归纳与整理第二课时教学实录

第四章《化学与自然资源的开发利用》归纳与整理

学习目标

1、了解金属冶炼的化学反应原理和基本方法及金属回收与资源的保护方法；

2、了解海水资源及其开发利用的主要方法，掌握从海水中提取溴和碘的化学反应原理和实验方法；

3、了解煤、石油和天然气的组成及综合利用方法；

4、认识化学在环境保护中的作用，树立绿色化学的观念；

5、以金属矿物的开发、海水资源的综合利用为例，了解化学方法在实现物质间转化的作用，认识开发利用海水资源所带来的环境问题和预防措施，认识化学在自然资源综合利用方面的重要价值。

重点难点

1.学生在掌握金属冶炼的一般原理基础上，了解适用于不同金属的冶炼方法。

2.煤、石油、天然气的综合利用，特别是石油的利用;使学生加强环保意识并培养绿色化学的理念。

要点梳理

要点一、金属矿物的开发利用

1、

存在：由于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），所以使用的金属大多数是人工制得的。

2、

金属冶炼的实质就是利用氧化还原反应使金属化合物中的金属元素得到电子被还原为金属单质：n+-M+ne

M。因不同金属的阳离子得电子的能力不同，故不同金属采取不同的冶炼方法。

3、

冶炼方法

2NaCl（熔融）2Na+Cl2↑

MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑

Fe2O3+3CO2HgO2Fe+3CO2↑

Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3

2Hg+O2↑

2Ag2O4Ag+O2↑

《铝热反应》

Fe2O3与Al的反应叫做“铝热反应”，Fe2O3和Al的混合物叫做“铝热剂”。与Fe2O3性质相似的FeO、Fe3O4、CuO、TiO2（二氧化钛）、V2O5（五氧化二钒）、Cr2O3（三氧化二铬）、MnO2、Co3O4（四氧化三钴）、WO3（三氧化钨）等氧化物，也都能与金属铝在高温下发生氧化还原反应，生成Al2O3和新的金属单质，放出大量的热，这样的反应都属于铝热反应。

3Fe3O4+8Al9Fe+4Al2O3

3CuO+2Al3Cu+Al2O3

3MnO2+4Al3Mn+2Al2O3 应用：冶炼难熔金属，如V、Cr、Mn等；焊接钢轨等。

4、金属的回收和资源保护

地球上的金属矿产资源是有限的，而且是不能再生的，随着人们的不断开发利用，矿产资源将会日渐减少。废旧金属是一种固体废弃物，会污染环境，把废旧金属作为一种资源，加以回收利用。这样做，既减少了垃圾量、防止污染环境，又缓解了资源短缺的问题。

回收的废旧金属，大部分可以重新制成金属或它们的化合物再利用。例如：废旧钢铁可以用于炼钢，利用

1t废钢炼钢，大约可节约矿石2t、焦炭1t、石灰石0.5t。回收一个铝质饮料罐比制造一个新的铝质饮料罐节约能源约95%。废铁屑等可以用于制铁盐，从电解精炼钢的阳极泥中，可回收金、银等贵重金属，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。

【典型例题】类型一：金属的冶炼

例1．下列说法中不正确的是（

）

A．金属的冶炼原理就是利用氧化还原反应原理，在一定条件下将金属从其化合物中还原出来

B．冶炼金属时，必须加入一种物质作为还原剂

C．金属由化合态变为游离态，都是被还原

D．金属单质被发现和应用得早，其活动性一般较弱

【答案】B 例2．下列叙述正确的是（

）

A．工业上用电解熔融氯化钠的方法制取钠

B．钠加入氯化镁的饱和溶液中可以制取金属镁

C．电解冶炼铝的原料是氯化铝

D．碳在高温下能还原氧化镁中的镁

【答案】AD 例3．工业上Na、Ca、Mg都可以用电解其熔融的氯化物而制得。试回答下列问题：

（1）写出电解制取Ca、Mg的反应的化学方程式：________________，_________________。

（2）钾却不能用电解熔融KCl的方法制备，因为金属钾易溶解在熔融的KCl中而有危险，可利用反应Na+KClNaCl+K来制备钾。参考下表数据：

①该反应适宜选择在什么温度范围内进行？

②该反应主要应用了什么化学原理？

（3）Al的制备不能用电解AlCl3的方法，而采用电解熔融Al2O3的方法，请回答以下问题：

①工业上为什么不用Na还原AlCl3来制备Al？

②电解Al2O3时，为什么还要加冰晶石（助熔剂）？

【思路点拨】本题综合考查了金属冶炼的方法及条件的选择。

【答案】（1）CaCl2Ca+Cl2↑

MgCl2Mg+Cl2↑

（2）①801℃~883℃

②平衡移动原理

（3）①原料金属钠的成本较高，且钠易被氧化、难保存，故工业上不用此法获得大量的Al。

②Al2O3的熔点较高（2072℃），直接电解时需要提供大量的热量使其熔化，加入助熔剂冰晶石（Na3AlF6）后，在助熔剂的作用下（助熔剂的熔点一般很低），略加热Al2O3就会熔解且易电解出Al3+、O2-，这样有利于电解的顺利进行，既缩短时间又节约能源。

