高中化學(xué)必修二化學(xué)與自然資源的開(kāi)發(fā)利用

第四章化學(xué)與自然資源的開(kāi)發(fā)利用

一、開(kāi)發(fā)利用金屬礦物與海水資源

1、1金屬礦物的開(kāi)發(fā)與利用

金屬的冶煉:金屬冶煉就是工業(yè)上將金屬?gòu)暮薪饘僭氐牡V石中還原出來(lái)的生產(chǎn)過(guò)程。

常見(jiàn)金屬（金屬活動(dòng)順序表）冶煉的一般方法:金屬的活動(dòng)性不同，冶煉的方法不同。

KCaNaMaA1ZnFeSnPbCu_Hg-Ag-------

電解法熱還原法熱分解法

①熱分解法:不活潑金屬（Hg及Hg以后）可以直接用加熱分解的方法將金屬?gòu)钠浠衔镏羞€原出來(lái)，例如：

△

2Hge）=2Hg+02T

△

2Ag2O^=4Ag+O2T

②熱還原法:一般活潑的金屬（）通常就是在高溫下用還原劑（、、活潑金屬等）將金屬?gòu)钠浠?/p>

Zn--Cu,CCOH2S

合物中還原出來(lái)，例如：

Fe2O3+3C02Fe+CO2T

WO3+3H2建里W+3H2O

ZnO+C=^=Zn+COt

Fe2O3+2AI建里2Fe+ALCM鋁熱反應(yīng)）

503+2AI建建2Cr+AL03（鋁熱反應(yīng)）

③電解法:非?；顫姷慕饘伲↘—Al）用一般的還原劑很難將它們還原出來(lái)，通常采用電解熔融的金屬化合物的方

法冶煉活潑金屬，例如：

由解

2NaCI（熔融）=^=2Na+Cl2T

由解

MgCL（熔融）Mg+Cl2T

電解

2Al2。3（熔融）====4AI+3O2T

冰晶石

有些金屬可以利用氧氣從其硫化物中冶煉出來(lái)，例如:冶煉銅

Cu2s+02=^=2Cu+S02

1、2鋁熱反應(yīng)

I、操作：

(1)把兩張濾紙分別折疊成漏斗狀套在一起(內(nèi)層濾紙底部剪一小孔，用水濕潤(rùn))架在鐵架臺(tái)上，下面放置一盛

沙子的蒸發(fā)皿。

⑵將5g干燥的氧化鐵粉末與2g鋁粉均勻混合后放入紙漏斗中，混合物上面加少量氯酸鉀固體，中間插一根

IV、鋁熱劑及應(yīng)用：

(1)鋁熱劑:鋁粉與某些金屬(比鋁不活潑的金屬)氧化物的混合物。在高溫下發(fā)生反應(yīng)，放出大量的熱,其混合

物稱為鋁熱劑;反應(yīng)稱為鋁熱反應(yīng)。

(2)鋁熱反應(yīng)的特點(diǎn):在高溫下引燃后劇烈反應(yīng),放出大量的熱，產(chǎn)生高溫，使被還原出來(lái)的金屬熔化，與熔渣分

離。體現(xiàn)鋁的還原性、氧化鋁高熔點(diǎn)的性質(zhì)。

(3)鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用:①焊接鋼軌

②冶煉高熔點(diǎn)金屬:V、Cr、Mn、W等。

1、3金屬提煉一般步驟：

①礦石的富集、除雜；②冶煉；③精煉。

1、4金屬的利用、回收與資源的保護(hù)

(1)礦產(chǎn)資源就是有限的:礦產(chǎn)資源就是大自然賦予人類的寶貴財(cái)富，但并非取之不盡用之不竭，就是不可再生的。

隨著人們的開(kāi)發(fā)利用，將會(huì)日漸減少。我國(guó)幅員遼闊，就是世界上礦產(chǎn)資源比較豐富、礦產(chǎn)品種比較齊全的國(guó)家。

