高中化學必修2 第14講 自然資源的開發(fā)利用新講義新學生版

1、 第14講 自然資源的開發(fā)利用知識導航模塊一 金屬礦物的開發(fā)利用知識精講一、金屬元素在自然界中的存在形式金屬元素在自然界中，以單質形式存在的，稱為游離態(tài)，以化合物形態(tài)存在的，則為化合態(tài)。游離態(tài)金、鉑等極少數(shù)不活潑金屬。化合態(tài)鈉、鎂、鋁等絕大多數(shù)金屬。二、金屬的冶煉原理1實質：利用還原反應，使金屬化合物中的金屬陽離子得到電子變成金屬單質：Mn+ + ne- M。2常見的金屬冶煉方法：根據(jù)金屬活潑性的不同，采用不同的冶煉方法： 思考與交流從石器、青銅器到鐵器時代，金屬的冶煉體現(xiàn)了人類文明的發(fā)展水平。（1）人類歷史上大量生產(chǎn)使用鋁、鐵、銅三種金屬單質的時間順序是_。（2）金屬被人類大規(guī)模開發(fā)利用的大

2、致年限之所以有先后，主要取決于_。三、常見金屬的冶煉方法1電解法（1）冶煉鈉：_；（2）冶煉鎂：_；（3）冶煉鋁：_。 思考與交流物質MgCl2MgOAlCl3Al2O3熔點/71428521902054（1）冶煉金屬鎂時，選擇MgCl2還是MgO？為什么？（2）冶煉金屬鋁時，選擇AlCl3還是Al2O3？為什么？（3）冶煉金屬鋁時，為什么加入冰晶石（Na3AlF6）？2熱還原法（1）高溫下利用C、CO、H2等作為還原劑進行冶煉，如高爐煉鐵： Fe2O3 + 3COeq o(=,sup7(高溫) 2Fe + 3CO2；（2）鋁熱法煉鐵實驗裝置實驗原理應用冶煉熔點較高的金屬，如鉻、錳、鎢、釩等；

3、金屬焊接，如焊接鋼軌。 思考與交流（1）鎂條與氯酸鉀的作用是什么？ （2）蒸發(fā)皿為什么要鋪一層沙子？ 資料卡片銅的冶煉（1）火法煉銅 （主要反應：Cu2S + O2 eq o(=,sup7(高溫) 2Cu + SO2）（2）濕法煉銅 （主要反應：Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu）3熱分解法（1）2HgO eq o(=,sup7() 2Hg + O2（2）2Ag2O eq o(=,sup7() 4Ag + O24物理方法金、鉑在自然界以游離態(tài)存在，直接通過物理方法即可提取，如“沙土淘金”。四、合理開發(fā)和利用金屬資源1意義：節(jié)約礦物資源、節(jié)約能源、減少環(huán)境污染2途徑：（1）提高金屬礦

4、物的利用率（2）開發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法（3）防止金屬的腐蝕（4）加強廢舊金屬的回收和再利用（5）使用其他材料代替金屬材料經(jīng)典例題金屬的冶煉【例1】從本質上講，工業(yè)上冶煉金屬的反應一定都屬于（ ）A氧化還原反應B置換反應C分解反應D復分解反應【變1-1】下列關于金屬冶煉方法的敘述不正確的是（ ）選項金屬存在形式冶煉方法A銅化合態(tài)鐵的金屬性比銅強，可將鐵與溶液反應冶煉銅B銀化合態(tài)銀的金屬性弱，用加熱的方法冶煉C鐵化合態(tài)鋁的金屬性比鐵強，可用鋁熱法煉鐵D鈉化合態(tài)鈉的金屬性強，一般還原劑很難將其還原，所以用電解飽和NaCl溶液的方法冶煉【變1-2】有關金屬的工業(yè)制法中正確的是（）A煉鐵高爐中所發(fā)生

