化学与自然资源的开发利用学案 2.docx

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化学与自然资源的开发利用学案2

第四章化学与自然资源的开发利用学案

第一节开发利用金属矿物和海水资源（第1课时）

【重点】1、金属的冶炼方法。

2、铝热反应原理及实验。

一、金属矿物的开发利用

1、金属在自然界中的存在形式

（1）态：

金、铂等极少数的不活泼金属以存在（单质的形式）。

（2）态：

绝大多数金属在自然界中是以（化合物的形式）存在，如铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。

注：

金属化合物中，金属元素都显化合价。

2、金属的冶炼：

金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中出来的生产过程。

金属的不同，可以采用不同的冶炼方法。

总的说来，金属的性质越，越容易将其从化合物中出来。

（1）金属冶炼的一般方法：

①热分解法对于金属（活动顺序中，Hg及Hg以后）可以直接用的方法将金属从其化合物中还原出来，例如：

＿HgO

＿Ag2O

②热还原法：

在金属活动性顺序表中处于位置的金属（Zn---Cu）,通常是在高温下用还原剂（、、、等）将金属从其化合物中还原出来，例如：

Fe2O3+3CO

WO3+3H2

ZnO+C

Cr2O3+2Al

（铝热反应）

【演示实验4-1】铝热反应

I.操作：

课本P89

Ⅱ.实验现象：

Ⅲ.化学反应方程式：

Fe2O3+2Al

（铝热反应）

Ⅳ.铝热剂及应用：

（1）铝热剂：

铝粉与某些金属（比铝不活泼的金属）氧化物的混合物。

在高温下发生反应，放出大量的热，其混合物称为铝热剂；反应称为铝热反应。

（2）铝热反应的特点：

在高温下引燃后剧烈反应，放出大量的热，产生高温，使被还原出来的金属熔化，与熔渣分离。

体现铝的还原性、氧化铝高熔点的性质。

（3）铝热反应的应用：

①焊接钢轨；②冶炼高熔点金属：

V、Cr、Mn等。

③电解法：

活泼金属（活动顺序中：

K---Al）较难用还原剂还原，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，例如：

2NaCl（熔融）

MgCl2（熔融）

2Al2O3（熔融）

④其他方法：

火法炼铜Cu2S+O2

2Cu+SO2

湿法炼铜Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu

【总结】金属活动顺序表中不同金属冶炼方法的选择

KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAg

（2）金属提炼一般步骤：

①；②；③。

3、有效利用金属资源的途径：

①提高金属矿物的；②减少金属的；

③加强金属资源的；④使用代替金属材料，节约矿产资源、保护矿产资源。

【课堂练习】

（）1、冶炼金属一般有下列四种方法：

①焦炭法，②水煤气（或H2或CO）法，③活泼金属置换法，④电解法。

四种方法在工业上均有应用。

古代有（Ⅰ）火烧孔雀石法炼铜，（Ⅱ）湿法炼铜，现代有（Ⅲ）铝热法炼铬，（Ⅳ）从光卤石（KCl•MgCl2•6H2O）中炼镁，对它们的冶炼方法分析不正确的是

A．（Ⅰ）用①B．（Ⅱ）用②　C．（Ⅲ）用③　D．（Ⅳ）用④

2、工业上用铝土矿（主要成分是Al2O3）生产铝的过程，可用简单示意图表示如下（图中字母代表有关物质的分子式）

请写出①～④反应的方程式。

①；②；

③；④。

【新知巩固】

（）1.关于金属元素在自然界存在的情况的叙述中，正确的是

A、金属元素仅存在于矿物中B、金属元素存在于矿物和动物体內，但植物体內不含

C、少数金属元素以游离态存在，大多数金属元素以化合态存在

D、金属元素不仅存在矿物中，动物和植物体內也存在少量金属元素

（）2.下列化学方程式，能用于工业上冶炼金属镁的是

A、2Na+MgCl2==2NaCl+MgB、MgCl2（熔化）

MgO+Cl2

C、2MgO

2Mg+O2D、MgO+C

MgO+C

（）3．下列金属①铁、②镁、③锰、④矾、⑤铬。

可用铝热法制备的有

A.①②④B.①②③⑤C.①③④⑤D.①②③④⑤

（）4．在冶金工业上，通常均不能用化学还原剂制得的金属组是

A．Na、Ba、Mg、A1B．Zn、Fe、Cu、Ag

C．Na、K、Zn、FeD．Mg、Al、Zn、Fe

（）5．铝能用于冶炼难熔的金属（如Fe、Mn等），这是因为铝具有一下性质中的

A.两性B.导电性好C熔点低D．还原性及冶炼反应中放出大量的热

（）6．下列化工生产原理错误的是

①可以用电解熔融的氯化钠的方法来制取金属钠②可以用钠加入氯化镁饱和溶液中制取镁③用电冶铝时，原料是氯化铝④炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，故无需加热