我國(guó)礦產(chǎn)資源總值居世界第3位,但人均擁有量約為世界人均水平的!。因此，我們要合理開(kāi)發(fā)與利用這些礦物

資源。

(2)合理開(kāi)發(fā)、有效利用、金屬的回收與資源保護(hù),主要途徑有：

①提高金屬礦物的利用率。

②減少金屬的使用量。

③加強(qiáng)金屬資源的回收與再利用,使用代用材料節(jié)約礦產(chǎn)資源、保護(hù)礦產(chǎn)資源。

二、海水資源的開(kāi)發(fā)利用

1、海水水資源的利用海水中水的儲(chǔ)量約占全球總水量的97%。海水中水資源的利用，主要包括匈S的淡化

與直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻。

海水淡化的方法:主要有遨I丸、電滲析法、離子交換法等。

海水蒸儲(chǔ)原理示意圖太陽(yáng)能蒸發(fā)原理示意圖

2、海水中的化學(xué)資源的開(kāi)發(fā)利用：

(1)海洋就是一個(gè)遠(yuǎn)未開(kāi)發(fā)的巨大化學(xué)資源寶庫(kù):海洋資源中，利用潛力最大的就是海水中化學(xué)資源。由于與巖

石、大氣、生物的相互作用，海水中溶解與懸浮有大量的無(wú)機(jī)物與有機(jī)物，目前，在陸地上發(fā)現(xiàn)的100多

種化學(xué)元素，在海水中已找到80多種(包括超過(guò)總量99%的H、0、CL、Br、Na、K、Mg、Ca、S、C

等11種元素與其她微量微量元素)其中70多種可供提取。如,氯化鈉(即食鹽)有4億億噸，鎂約有180

0萬(wàn)億噸鉀有500萬(wàn)億噸，溪約有9。萬(wàn)億噸核燃料約40億噸-50億噸。

(2)海水中含有的各種元素的特點(diǎn):種類多，總儲(chǔ)量大,富集程度低。因此，從海水中提取物質(zhì)需要解決物質(zhì)的富集

的問(wèn)題。

(3)從海水中提取物質(zhì)的方法

I、從海水中提取食鹽的主要工藝流程:從海水中制取鹽的方法主要有:鹽田法、電滲析法與冷凍法。其中鹽田法

(又叫灘曬法)歷史最悠久，而且也就是最簡(jiǎn)便與經(jīng)濟(jì)有效的方法?，F(xiàn)在還在廣泛采用。

※鹽田法:鹽田建在海灘邊，借用海灘逐漸升高的坡度，開(kāi)出一片片象扶梯一樣的池子。

利用漲潮或用風(fēng)車(chē)與泵抽取海水到池內(nèi)。海水流過(guò)幾個(gè)池子,隨著風(fēng)吹日曬，水份不斷蒸發(fā),海水中的鹽濃度愈來(lái)

愈高，最后讓濃鹽水進(jìn)入結(jié)晶池，繼續(xù)蒸發(fā),直到析出食鹽晶體。我國(guó)就是世界上最大的產(chǎn)鹽國(guó)，年產(chǎn)鹽量近2000

萬(wàn)噸，占世界食鹽產(chǎn)量的80%。

長(zhǎng)聲鹽場(chǎng)

n、從海水中提取鎂的主要工藝流程鎂就是一種用途很廣的金屬材料，目前世界上60%的鎂從海水中提取。主

要步驟如下:

(1)為了使MgSO4轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2,試劑①可以選用迫要使MgSO4完全轉(zhuǎn)化為沉淀，加入試劑①的量應(yīng)

過(guò)量；驗(yàn)證MgSCU已完全轉(zhuǎn)化為Mq(OH)2的方法就是取上層清液，加入NaOH溶液,不生成沉淀。

⑵加入試劑①后,能夠分離得到Mg(OH)2沉淀的方法就是過(guò)濾。

(3)試劑②可以選用HCIo

(4)無(wú)水MgCL在熔融狀態(tài)下，通電后會(huì)產(chǎn)生Mg與CL,寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式：

MgCl2(熔融)=^=Mg+Cl2t

川、從海水中提取浪的主要工藝流程

Q)用蒸儲(chǔ)法將海水濃縮。用硫酸將濃縮的海水酸化。

(2)向酸化的海水中通入適量的氯氣，使漠離子轉(zhuǎn)化為溪單質(zhì)。反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