5、的反應都是放熱的，故無需加熱B可以用鈉加入氯化鎂飽和溶液中制取鎂 C濕法煉銅和火法煉銅的反應中，銅元素都發(fā)生還原反應 D由于Al的活潑性強，故工業(yè)上采用電解熔融AlCl3的方法生產(chǎn)Al 【例2】已知工業(yè)上真空煉銣的反應方程如下：2RbCl + MgMgCl2 + 2Rb(g)，對此反應能夠進行的正確解釋是（）A銣比鎂的金屬性弱B銣的沸點比鎂低，把銣的蒸氣抽走后，平衡向正反應方向移動CMgCl2的熱穩(wěn)定性比RbCl弱D高溫下Mg2+得電子能力比Rb+弱【變2】諾貝爾化學獎獲得者施羅克等人發(fā)現(xiàn)金屬鉬的卡賓化合物可以作為非常有效的烯烴復分解催化劑。工高溫業(yè)上冶煉鉬的化學反應過程為；用還原劑將還原成金

6、屬鉬。下列說法正確的是（ ）A煅燒產(chǎn)生的尾氣可直接排放B是金屬氧化物，也是堿性氧化物C是一種強酸D利用、和分別還原等量的，所消耗還原劑的物質的量之比為鋁熱反應【例3】鋁熱反應原理可以應用在生產(chǎn)上。某小組同學在研究鋁熱反應時，進行如下討論和實驗。（1）關于鋁熱反應有以下兩種認識，其中正確的是_（選填字母）。a該反應需在高溫下發(fā)生，所以是吸熱反應b因為鋁的還原性較強，所以鋁能將相對不活潑的金屬從其化合物中置換出來（2）鋁和氧化鐵反應的化學方程式是_。（3）請寫出鋁熱反應兩個方面的用途：_、_。（4）鋁和氧化鐵反應所得固體成分的初步確定：實驗序號操作及現(xiàn)象i取少量固體樣品，加入過量稀鹽酸，固體溶解，

7、產(chǎn)生無色氣體（經(jīng)檢驗為H2），溶液呈淺黃色。ii向i所得溶液中加入少量KSCN溶液，溶液呈淺紅色，再加入H2O2溶液，產(chǎn)生無色氣體（經(jīng)檢驗為O2），溶液變?yōu)樯罴t色。由上述實驗可知：溶液中Fe元素的存在形式有_。i中產(chǎn)生H2的原因是樣品中除含F(xiàn)e外，可能有未反應的Al，為檢驗樣品中是否含Al單質，可選用的試劑是_，反應的離子方程式為_。ii中生成O2的化學方程式是_。溶液變?yōu)樯罴t色的原因是（寫離子方程式）：_。進一步的實驗表明，上述固體樣品中Fe元素的存在形式有：Fe、Fe2O3、Fe3O4?！咀?】鐵砂的主要成分是微粒狀的磁性氧化鐵、石英、石灰石等混合物。某化學興趣小組從鐵砂中分離出磁性氧化鐵

8、，并進行鋁熱反應實驗。（1）取磁性氧化鐵按圖裝置進行鋁熱反應，取少許反應生成的“鐵塊”溶于鹽酸，向其中滴加KSCN溶液，發(fā)現(xiàn)溶液變血紅色。出現(xiàn)這種結果的原因，除了可能混有沒反應的磁性氧化鐵外，還有一個原因是_。（2）設計一個簡單的實驗方案，證明上述所得的“鐵塊”中含有金屬鋁。該實驗所用試劑是_，反應的離子方程式為_。（3）請寫出此鋁熱反應的化學方程式：_。1 mol鋁參與反應，轉移的電子數(shù)為_。（4）除磁性氧化鐵可做鋁熱反應實驗外，下列哪些試劑也可以_（選填字母）。AV2O5BNa2O2CMnO2DMgO（5）為確定上述實驗的鋁熱劑（磁性氧化鐵和鋁粉）中鋁的質量分數(shù)，進行如下實驗：若取10.8

9、 g 樣品，向其中加入足量的NaOH 溶液，測得生成的氣體（標準狀況）體積為3.36 L，樣品中鋁的質量分數(shù)是_。金屬礦物資源的開發(fā)利用【例4】明礬KAl(SO4)212H2O 在生產(chǎn)、生活中有廣泛用途：飲用水的凈化、造紙工業(yè)上作施膠劑、食品工業(yè)的發(fā)酵劑等。利用煉鋁廠的廢料鋁灰(含Al 、 Al2O3及少量SiO2和FeO、Fe2O3)可制備明礬。工藝流程如下：已知：SiO2是不溶于硫酸的固體回答下列問題：（1）Al2O3與稀硫酸反應(用離子方程表示) _。（2）操作的名稱是_ ，濾渣的主要成分是_。（3）檢驗濾液中是否存在Fe3+的方法是_。（4）在濾液中加入高錳酸鉀目的是_，發(fā)生反應的離子