A.②③B.①③C.①②③D.②③④

（）7．二战期间，丹麦科学家玻尔被迫离开被德军占领的祖国时，为了表明一定要返回祖国的决心，就把自己获得的金质诺贝尔奖章放在盛有王水的玻璃瓶中留了下来；反应的化学方程式为：

Au＋HNO3＋3HCl＝AuCl3＋NO↑＋2H2O；战后，玻尔从溶液中提取金，又重新铸成了奖章。

下列方法中，你认为不能从溶有黄金的王水中提取出金的是（    ）

A.用铁置换         B.电解其水溶液        C.先蒸发水分后灼烧固体         D.过滤

（）8．H2作还原剂和金属作还原剂相比，所得金属的纯度的说法正确的是

A．用H2的高B．用金属的高C．二者相同D．无法比较

（）9．从金属利用的历史来看，先是青铜器时代，而后是铁器时代，铝的利用是200来年的事。

下列跟这个先后顺序有关的是①地壳中的金属元素的含量，②金属活动性顺序，③金属的导电性，④金属冶炼的难易程度，⑤金属的延展性

A．①③B．②⑤C．③⑤D．②④

（）10．单质A能从盐溶液中置换出单质B，则下列说法中，不正确的是

A.当A、B都是金属时，A一定比B活动性强

B.当A、B都是非金属时，A一定比B活动性强

C.当A是金属时，B可能是金属，也可能是非金属

D.当A是非金属时，B可能是金属，也可能是非金属

11．汽车尾气（含有烃类、CO、SO2与NO等物质）是城市空气的污染源之一，治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”（用铂、钯合金作催化剂），它的特点是使CO与NO反应，生成可参与大气生态循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。

（1）写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式：

。

（2）“催化转换器”的缺点是在一定程度上提高了空气的酸度，其原因是

。

（3）控制城市空气污染源的方法可以有（多选算错）

A.开发氢能源B.使用电动车C.植树造林D.戴上呼吸面具

12．古代的“药金”外观与金子相似，常误认为是金子（现在屡屡发生的“假元宝”骗人事件）。

冶炼方法如下：

将碳酸锌、赤铜矿（Cu2O）和木炭混合加热至800℃得金光闪闪的“药金”。

试回答下列问题：

⑴“药金”的主要成分是_______。

⑵有关的化学反应方程式是：

_______________________。

⑶利用你所学的化学知识，设计鉴别真假元宝的方法：

_____________________________。

13．实验室的废酸液不能直接倒入下水道，是因为_______________________，工厂师傅在切割钢板时，常用硫酸铜溶液画线，是因为（用化学方程式表示）。

14．粉末状试样A是由等物质的量的MgO和Fe2O3组成的混合物。

进行如下实验：

①取适量A进行铝热反应，产物中有单质B生成；

②另取20gA全部溶于0.15L6.0mol·L-1盐酸中，得溶液C；

③将①中得到的单质B和溶液C反应，放出1．12L（标况）气体，同时生成溶液D，还残留有固体物质B；④用KSCN溶液检验时，溶液D不变色。

请填空：

（1）①中引发铝热反应的实验操作是，产物中的单质B是。

（2）②中所发生的各反应的化学方程式是。

（3）③中所发生的各反应的离子方程式是。

（4）若溶液D的体积仍视为0．15L，则该溶液中c（Mg2+）为，c（Fe2+）为。

第一节开发利用金属矿物和海水资源（第2课时）

一、海水水资源的利用

1、海水淡化

①海水的方法：

主要有、电渗析法、法等。

②海水的蒸馏：

主要仪器有，烧瓶中还要加入，目的是为了防止。

2、直接利用：

海水进行。

二、海水中的化学资源的开发利用：

海水中含有的各种元素的特点：

种类多，总储量大，富集程度低。

因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集的问题。

1、从海水中提取物质的方法

I.海水制盐

Ⅱ.从海水中提取镁的主要工艺流程：

镁是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁从海水中提取。

主要步骤如下：

（1）为了使MgSO4转化为Mg（OH）2，试剂①可以选用 ，要使MgSO4完全转化为沉淀，加入试剂①的量应 ；验证MgSO4已完全转化为Mg（OH）2的方法是。