2NaBr+5==B.+2NaCI;

(3)向含漠單質(zhì)的水溶液中通入空氣與水蒸汽，將漠單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)以達(dá)到富集的目的,

反應(yīng)的化學(xué)方程式為:Br2+S02+2H2O==2HBr+H2sO4

⑷向吸收塔內(nèi)的溶液中通入適量的氯氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2HBr+CI2==2HCI+Br2

⑸用四氯化碳(或苯)萃取吸收塔內(nèi)的溶液中的浪單質(zhì)得到產(chǎn)品漠。

IV、【實(shí)驗(yàn)4-2】從海帶中提取碘

(1)反應(yīng)原理:海帶中的碘元素主要以r的形式存在提取時(shí)用適當(dāng)?shù)难趸瘎┡f2。2)將其氧化成L,再用有機(jī)溶劑

將b萃取出來(lái)。

用H2O2做氧化劑，反應(yīng)的離子方程式就是：22+H2O2+2H+==I2+2H2O。

(2)操作步驟：

①取約3g干海帶才巴表面的浮著物用刷子刷凈(不要用水沖洗，以免洗去表面的碘化物)，用剪刀剪碎后，用

酒精濕潤(rùn)，放入珀堪中。點(diǎn)燃酒精燈，灼燒海帶至完全變?yōu)榛覡a(注意通風(fēng))停止加熱,冷卻。

②將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中，向其中加入10ml蒸儲(chǔ)水，攪拌、煮沸2~3min,過(guò)濾。

③在濾液中滴入幾滴稀硫酸(3mol/l),再加入1mLH2(D2(3%),現(xiàn)象:溶液變棕黃色。再加入幾滴淀粉溶

液，現(xiàn)象就是:溶液變藍(lán)色。

(3)提取b流程：

試劑

力也/到、4注一?含碘元素的溶液-------?含碘單質(zhì)的溶液

心卅灼燒溶解，過(guò)濾”,

海帶-------?海帶灰---------------?

----?殘?jiān)?/p>

含碘單質(zhì)的有機(jī)溶液

【總結(jié)】海水資源的開(kāi)發(fā)利用:

r①?gòu)暮Ｋ刑崛〉Ｋ?/p>

②海水制鹽

海水資源的開(kāi)發(fā)利用③從海水中提取鎂、鉀、浪、碘等化工產(chǎn)品

④從海水中獲取鈾與重水作為核能開(kāi)發(fā)的重要原料

⑤從海水中獲取其她物質(zhì)與能量

※海水綜合利用聯(lián)合工業(yè)體系一例（如下圖）

三、化學(xué)與資源綜合利用、環(huán)境保護(hù)

3、1煤、石油、天然氣的綜合利用:從煤、石油、天然氣獲得基本化工原料。

1、煤的綜合利用:

（1）煤的成分:煤就是又有機(jī)物與少量的無(wú)機(jī)物組成的復(fù)雜混合物。其組成以碳元素為主，還含有H、0、N、S

等元素。

（2）煤的綜合利用途徑:通過(guò)煤的干儲(chǔ)、煤的氣化與液化獲得潔凈的燃料與多種化工原料。

①煤的干儲(chǔ):將煤隔絕空氣加強(qiáng)熱使之分解的過(guò)程叫做沒(méi)得干儲(chǔ)，也叫煤的焦化。

氣體:焦?fàn)t氣:出、CPU、C2H4、CO（燃料、化工原料）

粗氨水:氨、鎮(zhèn)鹽（化肥）

液體:粗苯:苯、甲苯、二甲苯（炸藥、染料、合成材料）

煤干儲(chǔ)的主要產(chǎn)品酚類、奈（染料、農(nóng)藥、合成材料）

煤焦油

瀝青(筑路材料、制碳素電極)

固體：焦炭(冶金、合成氨造氣、電石、燃料)

②煤的氣化:將煤轉(zhuǎn)化為可燃性氣體過(guò)程。(主要反應(yīng)就是碳與水蒸氣反應(yīng)生成水煤氣等)

高溫

主要反應(yīng):C⑸+H2O(g)CO(g)+H2(g)