【解析】

（1）根据题意，直接写出反应的化学方程式：CaCl2Ca+Cl2↑，MgCl2Mg+Cl2↑。

（2）Na与KCl的反应是可逆反应，要想使Na顺利置换出K，根据平衡移动原理，需使平衡向正反应方向移动，最佳选择是减少生成物K的量，即K以蒸气逸出，其他物质仍保留在体系中，故反应温度应控制在801℃~883℃之间，此时K为气态，Na、NaCl、KCl为熔融态。

（3）①可以用钠还原AlCl3制备Al，但原料金属钠的成本较高，且钠易被氧化、难保存，故工业上不用此法获得大量的Al。

②Al2O3的熔点较高（2072℃），直接电解时需要提供大量的热量使其熔化，加入助熔剂冰晶石（Na3AlF6）后，在助熔剂的作用下（助熔剂的熔点一般很低），略加热Al2O3就会熔解且易电解出Al3+、O2-，这样有利于电解的顺利进行，既缩短时间又节约能源。

【总结升华】金属冶炼方法的选择要考虑其活泼性。

【典型例题】类型二：铝热反应

例4．“铝热反应”的化学方程式为：2Al+ Fe2O3 Al2O3+2Fe。某同学对“铝热反应”的现象有这样的描述：“反应放出大量的热，并发出耀眼的光芒”、“纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中”。查阅《化学手册》知，Al、Al2O3、Fe、Fe2O3熔点、沸点数据如下：

Al Al2O3

Fe Fe2O3

物质

熔点/℃

沸点/℃

660 2467 2054 2980 1535 2750 1462 ——

（1）该同学推测，铝热反应所得到的熔融物应是铁铝合金。这种推测有一定的道理，理由是：_____________。

（2）设计一个简单的实验方案，证明上述所得的块状熔融物中含有金属铝。该实验所用试剂是

____________，当观察到________________现象时，说明熔融物中含有金属铝，反应的离子方程式为__________________。

（3）

实验室溶解该熔融物，最好选用下列试剂中的

__________________

（填序号）。

A．浓硫酸

B．稀硫酸

C．稀硝酸

D．氢氧化钠溶液

【答案】（1）该反应放出的热量使铁熔化，而铝的熔点比铁低，此时未反应的铝和铁熔合形成铁铝合金。

（2）NaOH溶液，块状熔融物表面有无色气泡放出

－－

2Al+2OH+2H2O = 2AlO2+3H2↑

（3）B

要点二、海水资源的开发利用

1、海水淡化的方法主要有：

（1）蒸馏法（2）电渗析法（3）离子交换法、太阳能法、压气蒸馏法、流通电容吸附法、露点蒸发法等也是正在发展中的海水淡化技术。

2、海带提碘

直接从海水中提取碘，利用晒盐后的卤水也可制取碘，所采用的方法有活性炭吸附法、淀粉吸附法、硝酸银或硫酸铜沉淀法、离子交换树脂法等。某些海藻具有吸附碘的能力，如干海带中碘的含量一般为0.3％～0.5％，比海水中碘的浓度高10万倍。从海带中提取碘的实验流程如下：

涉及到的主要反应方程式为：2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O 3、海水提溴

在海水中，溴总是以溴化镁和溴化钠的形式存在。提取溴的方法常用空气吹出法，即首先浓缩海水，使溴盐富集；加酸使海水酸化（调节化学平衡，防止氯的各价酸生成），通入氯气，溴离子被氧化成单质溴；使溴蒸汽和SO2、水蒸汽反应产生HBr；再把HBr用氯气氧化得到Br2。主要反应方程式如下：

Cl2 + 2Br-＝Br2 + 2Cl-

Br2 + SO2 + 2H2O＝2HBr + H2SO4

2HBr + Cl2＝2HCl+ Br2

4、海水资源的开发前景、自然资源的开源节流

我国海水制盐具有悠久的历史。目前，从海水中制得的氯化钠除食用外，还用作工业原料，如生产烧碱、纯碱、金属钠以及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工产品。从海水中制取镁、钾、溴及其化工产品，是在传统海水制

