第八章化學與可持續發展

第一節自然資源的開發利用可再生資源:是指能夠通過自然力以某一增長率保持或增加蘊藏量的自然資源。不可再生資源：指經人類開發利用后，在相當長的時期內不可能再生的自然資源。導入新課

化學是人類利用自然資源和應對環境問題的重要科學依據。本節我們將以金屬礦物、海水資源和化石資源的綜合利用為例，認識化學的應用價值，了解與此有關的環境與發展問題。珍愛地球、責無旁貸

了解自然資源與可持續發展自然資源土地與土壤資源礦產資源生物資源水資源能源資源環境資源可再生資源不可再生資源可持續發展合理利用制約目標：滿足人類需要的同時，人類的行為要受到自然界的限制。即：人類代際之間、不同國家不同地區之間、人類與其他生物之間的公平。包括經濟可持續發展社會可持續發展資源可持續發展環境可持續發展

化學是人類利用自然資源和應對環境問題的重要科學依據。金屬礦物的開發利用【學習目標】1、知道金屬在自然界中的存在形態。2、熟知金屬冶煉的方法及其原理。（重點）3、認識鋁熱反應的原理和實驗。4、認識金屬合理利用與回收的意義，樹立環保意識。閱讀教材98-99頁，思考并交流如下問題：

1、金屬元素以何種形式存在于自然界中？2、金屬冶煉指什么？3、金屬冶煉有哪些方法？金屬活動順序與金屬冶煉方法有什么聯系4、金屬利用中存在的問題以及應對措施？思1.金屬元素在自然界中的存在形態游離態金、鉑化合態一、金屬礦物的開發利用Mn+（化合態）一、金屬礦物的開發利用3.金屬冶煉的一般原理(1)基本原理：將金屬元素從其化合物中

出來。(2)表示方法：Mn＋＋ne－===M。還原2.冶煉金屬的步驟：礦石富集→金屬冶煉→金屬精煉思考1金屬的存在狀態和活潑性金屬越活潑越難被還原，使用的時間越晚?！舅伎?】根據下圖人類冶煉金屬的歷史時間分析推測人類發現和使用金屬材料受哪些因素的影響？為什么？4.金屬冶煉的一般方法與金屬的存在狀態和活潑性有關(2)熱分解法：加熱分解HgO：2HgO2Hg＋O2↑加熱分解Ag2O：2Ag2O4Ag＋O2↑4.金屬冶煉的一般方法金礦石鉑礦石（1）淘洗法：物理分離，適用于很不活潑的金屬，如金、鉑。PtAu沙里淘金(3)熱還原法：H2還原CuO：CuO＋H2Cu＋H2O高爐煉鐵：Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2鋁熱反應：2Al＋Fe2O32Fe＋Al2O3一、金屬礦物的開發利用實驗現象1.鎂條劇烈燃燒，放出大量的熱，發出耀眼的白光。2.紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落入沙中。3.熔融物可以被磁鐵吸引。鋁熱法：利用鋁的強還原性，在高溫下將相對不活潑且熔點高的金屬從其金屬氧化物中還原出金屬單質的方法。Fe2O3+2Al

2Fe+Al2O3實驗現象：劇烈燃燒，火星四濺，沙里有火紅熔融物，放出大量熱。燃燒時提供熱量，做引燃劑。氯酸鉀受熱分解產生氧氣，做助燃劑。鋁熱劑：鋁和比鋁活潑性弱的金屬形成的氧化物組成的混合物。Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3高溫3MnO2+4Al3Mn+2Al2O3高溫Cr2O3+2Al2Cr+Al2O3高溫3Co3O4+8Al9Co+4Al2O3高溫3V2O5+10Al6V+5Al2O3高溫鋁熱劑原理：活潑金屬置換不活潑金屬鋁熱反應鋁和金屬氧化物在高溫下發生劇烈反應并放出大量熱的化學反應引發操作在鋁熱劑上放KClO3，插入鎂條并將鎂條點燃反應應用焊接鋼軌；冶煉高熔點、且活潑性比鋁差的金屬(4)電解法：冶煉鈉：___________________________冶煉鎂：_____________________________冶煉鋁：_____________________________(5)其他方式：濕法煉銅：_________________________Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu一、金屬礦物的開發利用PtAu金屬活潑性冶煉方法化學方程式不活潑的金屬熱分解法很活潑的金屬電解法金屬冶煉方法的選擇

根據金屬的活潑性，選擇不同的冶煉方法較活潑的金屬熱還原法其它方法……【思考】鋁土礦中除Al2O3外常含有雜質Fe2O3

、SiO2，怎樣從鋁土礦中獲得鋁單質呢？Al2O3

Fe2O3

SiO2NaOH溶液Fe2O3Na[Al(OH)4]Na2SiO3NaOH鹽酸H2SiO3NaClAlCl3氨水Al(OH)3過濾過濾過濾NH4ClNaClAl2O3Al電解加熱方案一：堿溶法課堂檢測①②③④⑤[Al(OH)4]?+4H+

===Al3++4H2O

Al2O3+2OH?+3H2O===

2[Al(OH)4]?