10、方程式為(該條件下H+ 參與反應、Fe2+轉化為Fe3+、MnO 轉化為Mn2+)_。（5）根據(jù)流程圖推測加入沉淀劑的目的是_，濾渣中主要含有_(填化學式，只寫一種即可)。模塊二 海水資源的開發(fā)利用知識精講一、海水水資源的利用1途徑：主要包括海水淡化和直接利用海水進行循環(huán)冷卻等。2海水淡化的方法：_法、_法、_法等。二、海水中化學資源的利用海水中含量最多的為O、H兩種元素，還有Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11種元素，其總含量超過99%，其他為微量元素。1海水制鹽2海水提鎂工藝流程步驟及反應原理制石灰乳：_沉淀Mg2：_酸化，制備MgCl2：Mg(OH)22HCl=M

11、gCl22H2O蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、析出MgCl26H2O在氯化氫氣流中使MgCl26H2O脫水制得無水氯化鎂電解法制備鎂：_3海水提溴4海帶提碘（1）海帶提碘的工藝流程：氧化的方程式為：_（2）海帶中碘元素的檢驗三、海水資源的其他利用1從海水中提取鈾和重水，用于核能開發(fā)。2開發(fā)潮汐能、波浪能等新型能源。經(jīng)典例題海水資源【例5】海洋又被稱為綠色寶庫，下列關于海洋的說法正確的是（ ）A海洋約占地球表面積的71%B海水中元素僅為有限的十幾種C蒸餾是海水淡化的唯一方法D海水因有腐蝕性而不能冷卻循環(huán)使用【變5】下列說法不正確的是（ ）A海洋是一個遠未完全開發(fā)的巨大化學資源寶庫B海水中金元素的儲存量很大

12、，但它的富集程度卻很低C從海水中可以提取鈾和重水等核原料D海水中的溴、氟等元素均為微量元素，但仍有提取的價值海水提鎂【例6】從海水中提取鎂的工藝流程可表示如下，下列說法不正確的是（ ）A用此法提取鎂的優(yōu)點之一是原料來源豐富 B步驟電解MgCl2溶液得到金屬MgC制備過程中產(chǎn)生的氯氣可以用來制備鹽酸，循環(huán)使用 D上述工藝流程中涉及化合、分解和復分解反應海帶提碘【例7】從海帶中提取碘單質，相關實驗步驟如下：灼燒海帶至完全生成灰，停止加熱，冷卻；在濾液中滴加稀H2SO4及適當?shù)难趸瘎缓蠹尤霂椎文橙芤?；用剪刀剪碎海帶，用酒精潤濕，放入坩堝中；海帶灰轉移到小燒杯，加蒸餾水，攪拌、煮沸、過濾。（1）合

13、理的步驟順序是：_（將步驟的序號填入空格內(nèi)）。（2）適當?shù)难趸瘎┦牵篲，反應的離子方程式是：_。（3）證明含碘的操作及現(xiàn)象是：_。海水資源的綜合利用【例8】海水開發(fā)利用的部分過程如圖所示。下列說法錯誤的是（ ）A向苦鹵中通入Cl2是為了提取溴B粗鹽可采用除雜和重結晶等過程提純C工業(yè)生產(chǎn)中常選用NaOH作為沉淀劑D富集溴一般先用空氣和水蒸氣吹出單質溴，再用SO2將其還原吸收【例9】海水中蘊藏著豐富的資源。除從海水中可制得食鹽外，還可以制取鎂、鉀、溴及其化工產(chǎn)品。從海水中制取金屬鎂、溴的化工流程圖如圖：已知：MgO的熔點為2800，MgCl2的熔點為712。回答下列問題：（1）操作2的方法是_，操

14、作3具體指_。（2）操作1粗鹽精制主要是要除掉粗鹽中的Ca2+、Mg2+、SO42-離子，以下試劑稀鹽酸NaOHNa2CO3BaCl2合理的組合順序是_（選填字母）。abcd（3）SO2水溶液可以起到富集溴的目的，該溶液吸收溴的離子反應方程式為_。（4）寫出電解MgCl2制取Mg的化學方程式_。（5）有同學認為：上述流程過于復雜，可直接加熱Mg(OH)2得到MgO，再電解熔融的MgO制取金屬鎂，這樣可簡化實驗步驟，體現(xiàn)實驗的簡約性原則。你同意該同學的想法嗎？_（選填“同意”或“不同意”），請說出你同意或不同意的理由_。模塊三 煤、石油和天然氣的綜合利用知識精講一、煤的組成煤是由有機物和少量無機