盐工业上的发展。铀和重水目前是核能开发中的重要原料，从海水中提取铀和重水对一个国家来说具有战略意义。

海水是一个远未完全开发的巨大化学资源宝库，从海水中获得其他物质和能量具有广阔的前景。例如：化学在开发海洋药物方面也将发挥越来越大的作用。潮汐能、波浪能等也是越来越受到重视和开发的新型能源。

人类社会的发展对自然资源的依赖性越来越大，缓解当前能源和资源紧张问题的途径是开源和节流两个方面。

（1）海洋资源的开发

海洋资源是指能在海水中生存的生物、溶解于海水中的化学元素和淡水、海水运动所产生的能量、海水中贮存的热量、深层海底蕴藏的资源（特别是海底各种固态矿物）、以及在深层海水中形成的压力差、海水与淡水之交所具有的浓度差等。

按照资源的属性，海洋资源又可分为“生物资源”、“矿产资源”、“化学资源”和“动力资源”四种。

（2）太阳能的开发

太阳能是一种尚未完全开发的能源。太阳能的转化途径之一：

这是太阳能的自然转化过程，仿制和开发一个与植物光合作用相近的化学反应系统，是解决能源问题的研究方向之一。

（3）太空能源的开发

太空其他星球上也可能存在极为丰富的可供人类生存所需的能源，我们的探月过程目标之一就是探测3He在月球上的储量。

【典型例题】类型三：海水的淡化

例5、若实行海水淡化来供应饮用水，下列方法在原理上完全不可行的是（

）

A．加入明矾，使海水的盐分沉淀而淡化

B．利用太阳能，将海水蒸馏淡化

C．将海水缓慢凝固以获取淡化的饮用水

D．将海水通过离子交换树脂，以除去所含的盐分

【思路点拨】本题考查海水淡化的方法。

【答案】A 【解析】明矾净水是利用Al3+水解生成的Al(OH)3胶体的吸附作用而除去水中的一些泥沙，并不能除去海水中的阴、阳离子而使海水淡化，A项错误；利用太阳能使海水蒸馏淡化，是有研究价值的一种淡化途径，B项正确；海水缓慢凝固后可结成冰，在这个过程中可以除去海水中的离子而淡化，C项正确；将海水通过离子交换树脂使海水淡化是一种已被应用的海水淡化方法，D项正确。

【总结升华】淡化海水常用的方法有蒸馏法、离子交换法和电渗析法，同学们在学习的过程中要注意这些方法的原理。

例6、许多国家十分重视海水资源的综合利用，不需要化学变化就能够从海水中获得的物质是（

）

A．食盐

B．镁

C．氢气

D．淡水

【答案】AD

【解析】A．可从海水中获得氯化钠，不需要化学变化就能够从海水中获得的物质，故A正确；

B．可从海水中获得氯化镁，电解熔融氯化镁得到镁和氯气，是化学变化，故B错误；

C．从海水中获得氯化钠，配制成饱和食盐水，然后电解，即得烧碱、氢气和氯气，是化学变化，C错误；

D．把海水用蒸馏等方法可以得到淡水，故D正确。

【典型例题】类型四：海带提碘

例7、海带中含有丰富的碘。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：

请填写下列空白：

（1）步骤①灼烧海带时，除需要三脚架外，还需要用到的实验仪器是

（从下列仪器中选出所需的仪器，用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的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收苯，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：

_________________________。

－＋＋【答案】（1）BDE （2）过滤

蒸馏

（3）2I＋MnO2＋4H===Mn2＋I2＋2H2O

（4）苯与水互不相溶且苯比水的密度小，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）

【解析】（1）该实验是对固体海带加热灼烧，与三脚架一起使用的常常是泥三角、坩埚和酒精灯。

（2）步骤③是由海带灰悬浊液得含碘离子的溶液，因此一定要进行过滤，步骤⑥是从碘的苯溶液中分离碘和回收苯，应通过蒸馏的方法。

（3）结合“碘离子含碘水溶液”，再联想实验室中Cl2的制备不难写出④的离子方程式为2I＋＋2＋MnO2＋4H===Mn＋I2＋2H2O。

（4）因碘不易溶于水而易溶于有机溶剂苯，且苯不溶于水易与水溶液分层，这是选取萃取剂的原则。

（5）根据淀粉溶液遇碘单质变蓝这一现象，可以取少量提取碘之后的溶液，加入淀粉溶液看是否变蓝来检验。

【典型例题】类型五：海水提溴

例8、海水中的溴的储量丰富，占地球溴总储量的99 %，故溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65 mg·L－1。其工业提取法有：