Al2O3

Fe2O3

SiO2SiO2AlCl3FeCl3HClFe(OH)3Na[Al(OH)4]NaClNaOHCO2Al(OH)3NaHCO3NaCl鹽酸過濾NaOH溶液過濾過濾Al2O3Al電解加熱【思考】鋁土礦中除Al2O3外常含有雜質Fe2O3

、SiO2，怎樣從鋁土礦中獲得鋁單質呢？方案二：酸溶法課堂檢測①②③④⑤

Al3++4OH?===[Al(OH)4]?Al2O3＋6H+

===2Al3+＋3H2O2Al2O3(熔融)======4Al＋3O2↑電解冰晶石課本思考與討論P99計算表明，生產1mol鋁消耗的電能至少為1.8×106J,回收鋁制飲料罐得到鋁與從鋁土礦制鋁相比，前者的能耗僅為后者的3%-5%。通過對上述數據的分析和比較，結合圖8-1和圖8-2，你想到什么？啟示1：實際生產過程中必須考慮投入與產出，需考慮成本。啟示2：加強廢舊金屬的回收再利用是合理開發和利用金屬資源的重要途徑。要大力倡導金屬垃圾的分類和再利用，養成珍惜自然資源、節約資源、愛惜環境和保護環境的意識。啟示3：實際生產中必須考慮廢棄物的處理和生產對環境的影響，形成綠色化學觀念和可持續發展易詩1.原因(1)金屬礦物資源有限且分布不均勻。(2)冶煉金屬的過程中會消耗大量能量且易造成環境污染。(3)金屬腐蝕現象嚴重會造成大量損失。2.金屬礦物資源的開發和利用措施(1)提高金屬礦物的利用率。(2)開發環保高效的金屬冶煉方法。(3)防止金屬的腐蝕。(4)使用其他材料代替金屬材料，減少金屬的使用量。(5)加強廢舊金屬的回收和再利用。【思考1】我們為什么要合理開發和利用金屬礦物資源？【思考2】我們應該如何合理開發和利用金屬礦物資源5.合理開發和利用金屬礦物資源

課堂小結海水資源的開發利用學習目標1.以海水資源為例，形成工業上提取物質的一般思路和方法，培養宏觀辨識與變化觀念的學科素養。2.以海水資源的開發利用為例，了解依據物質性質及其變化綜合利用資源的方法，體會化學對促進人與自然和諧相處的意義。引入部分：認識海水資源的開發利用

海洋約占地球表面積的71％，是人類千萬年來取之不盡、用之不竭的巨大資源寶庫，包括能源資源、生物資源、水資源及化學資源。其中的水資源和化學資源具有十分巨大的開發潛力。引入部分：認識海水資源的開發利用分散性廣闊性海水中水的儲量約為1.3×109億噸，占地球總水量97%元素種類很多，總計含有80多種元素許多元素的富集程度很低(金總含量1x106t，而1t海水僅含1x10-4t）多樣性【海水資源的特點】引入部分：認識海水資源的開發利用【海水資源的開發利用】海水能源資源的利用海水資源的開發利用海水水資源的利用海水化學資源的開發利用海水提鎂海水提溴海帶提碘海水制鹽潮汐能、波浪能等海底可燃冰海水循環冷卻海水淡化海水生物資源的利用漁業等1.海水水資源的開發利用(1)海洋約占地球表面積的

，海水中水的儲量約占地球總水量的

，約1.3×1018t。(2)海水水資源的利用①71%97%二、海水資源的開發利用②海水的蒸餾a.主要儀器：A：

，B：

，C：

。b.冷凝水的流向：

口進，

口出。c.B中加入碎瓷片的目的是

。冷凝管蒸餾燒瓶錐形瓶ab防止液體暴沸二、海水資源的開發利用蒸餾原理：加熱裝置冷凝裝置

接收裝置冷凝管：冷凝水下口進上口出溫度計：水銀球處于支管口處蒸餾燒瓶：液體體積一般介于容積的1/3~2/3加入沸石/碎瓷片（防暴沸）石棉網牛角管或尾接管利用各成分的沸點不同，分離互溶的液液混合物的物理分離方法。鐵架臺錐形瓶酒精燈下口進，上口出(逆流向)【思考2】冷凝管中冷凝水的方向？目的？①更易充滿冷凝管

