第二节　资源综合利用　环境保护优秀教案

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、铂等少数金属外，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＋ne=M

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。

n＋－6、(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。

7、铝热反应

概念: 铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应

原理: Al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来

铝热剂: 铝粉和某些金属氧化物(Fe3O4、Cr2O3、V2O5等)组成的混合物

反应特点: 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熔融态且易与Al2O3分离

应用; 冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等

8.例题：用如图所示的装置做铝热反应实验，回答下列问题：

(1)写出该反应的化学方程式：

________________，

在该反应中________是氧化剂，________是还原剂，该反应称为________反应。

(2)选出该实验的实验现象(把序号填写在横线上)：_________________________。

①镁带剧烈燃烧；②放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射；③纸漏斗的下部被烧穿；④有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固Pt、Au 2NaCl（熔融）

MgCl2（熔融）

2Al2O3（熔融）

Fe2O3＋3CO

WO3＋3H2

电解

2Na

＋Cl2↑

电解

Mg

＋Cl2↑

电解

4Al

＋3O2↑

(2)热还原法：适用于较活泼金属。

高温

2Fe

＋3CO

2↑

＋CO↑

高温

W

＋3H2O ZnO＋C

高温

Zn

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

Cr2O3＋2Al

2HgO

金属活动性顺序

原子失电子能力

离子得电子能力

冶炼方法

电解法

热还原法

热分解法

还原剂或

特殊措施

强大电流

H2、CO、C、

加热

提供电子

Al等加热

物理方法或

化学方法

富集法

弱 强

高温

2Fe

＋Al2O3（铝热反应）

高温2Cr＋AlO（铝热反应）

23(3)热分解法：适用于一些不活泼的金属。

△

2Hg＋O2↑ Ag2O

△

4Ag＋O2↑

5.金属冶炼总表

K、Ca、Na Zn、Fe、Sn、

Hg、Ag Mg、Al Pb、(H)、Cu 强 弱

体。

(3)写出下列操作或物质的作用：

内层纸漏斗底部剪一个孔：______________________；

蒸发皿盛沙：_____________________________；

镁带：____________________；

氯酸钾：____________________。

高温【答案】

(1)Fe2O3＋2Al=====Al2O3＋2Fe Fe2O3 Al 铝热

(2)①②③④

(3)使熔融物易于落下

防止溅落物炸裂蒸发皿

引起氯酸钾分解

引发铝热反应

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二、海水资源的开发利用

1、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、海水淡化方法：蒸馏法、电渗析法、离子交换法等

3、海水提溴

浓缩海水→

溴单质→

氢溴酸→

溴单质

(1)步骤①反应的离子方程式是_______________。

(2)步骤③反应的化学方程式是________________，

从理论上考虑，下列也能吸收Br2的是_______。

A．NaOH B．FeCl2 C．Na2SO3 D．H2O (3)步骤⑤蒸馏的过程中，温度应控制在80 ℃～90 ℃。温度过高或过低都不利于生产，请解释原因____________。

(4)为什么不直接用经步骤①得到的含溴的海水进行蒸－2Cl2+2Ca(OH)2＝CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O 制备漂白粉

6.例题

海水提取溴

工业上从海水中提取溴的工艺流程如图所示：

应方程式：

①

2NaBr＋Cl2＝Br2＋2NaCl ②

Br2＋SO2＋2H2O＝2HBr＋H2SO4

③

2HBr＋Cl2＝2HCl＋Br2

4、海带提碘：海带中的碘元素主要以I的形式存在，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

5.例题：粗盐提纯

为了除去粗盐中的Ca，Mg，SO4及泥沙，得到纯净的NaCl，可将粗盐溶于水，然后在下列操作中选取必要的步骤和正确的操作顺序：①过滤；②加过量NaOH溶液；③加适量盐酸；④加过量Na2CO3溶液；⑤加过量BaCl2溶液（ ）

A. ④②⑤ B.④①②⑤③

C. ②⑤④①③ D. ①④②⑤③

解析：上述加入试剂的先后顺序可设计为三种：

（1）BaCl2

→ NaOH → Na2CO3

→ HCl （2）NaOH → BaCl2

→ Na2CO3

→ HCl （3）BaCl2

→ Na2CO3

→ NaOH→ HCl 关键是Na2CO3溶液要在BaCl2溶液之后，而稀HCl必须在最后加。答案:C

回顾：食盐的用途

电解2＋2＋2-＋－馏得到液溴，而要经过“空气吹出、SO2吸收、氯气氧化，然后再进行蒸馏制取液溴”？______________________ 答案：

(1)2Br＋Cl2===Br2＋2Cl

(2)SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr ABC (3)若温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴气中水蒸气的含量增加，温度过低，溴不能完全蒸出，产率降低