15、物組成的復雜混合物，其組成以碳元素為主，還含有少量氫、氧、氮、硫等元素。二、煤的綜合利用1煤的干餾煤的干餾是指將煤_空氣加強熱使煤中的有機物分解的過程，是一個復雜的_變化和_變化過程，工業(yè)上也叫煤的焦化。煤的干餾可以得到煤焦油、焦炭、粗氨水、粗苯、焦爐氣。干餾產(chǎn)品主要成分主要用途出爐煤氣焦爐氣氫氣、甲烷、乙烯、一氧化碳氣體燃料、化工原料粗氨水氨、銨鹽氮肥粗苯苯、甲苯、二甲苯炸藥、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、 合成材料煤焦油苯、甲苯、二甲苯酚類、萘類染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料瀝青筑路材料、制碳素電極焦炭炭冶金、合成氨造氣、電石、燃料2煤的氣化將煤轉化為可燃性氣體，C(s)H2O(g)eq o(=,sup7

16、(高溫)CO(g)H2(g)3煤的液化把煤轉化成液體燃料的過程，分為直接液化和間接液化（1）直接液化：在高溫、高壓和催化劑條件下，使煤與氫氣作用生成液態(tài)碳氫化合物。即：煤H2 液體燃料（2）間接液化：煤炭在高溫下與水蒸氣作用氣化，產(chǎn)生合成氣CO、H2等，然后在催化劑作用下合成甲醇等。即：煤COH2甲醇三、石油的組成1由多種碳氫化合物組成的混合物，主要是多種烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等，一般石油不含烯烴，從所含成分的狀態(tài)看，大部分是液態(tài)烴，在液態(tài)烴里溶有氣態(tài)烴和固體烴。2石油是一種黑褐色的粘稠狀物質，有特殊氣味，比水輕，不溶于水，沒有固定沸點。四、石油的綜合利用分餾原理：利用原油中各組分沸點的不同進行

17、分離產(chǎn)物：獲得汽油、煤油、柴油等含碳原子少的輕質油（直餾汽油）裂化原理：將含碳原子數(shù)較多、沸點較高的烴斷裂為碳原子數(shù)較少、沸點較低的烴的過程。如C12H26C6H14 + C6H12產(chǎn)物：碳原子數(shù)較少、沸點較低的烴。裂解原理：裂解就是深度裂化。C16H34C8H18C8H16 C8H18C4H10C4H8C4H10CH4C3H6 C4H10C2H6C2H4產(chǎn)物：短鏈不飽和烴，如乙烯。催化重整原理：在加熱和催化劑的作用下，通過結構的重新調整，使鏈狀烴轉化為環(huán)狀烴。產(chǎn)物：環(huán)狀烴，如苯和甲苯等。 思考與交流（1）石油的分餾、裂化、裂解、催化重整屬于物理變化還是化學變化？ （2）直餾汽油是純凈物嗎？（

18、3）直餾汽油、裂化汽油能否使溴水/酸性高錳酸鉀溶液褪色？五、天然氣的組成及其綜合利用1天然氣的組成：天然氣的主要成分是甲烷，還含有少量乙烷、丁烷、戊烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氫等。2天然氣的綜合利用（1）天然氣是一種清潔的化石燃料，可以直接用作燃料；（2）重要的化工原料，主要用于合成氨和生產(chǎn)甲醇。 明辨是非（1）煤、石油和天然氣是不可再生能源，也是新型清潔能源（ ）（2）把煤在空氣中加強熱使之分解的過程叫煤的干餾（ ）（3）化石燃料燃燒時產(chǎn)生的二氧化碳是大氣污染物之一（ ）（4）天然氣的主要用途就是作燃料（ ）（5）石油分餾和煤干餾均為化學變化（ ）（6）煤的氣化、液化屬于物理變化（ ）（7