②使水蒸氣冷凝更充分【思考1】蒸餾燒瓶與圓底燒瓶有什么區別？燒瓶加熱時是否需要陶土網？蒸餾燒瓶有支管不可直接加熱，需要陶土網先通冷卻水，再加熱先停止加熱，再停通冷卻水【思考3】加熱蒸餾燒瓶和通冷凝水的順序有什么要求？【思考4】停止加熱和停止通冷凝水的順序有什么要求？錐形瓶口小，可以減少揮發損失，并且錐形瓶的形狀有利于接收和儲存液體。而燒杯的開口較大，不利于保持蒸餾物質的純度和濃度。【思考5】餾分用錐形瓶而不用燒杯承接的目的？【補充】常見的冷凝管裝置圖裝置名稱區別用途直形冷凝管球形冷凝管蛇形冷凝管由內外組合的直玻璃管構成內管為若干個玻璃球連接起來，冷凝面積較直形冷凝管大，冷凝效率稍高內芯管為螺旋形，增加了玻璃管的長度，冷卻面較球泡形更大蒸餾法分離物質時使用一般用于反應裝置，即在反應時考慮到反應物的蒸發流失而用球形冷凝管冷凝回流用于有機制備的回流，適于沸點較低的液體(2019·全國Ⅲ卷)離子交換法凈化水過程如圖所示。下列說法中錯誤的是：A.經過陽離子交換樹脂后，水中陽離子的總數不變B.水中的NO3-、SO42-、Cl-通過陰離子樹脂后被除去C.通過凈化處理后，水的導電性降低D.陰離子樹脂填充段存在反應H++OH-=H2OA陽離子交換樹脂:HR+Na+=NaR+H+陰離子交換樹脂:ROH+Cl-=RCl+OH-H++OH-=H2OHRROH2.海水化學資源的開發利用(1)海水中的化學元素海水中元素主要元素：______常量元素：

、

、

、

、S、Ca、Br、C、

Sr、B、F等11種元素微量元素：鈾元素、碘元素等O、HCl

NaKMg二、海水資源的開發利用【閱讀教材P100“資料卡片”】(2)海水中提取物質及綜合利用二、海水資源的開發利用②用KBr制單質溴：_______________________③用MgCl2制Mg：__________________________2KBr＋Cl2===2KCl＋Br2①氯堿工業：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑制鈉和氯氣：___________________________制鹽酸：H2＋Cl22HCl制漂白劑(84)：2NaOH＋Cl2===NaCl＋NaClO＋H2O二、海水資源的開發利用1.海水制鹽可溶性雜質：

Ca2+、Mg2+、SO42-除雜試劑：①Na2CO3②NaOH③BaCl2試劑加入順序：②③①④\\③②①④\\③①②④

1.先加BaCl2，后加Na2CO3；2.過濾后再加稀鹽酸，蒸發結晶?；驹瓌t：④稀鹽酸鹽田海水飽和食鹽水引入日曬風吹析出粗鹽精制NaCl蒸發結晶過濾除去泥沙二、海水資源的開發利用2.海水提溴（課本101頁）Br-所處體系復雜離子濃度低【思考1】觀察圖表，分析溴元素在海水中的存在形式與特點二、海水資源的開發利用【思考2】如何將海水中的Br-轉化為Br2？Cl2+2Br-=2Cl-+Br2Br2（液態）低濃度溴氧化劑+Cl2濃縮或富集使濃度提高方法關鍵2.海水提溴氧化吹出吸收蒸餾苦鹵二、海水資源的開發利用2.海水提溴氧化吹出吸收蒸餾Cl2＋2Br－

===

2Cl－＋Br2酸的作用：增大H+濃度，使海水顯酸性，同時抑制Cl2、Br2與水反應，提高Cl2的利用率二、海水資源的開發利用2.海水提溴氧化吹出吸收蒸餾【資料卡片】

