第八章

化學(xué)與可持續(xù)性發(fā)展第一節(jié)

自然資源的開(kāi)發(fā)利用目錄CONTENTS01金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用02海水資源的開(kāi)發(fā)利用03煤、石油和天然氣的綜合利用01金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用爐火照天地，紅星亂紫煙詩(shī)句描述了銅官山腳下，冶銅工人在熊熊的爐火，火舌竄動(dòng)中，煉銅的場(chǎng)景那么，如何從金屬礦石中得到我們想要的金屬呢？金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用一、1、金屬元素在自然界中的存在形式在化合物中金屬元素的化合價(jià)都是_____________。單質(zhì)化合物正價(jià)金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用一、2、金屬的冶煉（1）概念：工業(yè)上將金屬礦物中的金屬?gòu)钠鋉_______中__________出來(lái)，用于生產(chǎn)各種金屬材料的過(guò)程。（2）實(shí)質(zhì)：把金屬化合物中的金屬離子還原成金屬單質(zhì)。大部分金屬的冶煉原理可表示為_(kāi)_________________化合物還原Mn++ne—=M金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用一、步驟一般方法或原理目的

采礦、選礦、粉碎、篩礦、洗礦等除去雜質(zhì)，提高礦石中有用成分的含量

利用氧化還原反應(yīng)，在一定條件下，選擇合適的方法把金屬礦石中的金屬離子還原成金屬單質(zhì)得到粗金屬單質(zhì)（含有少量雜質(zhì)）

加入除雜試劑除去雜質(zhì)或者電解精煉提煉純金屬（3）一般步驟礦石富集冶煉精煉請(qǐng)同學(xué)們回顧所學(xué)過(guò)金屬冶煉的方法？火法煉鐵濕法煉銅3CO+Fe2O32Fe+3CO2高溫Fe+CuSO4Cu+FeSO4金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用一、KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu富集法3、金屬冶煉的方法熱分解法(1)熱分解法

—金屬活動(dòng)性順序表中的不活潑金屬,例如:Hg、Ag等2HgO==2Hg+O2↑2Ag2O==4Ag+O2↑金屬活動(dòng)性順序金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用一、KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金屬活動(dòng)性順序富集法3、金屬冶煉的方法熱分解法熱還原法金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用一、CuO+H2===Cu+H2O高溫2CuO+C===2Cu+CO2↑高溫Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2（高爐煉鐵）高溫常見(jiàn)還原劑：C、CO、H2、活潑金屬Na、Mg、Al等4Na+TiCl4===4NaCl+Ti高溫(2)熱還原法—大多數(shù)金屬（活動(dòng)性介于Zn-Cu的金屬)金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用一、鎂條作用：氯酸鉀作用：鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：(1)鎂條劇烈燃燒;(2)氧化鐵粉末和鋁粉發(fā)生劇烈的反應(yīng);(3)反應(yīng)放出大量的熱,并發(fā)出耀眼的白光;(4)紙漏斗的下部被燒穿,有熔融物落入沙中引燃劑助燃劑金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用一、Fe2O3+2Al===2Fe+Al2O33MnO2+4Al===3Mn+2Al2O3鋁熱反應(yīng)：鋁粉與某些難熔金屬氧化物（如Fe2O3、MnO2、Cr2O3、V2O5等）的混合物在高溫下發(fā)生的置換反應(yīng)。其中鋁粉與這些金屬氧化物的混合物稱為鋁熱劑。鋁熱反應(yīng)的應(yīng)用①冶煉難熔金屬