19、）裂化汽油可以使溴水或酸性高錳酸鉀溶液褪色（ ）（8）石油裂化主要得到乙烯（ ）（9）石油裂解主要目的是得到短鏈的不飽和烴（ ）（10）含C18以上烷烴的重油經(jīng)過催化裂化可以得到汽油（ ）經(jīng)典例題煤的綜合利用【例10】下列不屬于煤的綜合利用的是（）A將煤干餾制得煤焦油和焦炭B在一定條件下將煤與氫氣轉化為液體燃料C煤變?yōu)槊猴炞魅剂螪將煤干餾制得甲苯和乙烯天然氣的綜合利用【例11】天然氣的主要成分CH4是一種會產(chǎn)生溫室效應的氣體，等物質的量的CH4和CO2產(chǎn)生的溫室效應前者大。下列敘述：天然氣與煤、石油相比是較潔凈的能源；等質量的CH4和CO2產(chǎn)生的溫室效應也是前者大；燃燒天然氣也是酸雨的成因之一

20、；甲烷可用于制造合成氨的原料氣；用甲烷可生成CCl4；甲烷易完全燃燒，故燃燒甲烷時不必保持空氣流通。其中正確的是（ ）ABCD石油的綜合利用【例12】漢書中“高奴縣有洧水可燃”，沈括在夢溪筆談對從地表滲出的、當?shù)厝朔Q為“石脂”或“洧水”的使用有“予知其煙可用，試掃其煙為墨，黑光如漆，松果不及也，此物必大行于世”的描述， 關于上文的下列說法中正確的是（ ）A“洧水”的主要成分是油脂B“洧水”的主要成分是煤油C“洧水”的主要成分是石油D其煙的主要成分是木炭【變12】下列有關說法正確的是（ ）石油裂解得到的汽油可與溴水反應石油的分餾是化學變化石油的分餾實驗中，溫度計水銀球插入液面以下，因為它測的是混

21、合液的溫度石油分餾得到的汽油仍是混合物ABCD提分作業(yè)【練1】下列說法不正確的是（）A冶煉金屬時，不一定需要加入還原劑B利用金屬活潑性的不同，可以采用不同的冶煉方法C工業(yè)上常用鋁熱反應來大量冶煉金屬鐵D人類歷史上大量生產(chǎn)和使用鋁、鐵、銅三種金屬單質的時間順序是銅、鐵、鋁【練2】下列化工生產(chǎn)原理錯誤的是（）A電解熔融的NaCl來制取NaB電解熔融的AlCl3來制取AlCCO熱還原Fe2O3制取FeD利用鋁熱反應原理：4Al + 3MnO2 eq o(=,sup7(高溫) 3Mn + 2Al2O3【練3】下列有關化學與自然資源的開發(fā)利用描述中錯誤的是（）A煤的干餾是指將煤隔絕空氣加強熱使之分解，屬

22、于化學變化B要使海水淡化通常有蒸餾法和離子交換法C天然礦藏很少只含有一種金屬元素，往往含有較多雜質D金屬冶煉一定要用到還原劑【練4】下列哪種方法不能實現(xiàn)海水的淡化（ ）A蒸餾法B電滲析法C離子交換法D電解法【練5】海水是巨大的化學資源庫，下列有關海水綜合利用的說法正確的是（ ）A海水的淡化必須經(jīng)過化學變化才能實現(xiàn)B蒸發(fā)海水制粗鹽的過程中只發(fā)生了化學變化C從海水中可以得到NaCl，電解熔融的NaCl可制備金屬NaD利用海水，鋁、空氣的航標燈的工作原理是將電能轉化為化學能【練6】從海水中提取部分物質的過程如下圖所示，下列有關說法錯誤的是（ ）A過程需要加入化學試劑、沉淀、過濾等操作B由“母液無水MgCl2”一系列變化中未涉及氧化還原反應C工業(yè)上一般用電解氯化鎂溶液制取Mg單質D反應和均可由下列反應實現(xiàn)：2Br-+Cl2=Br2+2Cl-，該反應屬于置換反應【練7】下列關于化石燃料的說法錯誤的是（ ）A石油中含有C5C11的烷烴，可以通過石油的分餾得到汽油B含C20以上烷烴的重油經(jīng)過催化裂化可以得到汽油C天然氣是一種清潔的化石燃料，它作為化工原料，主要用于合成氨和生產(chǎn)甲醇等D煤中含有苯和甲苯，可以用分餾的方法把它們從煤中分離出來【練8】下列關于化石燃料煤、石油和天然氣的說法中，不正確的是（）A石油是多種碳