溴是唯一在常溫呈液態的非金屬元素單質，易揮發，沸點58.76℃，紅棕色液體，在四氯化碳、苯等有機溶劑中的溶解性遠大于水中的溶解性。將溴變成溴蒸氣，使其進入吸收塔富集起來，熱空氣易得，成本低。選用熱空氣吹出的原因Br2的水溶液【補充】有時會選用水蒸氣吹出，利用水蒸氣作為熱交換介質，提高溫度使溴揮發。二、海水資源的開發利用2.海水提溴氧化吹出吸收蒸餾Br2HBrBr2+SO2+2H2O===SO42-+Br－

+4H+將溴氣變成溴離子，使其與空氣分離，將溴濃縮(富集溴元素)，提高Br2的提取率與純度。吸收的目的二、海水資源的開發利用2.海水提溴氧化吹出吸收蒸餾溴化氫溶液Cl2＋2Br-

===

2Cl-＋Br2用氯氣將氫溴酸氧化為溴,得到含高濃度Br2的水溶液氧化二、海水資源的開發利用2.海水提溴氧化吹出吸收蒸餾溴化氫溶液【思考3】Cl2氧化生成的Br2，為什么要用SO2還原為Br–吸收，再經歷二次氧化，“吸收”這一步有何意義？【思考4】熱空氣吹出法提溴，理論上得到1molBr2至少需要消耗多少Cl2？分離空氣和Br2；提高溴元素濃度，利于后續蒸餾2mol二、海水資源的開發利用2.海水提溴氧化吹出吸收蒸餾溴化氫溶液蒸餾【思考5】蒸餾的溫度為80～90℃，溫度過高或過低都不利于生產，請解釋原因溫度過高，產生水蒸氣，溴蒸氣中含有水蒸氣；溫度過低，溴單質不能完全蒸出，產率低。將氣態溴轉化為液態溴冷凝二、海水資源的開發利用2.海水提溴濃縮海水曬鹽和海水淡化的過程中副產物Br-得到濃縮氧化向濃縮的海水中通入Cl2，將Br-氧化為Br2吹出利用溴的揮發性，通入熱空氣和水蒸氣，吹出溴蒸氣吸收吹出的溴蒸氣用SO2吸收蒸餾再用Cl2將HBr氧化得到溴后蒸餾分離Cl2＋2Br－＝Br2＋2Cl－Br2＋SO2＋2H2O＝4H+＋SO42-＋2Br－Cl2＋2Br－＝Br2＋2Cl－物理富集化學富集二、海水資源的開發利用3.海水提鎂(1)工藝流程CaCO3===CaO＋CO2↑CaO＋H2O=Ca(OH)2Ca(OH)2＋MgCl2=Mg(OH)2↓＋CaCl2Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2OMgCl2(熔融)===Mg＋Cl2↑高溫電解母液/苦鹵/濃縮HCl氣流中加熱Ca(OH)2懸濁液【思考】為什么工業生產中常用石灰乳作沉淀劑，而不用NaOH或石灰水？因為NaOH價格比較昂貴石灰水中Ca(OH)2的濃度小，得到的Mg(OH)2的量少從成本的角度考慮制取氫氧化鈣：沉淀鎂：制氯化鎂：

制取鎂：(2)主要的化學反應原理富集鎂元素的過程，除去雜質有關的離子方程式：稀硫酸的作用：增強H2O2的氧化性；4.海帶中提取碘（I2）主要流程：Cl2＋2I－===I2＋2Cl－或H2O2＋2I－＋2H＋===

I2＋2H2O抑制I2與水反應實驗現象：加入H2O2溶液后，溶液顏色變為褐色；加入淀粉溶液后，溶液又變為藍色?；蛳×蛩徇^氧化氫溶液(1)實驗步驟①會用到下列儀器中的________(填字母)。a.酒精燈b.漏斗c.坩堝d.泥三角(2)步驟③的操作名稱是_____________(3)步驟④中反應的離子方程式為____________________

____acdH2O2+2I-

+2H+===I2＋2H2O過濾

海帶中含有碘元素。從海帶中提取碘的實驗過程如下圖所示：教材P106

(5)海帶灰中含有的硫酸鹽、碳酸鹽等，在實驗步驟_______(填序號）中實現與碘分離。(4)請設計一種檢驗水溶液中是否含有碘單質的方法：_______________取少量水溶液于試管中，加入幾滴淀粉溶液，觀察是否出現藍色。如果變藍，則說明含有碘單質。