②焊接鋼軌金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用一、KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu金屬活動(dòng)性順序富集法3、金屬冶煉的方法熱分解法熱還原法電解法金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用一、MgCl2(熔融)===Mg+Cl2↑電解2Al2O3(熔融)===4Al+3O2↑電解冰晶石降低熔點(diǎn)(3)電解法—極活潑金屬（Al及Al之前的金屬）2NaCl(熔融)===2Na+Cl2↑電解思考：工業(yè)上用電解法冶煉鎂和鋁的原料分別是MgCl2和Al2O3,為什么不是MgO和AlCl3？金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用一、(4)其他方法①物理方法：某些很不活潑的金屬，如Au、Pt等，在自然界中一般以游離態(tài)存在，可以通過(guò)物理方法富集并提純。②濕法冶金：用活潑金屬把不活潑的金屬?gòu)乃柠}溶液中置換出來(lái)如：濕法煉銅（曾青得鐵則化為銅）__________________________________________Fe+CuSO4===Cu+FeSO4金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用一、③火法冶金：利用高溫加熱從礦石中提取金屬或其化合物的方法如：火法煉銅_________________________________________④特殊方法：如利用沸點(diǎn)不同，可用高沸點(diǎn)金屬制取低沸點(diǎn)金屬。如：_________________________________________________Cu2S+O2===2Cu+SO2↑

高溫Na+KClK↑

+NaCl高溫金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用一、【思考與討論】工業(yè)上鋁的生產(chǎn)原理氧化鋁冰晶石碳素電極金屬礦物的開(kāi)發(fā)利用一、4、如何合理開(kāi)發(fā)和利用礦物和金屬資源①提高金屬礦物的利用率②開(kāi)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(qiáng)廢舊金屬的回收和再利用⑤使用其他材料代替金屬材料。02海水資源的開(kāi)發(fā)利用地球表面海洋面積占到71%，海洋是人類千萬(wàn)年來(lái)取之不盡、用之不竭的巨大資源寶庫(kù)。其中的水資源和其他化學(xué)資源具有十分巨大的開(kāi)發(fā)潛力。你知道海洋中有哪些資源嗎？海洋中的資源的分類礦產(chǎn)資源化學(xué)資源動(dòng)力資源生物資源海水中水的儲(chǔ)量約為1.3×1018t，約占地球上總水量的97％。海水水資源的利用，主要包括海水淡化和直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻等。海水中的物質(zhì)（1）海水淡化：通過(guò)從海水中提取淡水或從海水中把鹽分離出去，都可以達(dá)到淡化海水的目的。（2）海水淡化的方法主要有①_______________；②_______________；③________________。蒸餾法電滲析法反滲透法海水資源的開(kāi)發(fā)利用海水資源的開(kāi)發(fā)利用二、海水的蒸餾實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)裝置：主要儀器:A__________；B____________；

C___________；D___________；冷凝水的流向：______口進(jìn);________口出A中加入碎瓷片的目的是_____________。蒸餾燒瓶直形冷凝管錐形瓶牛角管ab防暴沸溫度計(jì)水銀球的位置：

蒸餾燒瓶支管口處—D結(jié)論：海中含有的鹽主要是

______________海水中水的儲(chǔ)量約為1.3×1018t，約占地球上總水量的97％。海水水資源的利用，主要包括海水淡化和直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻等。海水中的物質(zhì)含量最多的非金屬離子含量前兩位的金屬離子NaCl、MgCl2海水制鹽鹽田法提取食鹽的過(guò)程先將海水(或海邊地下鹵水)引入蒸發(fā)池，經(jīng)日曬蒸發(fā)水分到一定程度時(shí)，導(dǎo)入結(jié)晶池，再曬就會(huì)逐漸析出食鹽來(lái)。這時(shí)得到的晶體就是我們常見(jiàn)的“粗鹽”。剩余的液體稱為母液(也稱“苦鹵”)。“鹽田法”提取食鹽的工藝流程海水蒸發(fā)池結(jié)晶池粗鹽母液目前，從海水中提取食鹽的方法主要為“鹽田法”(也稱“太陽(yáng)能蒸發(fā)法”)，這是一種古老而至今仍廣泛沿用的方法。海水資源的開(kāi)發(fā)利用二、3、海水提溴（空氣吹出法）：（1）工藝流程：氧化吸收氧化2Br-+Cl2=Br2+2Cl-SO2+Br2+2H2O=SO42-+2Br-+4H+2Br-+Cl2=Br2+2Cl-海水資源的開(kāi)發(fā)利用二、4、海水提鎂原料易得，成本低增大氫氧化鈣含量氯氣循環(huán)使用，節(jié)約成本，保護(hù)環(huán)境(2)反應(yīng)原理:CaCO3===CaO+CO2↑高溫CaO+H2O==Ca(OH)2Mg2++Ca(OH)2==Mg(OH)2+Ca2+Mg(OH)2+2H+==Mg2++2H2OMgCl2(熔融)==Mg+Cl2↑電解海水資源的開(kāi)發(fā)利用二、5、海帶提碘海帶中的碘元素主要以I-的形式存在，檢驗(yàn)或提取時(shí)用適當(dāng)?shù)难趸瘎ㄈ纾篐2O2）將其氧化成I2，再用有機(jī)溶劑將I2萃取出來(lái)。海水資源的開(kāi)發(fā)利用二、MgCl2Na2CO3NaOH制漂白液冶煉金屬制鹽酸03煤、石油、天然氣的綜合利用煤、石油和天然氣的綜合利用三、1、煤的組成和綜合利用（1）煤的組成