（2）加入试剂①后，能够分离得到Mg（OH）2沉淀的方法是 。

（3）试剂②可以选用   。

（4）无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl2，写出该反应的化学方程式：

Ⅲ.从海水中提取溴的主要工艺流程

（1）用蒸馏法将海水浓缩。

用硫酸将浓缩的海水酸化。

向酸化的海水中通入适量的氯气，使转化为。

反应的化学方程式为：

；

（3）向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到的目的，反应的化学方程式为：

＿Br2＋＿SO2＋＿H2O＝

（4）向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气，反应的化学方程式为：

（5）用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质，得到产品溴。

Ⅳ.【实验4—2】从海带中提取碘

（1）反应原理：

海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂（H2O2）将其氧化成I2，再用有机溶剂将I2萃取出来。

用H2O2做氧化剂，反应的离子方程式是：

（2）操作步骤：

①取约3g干海带，把表面的浮着物用刷子刷净（不要用水冲洗，以免洗去表面的碘化物），用剪刀剪碎后，用酒精湿润，放入坩埚中。

点燃酒精灯，灼烧海带至完全变为灰烬（注意通风）停止加热，冷却。

②将海带灰转移到小烧杯中，向其中加入10ml蒸馏水，搅拌、煮沸2～3min,过滤。

③在滤液中滴入几滴稀硫酸（3mol/l）,再加入1mLH2O2（3%），现象：

溶液。

再加入几滴淀粉溶液，现象是：

溶液。

（3）提取I2流程：

2、新型能源的开发

（1）和是核能开发的重要原料。

（2）和是有待开发的新型能源。

【课堂练习】

1、从海水中提取金属镁的生产步骤有：

①浓缩结晶，②加熟石灰，③加盐酸，④过滤，⑤熔融电解，正确的生产步骤顺序是_。

2、按下述实验过程填空：

（1）写出上述反应的化学方程式：

①；②；

 。

（2）溶液的颜色：

a：

；b：

；c：

；d：

。

【新知巩固】

（）1．在相同条件下，对环境污染最小的燃料是

A.液化气B.煤油C.煤饼D.木柴

（）2．下列商品不能称为“绿色商品”的是

A.无铅汽油B.无磷洗衣粉C.无氟冰箱D.无碘食盐

（）3．下列产品的使用不会对环境造成污染的是

A.含磷洗衣粉B.酒精C.氟利昂D.含汞电池

（）4．中国食盐产量居世界首位。

下列实验室中的操作类似“海水磨盐”原理的是

A.蒸馏B.蒸发C.过滤D.搅拌

（）5．工业上利用下述反应在真空中炼铷：

2RbCl+Mg

MgCl2+2Rb.这一反应能进行的原因是

　A．在高温下镁的金属活动性比铷强　B．铷的沸点比镁低，以气体形式被抽去

　C．铷的熔点比镁低，以液体形式被抽去　D．MgCl2的稳定性比RbCl的强

（）6．2000年5月，在香港拍卖会上，保利集团花费3000多万港币购回火烧圆明园时流失的国宝：

铜铸的牛首、猴首和虎首。

普通铜器时间久了容易出现铜绿，其主要成分是[Cu2（OH）2CO3]。

这几件1760年铜铸的国宝在240年后看上去依然熠熠生辉不生锈，下列对其原因的分析，最可能的是

　A．它们的表面都镀上了一层耐腐蚀的黄金

　B．环境污染日趋严重，它们表面的铜绿被酸雨溶解洗去

　C．铜的金属活动性比氢小，因此不易被氧化

　D．它们是含一定比例金、银、锌的铜合金

（）7．在有关海洋资源的开发和利用的下列说法，正确的是

A．从海水中提取铀和重水对一个国家来说具有战略意义　　　

B．化学在开发海洋资源药物方面作用有限   

C．潮汐能、波浪能是海洋中受重视和开发的新能源　　

D．海洋中蕴藏着巨大的资源和能源，开发海洋资源可违背可持续原则

8．如图所示，分馏装置中，如果有错误请指出并加以改正：

（1），

（2），

（3）。

9．环境保护已成为当前和未来的一项全球性重大课题之一。

为消除目前燃料使用过程中的环境污染问题，并缓解能源危机，有专家提出利用太阳能促进燃料循环使用的构想（如图）。

这种构想或方案可用如下反应表示：

①2CO2

2CO+O2；②H2O

；

③N2+H2O

NH3+；④CO2+

CH3OH+；

⑤+H2O

CH4+。

（1）请完成上述化学方程式；

（2）要实现上述的一些构想，目前和今后要解决的关键问题是；

（3）如果光子的能量不够，上述反应是无法完成的。

而大自然已经解决了这个问题，即，它是地球上最重要的化学反应之一，请写出反应的化学方程式。

10．海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素，碘元离子的形式存在。

实验中从海藻提取碘的流程如图所示

（1）指出提取碘的过程中有关的实验操作名称①；写出过程②中有关反应的化学方程式。

（2）提取碘的过程中可提供选择的有机试剂为（）

A．酒精、四氯化碳B．四氯化碳、苯