⑤

(6)步驟⑥的目的是分離出碘和回收CCl4，操作方法是____

裝置選_

__蒸餾

C

教材P106

5.(1)從海水提取鈾和重水，用于_____開發。(2)開發________、________等新型能源。核能潮汐能波浪能課堂小結化石燃料的綜合利用學習目標1.結合石油化工等實例了解化學在生產中的具體應用，認識化學工業在國民經濟發展中的重要地位。2.以煤、石油等的開發利用為例，了解依據物質性質及其變化綜合利用資源和能源的方法。3.認識化學對于構建清潔低碳、安全高效的能源體系所能發揮的作用，體會化學對促進人與自然和諧相處的意義?；剂厦菏吞烊粴馊祟愂褂玫闹饕茉粗匾幕ぴ暇C合利用、提高利用率、減少環境污染煤的綜合利用1.煤的組成——有機物+少量無機物主要元素其他元素CH、O、N、S等褐煤泥煤無煙煤【思考】煤作為燃料有什么缺點？

煤燃燒產生大量的煤灰、煤渣、廢氣（SO2、氮的氧化物、碳的氧化物和煙塵等），污染環境，燃燒效率低！煤的綜合利用煤的干餾、煤的氣化、煤的液化(1)煤的干餾：將煤隔絕空氣加強熱使它分解的過程。煤焦油出爐煤氣焦炭【思考】煤的干餾為什么要隔絕空氣？

若不隔絕空氣，在高溫條件下，煤會在空氣中燃燒。表8-1煤的干餾的重要產品和用途

干餾產物主要成分主要用途出爐煤氣焦爐氣H2、CH4、乙烯、CO氣體燃料、化工原料粗氨水NH3、銨鹽化肥、炸藥、染料、醫藥、農藥、合成材料粗苯苯、甲苯、二甲苯煤焦油苯、甲苯、二甲苯酚類、萘染料、醫藥、農藥、合成材料瀝青筑路材料、碳素電極焦炭碳冶金、合成氨造氣、電石、燃料煤的綜合利用(2)煤的氣化將煤轉化為可燃性氣體的過程。主要反應：水煤氣

C+H2O(g)

CO+H2

高溫【思考】為什么一不小心將少量水灑在燒得通紅的煤上時，火不但沒有熄滅，反而燒得更旺？

這就是煤的氣化，燒得通紅的煤與水蒸氣反應生成可燃性氣體H2和CO，所以燃燒更旺。CO+2H2CH3OH（甲醇）催化劑(3)煤的液化直接液化：使煤與氫氣作用生成液體燃料間接液化：先轉化為CO和H2，然后在催化劑作用下合成甲醇將煤轉化為液體燃料的過程。煤的綜合利用閱讀課本P102前五段內容，列表比較煤的綜合利用途徑的區別煤的利用途徑煤的干餾煤的氣化煤的液化原理主要反應產品用途CO、H2等可燃性氣體物質液態燃料油、甲醇等將煤轉化為可燃性氣體（水煤氣）的過程直接加氫液化或間接液化將煤轉化為液態燃料的過程可作燃料可作燃料；基本化工原料隔絕空氣加強熱出爐煤氣、煤焦油、焦炭很廣泛分解反應

C+H2O(g)

CO+H2

高溫CO+2H2CH3OH（甲醇）催化劑

C+H2O(g)

CO+H2

高溫天然氣的綜合利用液化天然氣公交車天然氣灶A.

燃料——清潔能源1.天然氣組成——主要成分是甲烷B.化工原料：生產甲醇、合成兩碳或多碳有機物2.天然氣用途石油的綜合利用組成汽油、煤油、柴油等多種碳氫化合物組成的混合物直接從礦井里開采出來的石油分餾、裂化、裂解、催化重整石油加工處理原油石油的綜合利用石油的分餾原理：利用原油中各組分沸點的不同進行分離的過程。分餾產物：石油氣汽油、煤油、柴油等蠟油、潤滑油重油（瀝青等）輕質液體燃料【思考】用什么方法分離重油？為什么？

減壓蒸餾，減壓是為了降低重油的沸點，避免溫度過高發生分解。石油的裂化在一定條件下（加熱、催化劑），把相對分子質量大、沸點高的烴斷裂為相對分子質量較小、沸點較低的烴。裂化的目的:提高輕質汽油的產量。相對分子質量大沸點高的烴相對分子質量小沸點較低的烴斷裂原料：重油、石蠟產物：汽油、煤油、柴油、潤滑油等C16H34十六烷C8H18辛烷＋C8H16辛烯

催化劑

加熱、加壓C8H18辛烷C4H10丁烷＋C4H8丁烯

催化劑

加熱、加壓裂化汽油（含烯烴、烷烴）石油的裂解采用比裂化更高的溫度，使其中相對分子質量較大