（1）空气吹出纯碱吸收法。方法是将氯气通入到富含溴离子的海水中，使溴置换出来，再用空气将溴吹出，用纯碱溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到单质溴。该方法涉及的反应有：

①_____________（写出化学方程式）；②3Br2+3CO32-=BrO3-+5Br-+3CO2↑；③BrO3-+5Br-+6H+=3Br2+3H2O。

其中反应②中氧化剂是_________________

，还原剂是_________________。

（2）空气吹出SO2吸收法。该方法基本同（1），只是将吹出的溴用SO2来吸收，使溴转化为氢溴酸，然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质溴。写出溴与二氧化硫反应的化学方程式_________________。

（3）溶剂萃取法。该法是利用单质溴在水中和萃取剂中溶解度的不同的原理来进行的。实验室中萃取用到的玻璃仪器名称是_________________。下列可以用于海水中溴的萃取的试剂是_________________。

①乙醇

②四氯化碳

③硝酸

【思路点拨】本题概括了三种从海水中提溴的工业方法，综合考查了相关的无机反应、离子反应、氧化还原反应及化学实验基本操作的基础知识。

【答案】（1）Cl2 + 2Br- = 2Cl- + Br2

Br2

Br2 （2）Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4

（3）分液漏斗、烧杯

②

【解析】工业上提取溴的原理：将氯气通入到富含溴离子的海水中，把溴置换出来，然后被某些溶液吸收，再提纯即可得到，Cl2 + 2Br- = 2Cl- + Br2，溴与二氧化硫反应的化学方程式：Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4，方法（3）是利用物理方法，用有机溶剂溶解，因为溴易溶于有机溶剂，作为海水中萃取溴的溶剂只能是②四氯化碳。

【总结升华】从海水中提取溴的基本原理是使溴离子转变成溴单质，过程中经历氧化还原的变化过程，同学们还应掌握如何除去溴单质中的杂质。

－

要点三、化石燃料的综合利用

要点四、高分子化合物和聚合反应

1、高分子化合物

相对分子质量很大，一般从几万到几百万，甚至高达几千万的一类化合物，称为高分子或聚合物。高分子化合物可分为天然高分子化合物（如淀粉、纤维素、蛋白质、天然橡胶等）和合成高分子化合物（如塑料、合成纤维、合成橡胶等）。塑料、合成纤维和合成橡胶是三大人工合成的高分子材料。

2、聚合反应

（1）定义

由低分子（相对分子质量小）生成高分子化合物（相对分子质量巨大）的反应叫做聚合反应。其中，由小分子通过加成反应的形式生成高分子的聚合反应叫做加成聚合反应，简称加聚反应。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（又称有机玻璃）、合成橡胶等合成高分子化合物都是由加聚反应制得的。

聚乙烯

要点诠释：

①在有机高分子化合物中，重复的结构单元称为链节，如聚乙烯的链节为- CH2- CH2-；链节重复的次数n称为聚合度；合成高分子化合物的小分子叫单体，如聚乙烯的单体为CH2=CH2。

②对单个高分子而言，n为某一整数。由高分子组成的物质中含有很多个高分子，各高分子之间的n值可能不相同。因此，高分子化合物组成的物质往往是混合物，如聚乙烯、淀粉、纤维素等都是混合物。

③加聚反应的特点有两个：一是双键断开变单键，双键两边碳原子相连形成长链；二是反应前的单体和反应后的链中碳、氢原子数目相等，即没有加入或减少任何原子。

要点五、环境保护与绿色化学

1、中学化学涉及的环境保护知识

（1）环境污染：主要包括大气污染、水污染、土壤污染等，还包括固体废弃物、放射性、噪声等污染。

（2）工业三废：废液、废气、废渣。

（3）粉尘：指煤、矿石等固体物料在运输、筛选、粉碎、卸料等机械处理过程中产生的或是由风扬起的灰尘等。

（4）“白色污染”指的是聚乙烯等塑料垃圾引起的污染。

（5）光化学烟雾形成的主要原因是汽车排出的碳氢化合物、氮氧化物等。

（6）引起赤潮的原因：工农业及城市生活污水中含大量的氮、磷。

（7）空气质量检测：空气质量日报的主要内容包括“空气污染指数”、“空气质量级别”、“首要污染”等。目前计入空气污染指数的项目暂定为：二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物等。

2、绿色化学

核心——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。

原子经济——按照绿色化学的原则，最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时原子利用率为100%。