(4)氯气氧化后的海水虽然含有溴单质，但浓度低，如果直接蒸馏含溴的海水，产品生产成本高。“空气吹出、SO2吸收、氯气氧化”的过程实际上是Br2的浓缩过程

7.例题

海藻中提取碘

－海藻中含有丰富的碘元素(以I形式存在)。实验室中提取碘的流程如下：

①含I的海藻――→海藻灰――→悬浊液――→溶液灼烧浸泡－－－适量Cl2――→含I2溶液――→②③碘的有―→晶体碘

机溶液(1)实验操作③的名称是____________，所用主要仪器名称为____________。

(2)提取碘的过程中，可供选择的有机试剂是: A．酒精(沸点78 ℃) B．四氯化碳(沸点77 ℃) C．甘油(沸点290 ℃) D．苯(沸点80 ℃) (3)在操作②中，溶液中生成少量ICl(ICl的性质类似于氯气)，为消除此杂质，使碘全部游离出来，应加入适量(填序号)________溶液，反应的离子方程式为_____________。

2NaCl(熔融)=====2Na＋Cl2↑ 制备Na 2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋Cl2↑＋H2↑

氯碱工业

电解点燃H2＋Cl2=====2HCl 制备漂白液

Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O 制备漂白液

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A．KIO3 B．HClO C．KI D．Br2

(4)利用碘的有机溶液得到单质I2的方法是________。

【答案】

(1)萃取、分液

分液漏斗

(2)BD (3)C ICl＋I===I2＋Cl

(4)蒸馏

8.例题

海水提取镁

见教材P93第4题

9.例题 海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源等(如下图所示)。

－－裂解、重整（后三项都是化学变化）

下列有关说法正确的是(

) A．大量的氮、磷废水排入海洋，易引发赤潮

B．工段②中结晶出的MgCl2·6H2O可直接电解得到镁

C．在工段③④⑤中溴元素均被氧化

D．工段①中除去粗盐中的SO4、Ca、Mg、Fe等杂质，加入的药品顺序为Na2CO3溶液→NaOH溶液→BaCl2溶液→过滤后加盐酸

答案：A

2－2＋2＋3＋

5.直馏汽油和裂化汽油的区别

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（都是化学变化

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。

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)

高温

CO(g)

＋H2(g)

6.

蒸发、蒸馏(分馏)、干馏的对比

煤的液化:是将煤转化成液体燃料的过程。直接液化：与氢气反应生成液体燃料；间接液化:先生成CO和H2后在制备甲醇。

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：石油的分馏（物理变化）、催化裂化、

7.例题

石蜡的裂化（对比教材P67实验）

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如何从石油中获得更多的轻质燃油一直是化学家探索的课题，将石油分馏得到的重油进行裂化可以获得更多的轻质燃油。

资料一：石蜡是含有20～30个碳原子的烷烃的混合物，常温下呈固态。

资料二：石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化剂。

某研究性学习小组在实验室中模拟石油的催化裂化，装置如图，实验过程中可观察到烧瓶Ⅰ中固体石蜡先熔化，试管Ⅱ中有少量液体凝结，试管Ⅲ中高锰酸钾酸性溶液褪色，实验后闻试管Ⅱ中液体，具有汽油的气味。

(1)实验前必须进行的操作是________________ ，

装置中较长导管的作用是__________________ ；

(2)试管Ⅱ中少量液体凝结说明了______________ ；

(3)试管Ⅲ中溶液褪色说明了___________________ ；

(4)判断能否用试管Ⅱ中的液体萃取溴水中的溴并说明理由：_________________________ ；

(5)写出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式__________________________________________ ；

(6)石油裂化的重要意义是：_________________ 。

[答案](1)检查装置的气密性

导气、冷凝气体

(2)裂化生成了5个碳原子数以上的烃

(3)裂化生成了碳原子数小于5的烯烃

(4)不能，因裂化产物中有烯烃，易与溴发生加成反应

(5)

2、绿色化学

(1)绿色化学的含义

绿色化学要求原料和产品无害，在化学过程中不产生“三废”或使“三废”降低到最低程度。“三废”指废气、废水、废渣；

(2)绿色化学的基本原则

①防止污染的产生优于治理产生的污染；

②原子经济性(设计的合成方法应将反应过程中所用的材料尽可能全部转化到最终产品中)即原子的利用率达到100%。

原子的利用率＝期望产物的总质量×100%；

生成物的总质量(6)可提高石油产品中轻质燃油特别是汽油的产量和质量

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。

③应考虑到能源消耗对环境和经济的影响，并应尽量少地使用能源(在常温、常压下进行)。

原子的利用率为100%的反应：加成反应和化合反应

3、环境污染的热点问题：

（1）形成酸雨（PH<5.6）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1、环境污染

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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。）

4．例题：未来新能源的特点是资源丰富，在使用时对环境无污染或很少污染，且有些可以再生。下列属于最有希望的未来新能源的是(

) ①天然气

②煤

③核能

④水电

⑤太阳能

⑥燃料电池

⑦风能

⑧氢能 答案：⑤⑥⑦⑧

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