RJ必修2化学第四章-学业测评知识点.pdf

<p>第四章 化学与自然资源的开发利用第一节 开发利用金属矿物和海水资源课标三维目标课标解读常见题型真题链接1以金属矿物的开发和利用为例，认识化学方法在实现物质间转化中的作用。2了解海水资源开发和利用的前景及化学在其中可以发挥的作用。综合题型选择题2012江苏卷，T1，2 分2012山东基本能力，T21，2 分三层完全解读1 知识能力聚焦1.1.金属矿物的开发利用金属矿物的开发利用1.1 自然资源与可持续发展 (1)自然资源：指在一定时间、地点的条件下能够产生经济价值的，以提高人类当前和将来福利的自然环境因素和条件的总称。(2)可持续发展 目标：满足人类的需要；强调人类的行为受到自然界的制约；强调人类代际之间、人类与其他生物种群之间、不同国家和不同地区之间的公平。内容：经济可持续发展；社会可持续发展；资源可持续发展；环境可持续发展；全球可持续发展。1.2 金属的存在 游离态：如金、铂等不活泼金属 化合态：绝大多数金属如钠、钾、钙、镁等 【特别提醒】金属存在的形式与其活泼性有直接的关系，少数很不活泼的金属以游离态形式存在。1.3 常见金属的冶炼 (1)冶炼原理金属冶炼的实质是根据氧化还原反应，使金属矿物中的金属阳离子得到电子生成金属单质的过程。+(2)治炼方法热分解法分解：2 2+2 分解2：22 4+2?电解法冶炼纳：2NaCl(熔融)2Na+Cl2 冶炼镁：l2(熔融)Mg+Cl2 冶炼铝：223(熔融)4Al+32?热还原法高炉炼铁：23+32+32 铝热反应(炼铁)：23+2Al2Fe+Al23?其他方法 湿法炼铜：+4=4+火法炼铜：2+22+2?【特别提醒】同一种金属有时可以用不同的冶炼方法，如铜可用热还原法冶炼，也可以用湿法冶炼。【归纳小结】金属活泼性与冶炼方法的关系1.4 铝热反应实验装置镁带：为铝热反应的起始反应提供高温条件，作引发剂氯酸钾：为镁带继续燃烧提供氧气氧化铁和铝粉的混合物实验现象镁带剧烈燃烧，放出一定的热，并发出耀眼的白光，氧化铁和铝粉在较高温度下发生剧烈的反应；纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落人沙中实验结论常温下，铝与氧化铁发生反应，放出大量的热，反应的化学方程式为2+203 Al23+2原理应用制取熔点较高的金属，如铬、锰、钨等，；32+43+2Al23金属焊接，如野外焊接钢轨等 【特别提醒】铝热反应实质上是用较活泼的铝，把活泼性相对弱的金属从其氧化物中还原出来。铝热法通常用来冶炼一些高熔点的金属，如铁、锰、钒、钨等。1.5 金属冶炼方法与金属活动性的关系金属的活动性顺序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb、(H)、CuHg、AgPt、Au金属原子失电子能力强弱金属离子得电子能力弱强主要冶炼方法电解法热还原法热分解法富集法还原剂或特殊措施强大电流提供电子2、等加热加热物理方法或化学方法【特别提醒】用电解法冶炼活泼金属时，电解的是熔融的金属化合物，而不是金属化合物的水溶液。因为在其水溶液中，阴极放电的是 H+，而不是金属阳离子，故得不到金属单质。【思考 1】存在于海底的大量多金属结核矿，将是人类重要的金属资源，请你推测目前开发这些海底金属资源可能会遇到哪些主要问题，并将你的看法同大家交流。【答案】目前海底矿藏资源的勘探和开采技术还不够成熟，要投入使用将面临更多问题。除了成本比陆地高外，还存在破坏生态环境等问题。有资料表明，开采海底矿藏作为一种产业将在 20102030 年才能形成。【思考 2】通过调查访问和查阅资料，了解回收废旧钢铁、铝制品等在节约能源、保护环境、降低成本等方面的意义。【答案】废旧金属资源的再生利用肩负着提供新资源、改善环境和保护人类生存条件等任务，是一项利在当代、功在千秋的社会性公益事业。