C．汽油、醋酸D．汽油、甘油

（3）为使海藻灰中碘离子转化为碘的有机溶液，实验室里有烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器、物品，尚缺少的玻璃仪器是。

11．2010年6月5日世界环境日。

深圳及周边沿海城市海域赤潮现象日益严重，导致鱼类大量死亡，可见，海洋保护环境刻不容缓。

在海水中溴以溴化镁和溴化钠的形式存在。

经过晒盐和氯化钾后的卤水中，溴的含量已提高100倍左右。

只要把卤水加入反应塔中，通过氯气

（1）和水蒸气蒸馏，就可以把“溴”蒸出来

（2），也有借助煤油从海水中提溴的（3），煤油用过之后还可以回收（4）。

土法提溴可用盐酸作用于漂白粉（5）或用二氧化锰氧化盐酸制取氯。

请完成以下几个问题：

（1）写出卤水中通入氯气时发生反应的离子方程式。

______________________________。

（2）为什么通过蒸馏法就可以将溴蒸出来？

______________________________________。

（3）用煤油提取溴的方法叫______________________________，煤油能作溴的萃取剂的原因是______________________________，如何分离海水和溴的煤油溶液？

__________________。

（4）如何分离溴和煤油？

_________________________________________________________。

（5）漂白粉的主要成分是_______________，其中能与浓盐酸反应的是_______________，它跟盐酸反应的化学方程式为_____________________________________________，这是一个氧化还原反应，其中氧化剂是_______________，盐酸表现_______________性。

第二节资源综合利用环境保护学案

一、煤的综合利用

1．煤的组成：

_____________________________________组成的复杂混合物。

主要含有___________元素，还含有少量的等元素。

2．煤的综合利用主要是通过____________、___________和__________，获得洁净的燃料和多种化工原料。

（1）煤的干馏：

属于变化。

①煤的干馏原理：

把煤隔绝空气加强热使它分解的过程，如右图：

②煤干馏的主要产物和用途（阅读课本）

（2）煤的气化

煤的气化是将过程。

煤气化的主要反应是____________________。

水煤气的主要成分为。

（3）煤的液化直接液化是___________________，间接液化是_________________________。

二、石油的综合利用

1．石油的成分：

石油是由组成的混合物。

固定的熔沸点。

2．石油的分馏：

属于过程。

（1）石油的分馏原理：

利用各种烃的沸点不同，将石油不断的加热----汽化----冷凝---液化，把石油分离成不同的蒸馏产物（叫做馏分，仍然是混合物）。

【实验如图所示】将100mL石油注入到蒸馏烧瓶中，再加入几片碎瓷片以防石油暴沸．然后加热，分别收集60℃～150℃和150℃～300℃时的馏分，就可以得到汽油和煤油。

（2）石油的分馏产物：

石油气、汽油、煤油、柴油、重油等．

3．石油的裂化和裂解：

属于过程。

（1）裂化的原理：

在一定条件下，将相对分子质量较、沸点较的烃断裂为相对分子质量较的烃的过程。

裂化的目的：

提高轻质液体燃料的产量。

（2）裂解的原理：

裂解又叫深度裂化，是以比裂化更高的温度，使长链烃断裂为短链烃的过程。

裂解的目的：

获得乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料，进行三大合成。

4．石油的催化重整：

石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构的重新调整，使链状烃转化为环状烃（如苯或甲苯等）。

三、清洁燃料有：

四、合成材料

1．三大合成材料：

________________、________________、_________________

2．写出下列反应方程式:

乙烯合成聚乙烯________________________________________

丙烯合成聚丙烯________________________________________

聚苯乙烯的加聚________________________________________

聚氯乙烯的加聚________________________________________

五.绿色化学

1．绿色化学核心是_______________________________________________________

2．原子经济即_________________________________________________________；此时原子利用率为________。