【典型例题】类型六：化石燃料的综合利用

例9．下图是实验室模拟煤的干馏的实验装置，下列有关叙述错误的是（

）

A．图示实验中发生了化学变化

B．实验后水溶液的pH>7，溶液Y是黑色黏稠的煤焦油，上层X是粗苯等

C．气体Z易燃，可以还原氧化铜

D．液体Y是一种纯净物

【思路点拨】本题考查了煤的干馏，解题的关键是明确煤是一种由多种有机物和无机物组成的复杂的混合物，通过干馏可得到各种产品。

【答案】D 【解析】煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使其分解，可得到多种物质，属于化学变化，A正确。所得的产物有焦炉气（含有甲烷、氢气、乙烯、一氧化碳等）、煤焦油（不溶于水的一种多成分混合物）、粗氨水（溶于水）、焦炭等，焦炉气中的氢气等可以还原氧化铜，且易燃，C正

确。氨水的pH>7，煤焦油居于水层以下，苯及二甲苯等居于水层以上，故B正确。由于煤焦油中含有多种物质成分，属于混合物，D错误。

【总结升华】煤被誉为“黑色的金子”，对煤进行干馏后得到的一系列产物，具有十分重要的工业价值。因此，应推广对煤进行干馏等深加工的综合应用技术，这对改变我国的能源结构、提高煤的综合利用价值、降低环境污染、获得重要的工业原料、提高能源的利用率等，均具有十分重要的现实意义。

例10．下列说法错误的是（

）

A．石油是只含有C4～C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油

B．含C18以上烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油

C．石油的分馏是一个化学过程

D．石油裂解得到的裂解气含不饱和的烯烃

【思路点拨】本题考查石油的组分和石油的炼制工艺，利用基础知识采用排除法即可答对本题。

【答案】AC 【解析】石油是多种物质组成的混合物，碳原子数目范围大，也不仅仅含烷烃，A错；分馏是根据组分物质的沸点不同分离混合物的过程，属于物理变化，C错。

【总结升华】石油是多种物质组成的混合物，根据不同的需求和炼制工艺可从石油中精炼出多种产物。

例11、关于石油组成的下列叙述，正确的是（

）

A．石油只含碳、氢两种元素，是多种烃的混合物

B．石油主要含碳、氢两种元素，还含有少量的硫、氧、氮等元素

C．石油是液态的物质，只含液态烃

D．石油的大部分是液态烃，其中溶有气态烃和固态烃

【答案】BD

【解析】石油主要含碳、氢两种元素，还含有少量的硫、氧、氮等元素，大部分以液态烃存在，同时还溶有气态烃和固态烃。

【典型例题】类型七：环境保护与绿色化学

例12．下列措施不符合节能减排的是（

）

A．大力发展火力发电，解决广东电力紧张问题

B．在屋顶安装太阳能热水器为居民提供生活用热水

C．尽量少开私家车，多骑自行车

D．用杂草、生活垃圾等有机废弃物在沼气池中发酵产生沼气，作家庭燃气

【思路点拨】节能减排重在节约能源，减少污染物的排放，因此只要是能对节能减排起作用的相关措施均是正确的。

【答案】A 【解析】A．火力发电不能减少有害物质的排放，不符合节能减排，故A错误；

B．太阳能热水器是将太阳能转化为热能，不会产生环境污染，故B正确；

C．少开私家车，多骑自行车可以减少污染物的排放，节能减排，故C正确；

D．沼气的主要成分是甲烷，甲烷燃烧后产生水和二氧化碳，对空气无污染，故D正确。

【总结升华】本题考查节能减排，解题的关键是抓住节能减排这一主题即可，难度不大，并注重了与生活的联系。

例13．为了减少大气污染，许多城市推广汽车使用清洁燃料，目前使用的清洁燃料主要有两类：一类是压缩天然气，一类是液化石油气的主要成分。据此信息解答下列问题。

（1）这类燃料的主要成分都是（

）

A．碳水化合物

B．碳氢化合物

C．氢气

D．醇类

（2）这类燃料之所以被称为“清洁燃料”，其原因解释中正确的是（

）

A．使用这类燃料的汽车不会排放对环境有害的气体

B．这类燃料燃烧不会产生对环境有害的气体

C．使用这类燃料的汽车所排放的有害气体比使用普通燃料少

D．这种清洁燃料比普通燃料燃烧更充分

【答案】（1）B

（2）CD 【解析】（1）天然气主要成分是甲烷，而液化石油气的主要成分是烷烃和烯烃的混合物。由此判断压缩天然气和液化石油气的主要成分都是碳氢化合物，答案为B。（2）清洁燃料是相对于普通燃料而言，燃烧更充分，排放的有害气体较少，答案选CD。

总结归纳