我们应该形成节约资源、爱护环境、变废为宝的意识。有资料表明，回收一个铝合金饮料罐比制造一个新罐可便宜约 20070，而且可节约约 95%的能源；利用废钢炼 1t 钢，可节约矿石约 2t、焦炭约 1t、石灰石约 0.5 t。2.2.海水资源的开发和利用海水资源的开发和利用 2.1 海水资源 海水中的元素可分为以下几种：海水中的元素、2 常见元素：、微量元素?2.2 海水水资源的利用 海水水资源的利用主要包括海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却。海水的淡化方法主要有：蒸馏法、电渗析法、离子交换法。2.3 海水化学资源的开发利用 (1)以海水中 NaCI 为原料的相关化工产品相关化学反应：2+222+l2+2 2+l2=+2 2()2+22=2+()2+22 2+22l(2)海水提取溴：主要方法是空气吹出法。主要流程：2+2=2 +2 2+02+22=2+204 2+2=2+22 方法技巧平台3.3.常用于物质分离的几种方法常用于物质分离的几种方法物质的分离是指通过适当的方法，把混合物中的几种物质分开（要还原成原来的形式），分别得到几种比较纯净的物质。(1)蒸馏法：适用于分离互溶，但沸点不同的液态混合物。如酒精与水的分离、海水淡化等。主要仪器：铁架台、酒精灯、石棉网、大烧杯、蒸馏烧瓶、冷凝器、锥形瓶、温度计。装置图（如下图）：注意事项：a蒸馏烧瓶需垫石棉网加热或水浴加热。b蒸馏烧瓶所盛液体不能超过烧瓶容量的 1/2。c需向蒸馏烧瓶中加几粒沸石或几片碎瓷片，以防液体暴沸。d温度计的量程应高于馏分的最高沸点，要使温度计的水银球在蒸馏烧瓶的支管口处。e若对馏分在冷凝器里用自来水冷却，自来水要从冷凝器的水口的低口进、高口出。(2)结晶法：适用于分离各组分均溶于水，但溶解度随温度变化差别较大的固体混合物。如 NaCl 与 KN03的分离。(3)过滤法：适用于分离一种可溶，另一种不溶的固态混合物。如 NaCl 与BaS04的分离。(4)分液法：适用于分离两种互不相溶的液态混合物。如苯和的分离。(5)萃取法：适用于分离溶质在两种互不相溶的溶剂中溶解度不同的混合物。如用 CCl4萃取碘水中的碘。(6)洗气法：适用于分离各气体与吸收剂作用不同的气态混合物。如 CO2与CO 的分离。(7)升华法：适用于分离其中一组分有升华特征的固体混合物。如碘与沙子的分离。3 创新思维拓展4.4.自然资源的开源和节流自然资源的开源和节流人类社会的发展对自然资源的依赖越来越大，缓解当前能源和资源紧张问题的途径是开源和节流两个方面。(1)海洋资源的开发 海洋资源是指能在海水中生存的生物，溶解于海水中的化学元素和淡水，海水运动所产生的能量，海水中贮存的热量，深层海底蕴藏的资源，特别是海底各种固态矿物，以及在深层海水中形成的压力差，海水与淡水之间所具有的浓度差等。按照资源的属性，海洋资源又可分为“生物资源”、“矿产资源”、“化学资源”和“动力资源”四种。(2)太阳能的开发太阳能是一个尚未完全开发的能源。太阳能的能量转化途径之一：太阳能葡萄糖纤维素或淀粉化石能源。这是太阳能的自然转化过程，仿制和开发一个与植物光合作用相近的化学反应系统，是解决能源问题的研究方向之一。(3)太空能源的开发太空其他星球上也可能存在极为丰富的可供人类生存所需的能源，我们的探月工程目标之一就是探测3在月球上的储量。第二节 资源综合利用 环境保护课标三维目标课标解读常见题型真题链接1认识化石燃料综合利用的意义。2以酸雨的防治和无磷洗涤剂的使用为例，认识化学对环境保护的意义。3认识合成物对人类生活的影响，认识化工生产中遵循“绿色化学”思想的重要性。选择题选择题选择题2011江苏高考，T1,2 分2012上海高考，T2：2 分2012海南高考，T1，6 分2011福建高考，T6，6 分21013山东高考，T7，6 分2012四川高考，T29，16 分三层完全解读1 知识能力聚焦1.1.