【课堂练习】

（）1．

观察右图，下列叙述错误的是（）

A.右图实验中发生了化学变化

B.液体X的pH＞7，液体Y是一种黑色黏稠状液体

C.气体Z易燃，可还原CuO，也可使溴水褪色

D.试管A中产生浓的白烟

（）2．下列说法正确的是

A．石油的炼制过程都是化学变化过程

B．石油分馏的目的是将含有碳原子数较多的烃先气化，经冷凝而分离出来

C．石油经过常、减压分馏及裂化等工序炼制后即能得到纯净物

D．石油分馏出来的各馏分仍是多种烃的混合物

【新知巩固】

（）1.工业上乙烯的最主要来源是

A.石油分馏B.煤的干馏C.重油裂解D.天然气分解

（）2.2010年6月5日是世界环境日，也是北京逾20万名驾驶员发起的“为首都多一个蓝天，我们每月少开一天车”环保公益活动的第一天。

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（CNG），另一类是液化石油气（LPG）。

这两类燃料的主要成分都是

A.碳氢化合物B.醇类C.氨气D.氢气

（）3.2010年3月12日，中国室内装饰学会环境监测委员会提醒民众警惕室内环境污染问题。

“厨房化学”是指利用家庭生活用品来进行化学实验，从而对化学进行学习和探讨的活动。

下列实验能在“厨房化学”中完成的是

A.CO2气体不能支持蜡烛燃烧B.检验食盐中是否含碘元素

C.检验自来水中是否含有Cl-D.检验鸡蛋皮可否溶于酸

（）4.1838年3月纽卡斯尔市的一些园艺家访问大物理学家法拉第，向他请教一个奇特而有趣的问题：

为什么别处生长的紫罗兰花都是紫色的，而生长在纽卡斯尔市的紫罗兰花却是白色的？

法拉第经过一番研究，得出结论，后来被化学家证实并在工业上广泛应用。

法拉第的结论是

A.遗传变异B.纽卡斯尔市民用自来水浇花

C.施花肥不当D.纽卡斯尔市空气中SO2含量较高

（）5.下列物质中能使溴水褪色，又能生成高分子化合物的是

A.苯B.甲烷C.乙烯D.丙烯

（）6.工业上获得苯主要通过

A.煤的干馏B.石油的常压分馏

C.己烷的催化重整D.以甲烷为原料合成

（）7.石油分馏可得到汽油，也叫直馏汽油；重油裂化也可得到汽油，叫裂化汽油。

下列对两者叙述正确的是

A.两者的性质无区别B.裂化汽油比直馏汽油的沸点高

C.裂化汽油中含有不饱和链烃，而直馏汽油中不含不饱和链烃（分子呈链状的烃）

D.可用溴水或高锰酸钾酸性溶液鉴别它们

（）8.下列变化属于化学变化，且产物中兼有气体、液体、固体的是

A．石油分馏B．石油裂解C．煤的干馏D．煤的气化

（）9.下列反应制取乙醇，原子经济性最差的是（）

A．乙烯水化法：

CH2=CH2+H2O→CH3CH2OH　

B．乙醛还原法：

CH3CHO+H2→CH3CH2OH　

C．卤代烃水解法：

CH3CH2Br+H2O→CH3CH2OH+HBr

D．酯类水解法：

CH3COOC2H5+H2O→CH3COOH+C2H5OH

10.上网查阅有关煤的干馏资料，并根据下图所示煤的干馏实验，完成下列问题：

（1）指出图中各仪器的名称：

a_________，

b_____________，c__________，d______________。

（2）装置c的作用是_________________，d中液体有_________________和_________________。

其中的有机物里溶有_________________，可用_________________检验出来；有机物可通过_________________方法使其中的重要成分分离出来。

（3）e处点燃的气体是_________________，火焰是_________________色。

11．为了防治水的污染，环境监测站需要经常测定水中的溶氧情况。

主要方法是；量取amL水样，迅速加入固定剂MnSO4和碱性KI（含KOH），完全反应后加入硫酸使之生成I2，再用bmol·L-1Na2S2O3溶液滴定，消耗VmL（以淀粉为指示剂）。

有关的离子方程式为：

①2Mn2++O2+4OH-=2MnO（OH）2；

②MnO（OH）2+2I-+4H+=Mn2++I2+3H2O；③I2