水煤氣

「直接液化:煤+H2?液體燃料

Y

③煤的液化〔催化劑

>

間接液化:煤H2+coA甲醇(CH3OH)

3、2天然氣的綜合利用

(1)氣體燃料的優(yōu)點(diǎn):氣體燃料與空氣混合充分,容易完全燃燒，與固體燃料相比有較高的利用率。氣體燃料便于管

道運(yùn)輸，使用方便(易點(diǎn)燃，易熄滅),且清潔衛(wèi)生。

(2)天然氣就是一種高效、清潔的燃料:隨著我國(guó)“西氣東輸"管線全面貫通，越來(lái)越多的地區(qū)將使用天然氣。

(3)天然氣就是一種重要的化工原料，主要用于合成氨與生產(chǎn)甲醇以及合成分子內(nèi)含兩個(gè)或多個(gè)碳原子的其她有

機(jī)化合物。

3、3石油的綜合利用

石油煉制后的產(chǎn)品絕大多數(shù)用作燃料使用，不到10%的石油轉(zhuǎn)化為化工原料。

I、石油的成分:石油就是由多種碳?xì)浠衔?烷煌、環(huán)烷煌及少量的芳香煌)組成的混合物。(沒(méi)有固定的沸

點(diǎn))

原油:未經(jīng)加工的石油叫原油，就是一種棕黑色粘稠液體，不能直接使用。

n、石油的煉制

(1)石油的分儲(chǔ)(物理加工過(guò)程):

A、石油分儲(chǔ)的原理利用各種煌的沸點(diǎn)不同，將石油不斷的加熱-汽化-冷凝-液化把石油分離成不

同沸點(diǎn)范圍的蒸儲(chǔ)產(chǎn)物（叫做儲(chǔ)分，仍然就是混合物）的過(guò)程叫做石油的分儲(chǔ)。

B、實(shí)驗(yàn)室蒸儲(chǔ)石油的裝置（如下圖）:

儀器名稱:①溫度計(jì)：②蒸儲(chǔ)燒瓶：③冷凝器，?④接收器；

⑤冷水進(jìn)口;⑥就是熱水出口。裝置②中要加理

瓷片，以防止暴沸。

‘石油氣液化石油氣。

Y

C、石油分儲(chǔ)主要產(chǎn)品:，

汽油、煤油、柴油、重油等。

（2）石油的裂化（化學(xué)加工過(guò)程）:在一定條件下，將相對(duì)分子質(zhì)量較大、沸點(diǎn)較

宣的煌斷裂為相對(duì)分子質(zhì)量較小的煌的過(guò)程。

主要目的才是高輕質(zhì)油（汽油、煤油、柴油）的產(chǎn)量，同時(shí)得到石油裂化氣。

原料:石油分儲(chǔ)產(chǎn)品（重油）

反應(yīng):以十六烷雇屬解化反應(yīng)為例:

加熱、加壓

Cl6H34C8H18+C8H16

十六烷催化劑辛烷辛烯

---------------?

加熱、加壓

C8H18C4H10+C4H8

辛烷催化劑丁烷丁烯

---------------?

加熱、加壓

C4H10CH4+C3H6

丁烷催化劑甲烷丙烯

加熱、加壓

C4HloC2H6+C2H4

丁烷乙烷乙烯

裂化氣（含乙烯、丙烯、甲烷等）

催化裂化

主要產(chǎn)品:重油汽油、煤油、柴油

分儲(chǔ)所得汽油（直鐳汽油）:烷燒

汽油:C5~C11的煌的混合物

裂化所得汽油:烷煌與不飽與煌（具有烯煌的性質(zhì)）

（3）石油的裂解（深度裂化一化學(xué)加工過(guò)程）:采用比催化裂化更高的溫度，使碳碳鍵斷裂的更徹底,主要目的得到

氣態(tài)的不飽與煌。

原料:汽油。費(fèi)星雄:制得石油裂解氣，進(jìn)行三大合成。

主要產(chǎn)品:汽油*石油裂解氣（含乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯）

（4）石油的催化重整:石油在加熱與催化劑的作用下，可以通過(guò)結(jié)構(gòu)的重新調(diào)整，使鏈狀煌轉(zhuǎn)化為環(huán)狀煌（如苯或甲

