存在。

经过晒盐和氯化钾后的卤水中，溴的含量已提高100倍左右。只要把卤水加入反应塔中，通过氯气（1）和水蒸气蒸馏，就可以把“溴”蒸出来（2），也有借助煤油从海水中提溴的（3），煤油用过之后还可以回收（4）。土法提溴可用盐酸作用于漂白粉（5）或用二氧化锰氧化盐酸制取氯。

请完成以下几个问题：

（1）写出卤水中通入氯气时发生反应的离子方程式______________________________。

（2）为什么通过蒸馏法就可以将溴蒸出来？______________________________________。

（3）用煤油提取溴的方法叫_____________________，煤油能作溴的萃取剂的原因是_______________________，如何分离海水和溴的煤油溶液？__________________。

（4）如何分离溴和煤油？_________________________________________________________。

（5）漂白粉的主要成分是_______________，其中能与浓盐酸反应的是_______________，它跟盐酸反应的化学方程式为_____________________________________________，这是一个氧化还原反应，其中氧化剂是_______________，盐酸表现_______________性。

【思路点拨】本题考查从海水中提溴的方法。仔细分析并不难，只要针对问题，抓住物质的关键性质就可轻松作答。

【答案】（1）2Br-+Cl2=Br2+2Cl-

（2）溴有挥发性，且温度越高越易挥发

（3）萃取

煤油和水不互溶，且煤油溶解溴的能力比水的大

分液

（4）蒸馏

（5）氯化钙和次氯酸钙

次氯酸钙

Ca(ClO)2+4HCl=CaCl2+2Cl2↑+2H2O

次氯酸钙

还原性和酸

【解析】海洋提炼溴的方法是首先将海水浓缩，然后加入合适的氧化剂将溴离子氧化成溴单质，因为溴易挥发且易溶于有机溶剂，所以可以利用萃取法或蒸馏法将溴提取出来。漂白粉是氯化钙和次氯酸钙的混合物，其中有效成分为次氯酸钙，次氯酸钙中的次氯酸根具有强氧化性，能氧化浓盐酸中的氯离子生成氯气。

【总结升华】从海水中提溴就是使溴离子转化为溴单质，该过程需要合适的氧化剂，最后要想办法得到较纯净的溴单质，可利用溴的挥发性、易溶于有机溶剂等性质采用萃取法或蒸馏法将粗产品净化得到较纯净的溴单质。

举一反三：

【变式1】海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素，碘以离子的形式存在。实验中从海藻提取碘的流程如图所示：

（1）指出提取碘的过程中有关的实验操作名称①

；写出过程②中有关反应的化学方程式

。

（2）提取碘的过程中可提供选择的有机试剂为(

)

A．酒精、四氯化碳

B．四氯化碳、苯

C．汽油、醋酸

D．汽油、甘油

（3）为使海藻灰中碘离子转化为碘的有机溶液，实验室里有烧杯、玻璃棒、集气瓶、

酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器、物品，尚缺少的玻璃仪器是

。

【答案】（1）过滤

2NaI+Cl2=2NaCl+I2

（2）B

（3）漏斗、分液漏斗

类型三：煤、石油、天然气的综合利用

例3、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：

已知：在催化剂并加热的条件下-CHO可以被氧气氧化成-COOH。

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 ]中含有的官能团是______________________（填名称）；

（3）A与B合成丙烯酸乙酯的化学反应方程式是：_________________________________________________；

该反应的类型是______________________反应。

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

该高分子化合物的链节是______________________。

【思路点拨】本题属于简单的有机推断题，突破口在A和B在浓硫酸和加热的条件下合成丙烯酸乙酯，可推测A和B分别为丙烯酸或乙醇，再依据其他条件顺藤摸瓜做出推测。

【答案】（1）加成反应；

（2）碳碳双键、醛基；

【解析】根据题中信息可知CH2=CHCHO在催化剂并加热条件下得到的产物B是CH2=CHCOOH，结合丙烯酸乙酯的结构可确定A为C2H5OH。乙烯转化成乙醇的反应为加成反应；根据酯化反应的实质可以写出合成丙烯酸乙酯的化学反应。乙烯通过加聚反应可以制得聚乙烯，该高分子化合物中重复的链节为。

【总结升华】做有机推断题和无机推断题的方法一样，首先要找准切入点。有机推断题的切入点有：反应条件、反应类型、官能团的变化、反应物与生成物之间的结构变化等。

举一反三：

【变式1】下图为石蜡裂化的实验装置图。试回答下列问题：

（1）Ⅰ中Al2O3的作用是_____________________。

（2）Ⅱ中水的作用是_________________________。

（3）Ⅲ中KMnO4酸性溶液的作用是__________________。

（4）Ⅱ中试管中的液体具有________的气味，该液体是__________，若从中获得较纯的组分，还应进行________操作。若把这种液体分别注入盛有酸性KMnO4溶液和溴水的两支试管里，观察到的现象是______________________，发生反应的类型分别是______、______。

（5）石蜡中含有C20H42的烷烃，写出C20H42发生裂化反应的一个化学方程式：

________________________________________________________________________。

【答案】（1）催化

（2）冷凝裂化气、获得液态烃

（3）检验裂化气中是否有不饱和烃（烯烃）生成

（4）汽油

相对分子质量较小的液态烃

分馏

两试管中溶液都褪色

氧化反应

加成反应

（5）C20H42

C10H22＋C10H20（其他合理答案也对）

【解析】石蜡的催化分解就是石蜡的催化裂化，石蜡的主要成分是烷烃，烷烃裂化生成烯烃和烷烃。（1）石蜡的催化裂化需要催化剂，故Al2O3的作用是催化。（2）石蜡裂化的产物不溶于水，裂化产物中有气体，经过水的冷凝作用，可以变为液态。（3）不饱和烃可以使KMnO4酸性溶液褪色，则KMnO4酸性溶液可以起着检验不饱和烃的作用。（4）II中试管中的液体应该是碳原子数在5～11的相对分子质量较小的烃的混合物，属于汽油，运用分馏的方法可以获得较纯的组分。裂化产物中有不饱和烃，可以因发生氧化还原反应使酸性KMnO4溶液褪色，与溴水发生加成反应而使溴水褪色。（5）书写方程式时遵循质量守恒定律，C20H42的裂化产物中分别为烷烃和烯烃。

类型四：绿色化学

例4、在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中的原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。下列反应类型能体现“原子经济性”原则的是(

) ①置换反应

②化合反应

③分解反应

④取代反应

⑤加成反应

⑥加聚反应

A．①②⑤

B．②⑤⑥

C．③⑥

D．⑥

【思路点拨】分析选项中各个反应类型的特点，抓住“原子利用率为100%”这一要点进行选择。

【答案】B 【解析】化合反应、加成反应和加聚反应均只有一种产物，即反应物原子全部转化为欲得产物，符合“绿色化学工艺”的要求。

【总结升华】仔细分析问题，抓住问题的实质，理清头绪后再做题，切忌胡子眉毛一把抓。

举一反三：

【变式1】“绿色化学”是当今社会提出的一个新概念。在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%。在用CH3C≡CH合成CH2===C(CH3)COOCH3的过程中，欲使原子利用率达到最高，还需要的其他反应物有(

)

A．CO和CH3OH

B．CO2和H2O

C．H2和CO2

D．CH3OH和H2

【答案】A 【解析】CH3C≡CH的化学式为C3H4，产物的化学式为C5H8O2，其与C3H4相差C2H4O2，答案A中两者1∶1时，能满足题设要求。