物質(zhì)組成：由________和少量_________組成的復(fù)雜混合物。煤元素組成：主要含有___元素，另有少量的__________________

等元素。有機(jī)物無(wú)機(jī)物碳?xì)洹⒀酢⒌⒘蛭覈?guó)煤炭資源豐富，石油和天然氣資源卻相對(duì)不足，煤炭保有儲(chǔ)量超過(guò)1萬(wàn)億噸，占我國(guó)化石能源總儲(chǔ)量的90%以上。煤、石油和天然氣的綜合利用三、（2）煤的綜合利用①煤的干餾：把煤_________________________的過(guò)程，也叫__________。屬于______變化。主要產(chǎn)品：出爐煤氣（包括___________、粗氨水、粗苯）、煤焦油、焦炭。隔絕空氣加強(qiáng)熱使其分解煤的焦化化學(xué)焦?fàn)t氣H2、CO、CH4、C2H4煤、石油和天然氣的綜合利用三、②煤的氣化：將煤轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的過(guò)程。主要反應(yīng)：__________________________________③煤的液化：將煤轉(zhuǎn)化液體燃料的過(guò)程。直接液化：煤與H2作用直接生成液體燃料。間接液化：先轉(zhuǎn)化為CO、H2，再在催化劑作用下合成甲醇。方程式______________________________________________________________________C(s)+H2O===CO(g)+H2(g)高溫CO+2H2====CH3OH（甲醇）一定條件C(s)+H2O===CO(g)+H2(g)高溫化學(xué)變化化學(xué)變化煤、石油和天然氣的綜合利用三、2、天然氣的組成和綜合利用

主要成分________________

用途化工原料合成氨______________________________________________________

生產(chǎn)甲醇合成含兩個(gè)或多個(gè)碳原子的有機(jī)物CH4CH4+H2O===CO+3H2一定條件N2+3H22NH3清潔燃料煤、石油和天然氣的綜合利用三、3、石油的組成和綜合利用

（1）石油的組成組成元素:___________________________組成成分:主要由________________________________________組成的混合物（還有水分、鹽分等雜質(zhì)），大部分為液態(tài)烴，溶有少量氣態(tài)烴和固態(tài)烴。主要是碳、氫元素烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴煤、石油和天然氣的綜合利用三、（2）石油的綜合利用概念：利用石油中各組分沸點(diǎn)的不同進(jìn)行分離的過(guò)程。

屬于____________變化。目的：獲得汽油（直餾汽油）、煤油、柴油等含碳原子少

的輕質(zhì)油。分餾物理煤、石油和天然氣的綜合利用三、25%產(chǎn)量提高直餾汽油裂化汽油煤、石油和天然氣的綜合利用三、

概念：將含碳原子較多、沸點(diǎn)較高的烴分裂為含碳原子

較少、沸點(diǎn)較低的烴的過(guò)程。例如：十六烷裂化_______________________________目的：________________________________________裂化

概念：深度裂化。例如_____________________________

_____________________________________________

目的：_______________________________________裂解

C16H34C8H18+C8H16催化劑加熱、加壓提高輕質(zhì)油(特別是汽油)的產(chǎn)量C