苯等）

圖4—6原油的分儲(chǔ)及裂化的產(chǎn)品與用途示意圖

煤氣?。?CO、H2

Y

清潔燃料天然氣?。?CFU

壓縮天然氣（主）:甲醇（CNG）

液化石油氣（主）:煌類（丙烷）（LPG）

四、以煤、石油、天然氣為原料生成合成材料

4、1三大合成材料（合成有機(jī)高分子）

（1）合成塑料:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。

①塑料的主要成分:合成樹(shù)脂+添加劑（增塑劑、防老化劑等）

「熱塑性塑料:可以反復(fù)加工，多次使用（聚乙烯聚氯乙烯等）

Y

②塑料的性能-

熱固性塑料:一次加工成型，受熱不軟化（酚醛塑料）

（2）合成纖維

J植物纖維棉花、木材、亞麻（成分:纖維素）

“天然纖維I

《動(dòng)物纖維:羊毛、蠶絲（成分:蛋白質(zhì)）

纖維、

J人造纖維:人造棉、人造絲、人造毛（成分:纖維素）

化學(xué)纖維〔

合成纖維:六大綸（滌綸、錦綸、騰綸、丙綸、維綸、氯綸）（就是利用石油、天然氣、

煤與農(nóng)副產(chǎn)品為原料制成的）

（3）合成橡膠:順丁橡膠、氯丁橡膠、丁苯橡膠、硅橡膠等。

4、2合成有機(jī)高分子的反應(yīng)：

聚合反應(yīng):在一定條件下，由小分子（單體）合成高分子（分子量巨大的化合物）的反應(yīng)。

聚合反應(yīng)｛加成聚合（加聚反應(yīng)）:由單體生成高分子的反應(yīng)。

縮合聚合（縮聚反應(yīng)）:由單體生成高分子的同時(shí)還有小分子生成。

C3

Q）加聚反應(yīng):-

①由乙烯制聚乙烯:nCH2===CH2----------?TCH2-CH+

乙烯聚乙烯

單體:CH2===CH2；鏈節(jié):-CH2-CH2-;高聚物:[CH2-CH2]；聚合度:n

②由丙烯制聚丙烯:nCH2===CH-GH3----------->-ECH2-C吐

③由甲基丙烯酸甲酯制聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃）:

CH

CH33

nCH2===CH-COOCFh---------?—[CH2-州

I

COOCH3

(2)縮聚反應(yīng):制滌綸、尼龍(錦綸)、醇酸樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂

nHO-C---G-OH+nHO-CH2-CH2-OH

（對(duì)苯二甲酸）（乙二醇）

0

Tc---G-0-CH2-CH2--Q]+(2n-1)H2O

聚酯纖維(滌綸)

五、環(huán)境保護(hù)與綠色化學(xué)

5、1環(huán)境保護(hù)：

(1)環(huán)境問(wèn)題:指不合理的開(kāi)發(fā)與利用自然資源而造成的資源短缺、環(huán)境污染與生態(tài)破壞。

(2)環(huán)境污染:包括大氣污染、水污染、土壤污染、食品污染與噪聲污染等。

污染源:主要來(lái)自化石燃料燃燒與工業(yè)生產(chǎn)的"三廢"(廢氣、廢水、廢渣)的排放。

(3)環(huán)境問(wèn)題的八大公害：

①酸雨:pH小于昌旦的雨水叫做酸雨。

主要成因:化石燃料燃燒排放到大氣中的SO2\N0x。

防治:改變能源結(jié)構(gòu),硫酸廠的尾氣經(jīng)過(guò)處理后再排放。

②溫室效應(yīng):大氣中的空乙含量增多引起地表面溫度升高。

主要成因:含碳燃料燃燒產(chǎn)生的C02排放到大氣中。

防治:改變能源結(jié)構(gòu)，植樹(shù)造林。

③臭氧空洞:大氣平流層中的臭氧層被破壞引起“臭氧空洞”。

主要成因:氟氯煌（氟里昂）、N02、NO在破壞臭氧層中起催化劑作用。

防治:逐步減少、禁止使用氟氯燒。