煤、石油和天然气的综合利用煤、石油和天然气的综合利用1.1 煤的综合利用(1)煤的组成【特别提醒】煤是多成分组成的混合物。煤是不可再生的化石燃料。(2)煤的综合利用 【特别提醒】干馏和蒸馏是两个不同的概念，前者是化学变化，后者是物理变化。煤的气化和液化都是化学变化，其目的都是把煤转化成清洁能源，提高利用率。1.2 天然气的综合利用 【拓展】甲烷水合物是一种固态化合物，可表示为 CH4nH2O，甲烷分子处于由多个水分子形成的笼中。有可燃性，故又称为“可燃冰”，是新型洁净能源。1.3 石油的综合利用 (1)石油的组成 石油主要是由多种碳氢化合物组成的混合物。石油的组成成分中，在常温常压下有的呈气态有的呈液态，还有的呈固态，即石油各组分之间沸点差距大。(2)石油的综合利用 【特别提醒】石油的分馏是物理变化，由于石油中有些成分的沸点接近，因此馏分一般还是混合物。裂化和裂解都是化学变化，但两个概念不同，反应条件和反应产物均不同。裂解是更深度的裂化。1.4 以煤、石油和天然气为原料生产合成燃料 (1)三大合成材料：塑料、合成橡胶、合成纤维。它们都是以石油、煤和天然气为原料生产的。(2)合成高分子材料的重要反应加聚反应：缩聚反应：【特别提醒】a加聚反应和缩聚反应都是形成、合成高分子材料的重要反应。b加聚反应实质上是加成反应，只聚合成高分子化合物；缩聚反应实质上是取代反应，除生成高分子化合物外还会有小分子生成。(3)高分子化合物中几个概念 单体：聚合成高分子化合物的小分子化合物，如 CH2=CH2是聚乙烯的单体。链节：高分子化合物中的最小重复结构单元，如聚乙烯的链节为CH2CH2一。2.2.环境保护与绿色化学环境保护与绿色化学 2.1 环境保护 (1)环境问题的含义 通常所说的环境问题，主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。(2)环境污染 大气污染：大气污染物主要来自化石燃料燃烧和工业生产过程中产生的废气及其携带的颗粒物。水源污染：工业生产中的废水（废液）及生活排污。废渣等固体废弃物的污染。“三废”对环境的污染必须治理。【思考 1】硫氧化物（SOx）和氮氧化物(NOx)是形成酸雨的主要物质。工业上常利用它们与一些廉价易得的化学物质发生反应加以控制、消除或回收利用。请举例说明这些方法的化学反应原理和类型。【答案】酸雨是指 pH5.6 的酸性降水，其主要成分是硫酸和硝酸，属于严重的大气污染现象，因区域性或随风漂移会形成对土壤肥力、森林、水生动植物和建筑物等的大范围危害。酸雨主要是由化石燃料的燃烧、金属矿物的冶炼、生产和使用硫酸、硝酸的工厂等排放的硫氧化物和氮氧化物所造成的。利用化学方法可以控制硫氧化物和氮氧化物的排放，进而控制酸雨的危害。例如，针对我国以煤炭为主、酸雨类型属于硫酸型的特点，主要采取燃料预脱硫、炉内脱硫和烟囱排气除硫等措施，用 CaCO3、CaO、Ca(OH)2、氨水等吸收硫氧化物。O()+O2()O3()2O3()+O2()2O4()O2+23+H2O=(4)203 再如，机动车辆的尾气排放也同样需要控制，其中的氮氧化物还是光化学污染的主要成因，它比硫氧化物的消除难度大，一般采用等在4、2、3等催化作用下使氮氧化物还原，转化为等无害气体。、2、O2、2O CH4+4NO24NO+CO2+2H2O CH4+4NO4N2+CO2+2H2O 【思考 2】含氮、磷的大量污水任意排向湖泊、水库和近海海域，会出现水华、赤潮等水体污染问题。请查阅资料了解有关的污染及造成污染的原因。【答案】工业生产中废水和污水的不适当排放、化肥的不合理使用以及生活污水任意排放都会造成严重的水体和水源污染。例如，含有大量氮、磷的污水排向湖泊、水库和近海海域，造成了水体的富营养化，出现藻类大量繁殖形成赤潮、水华等严重污染问题。我们日常使用的合成洗涤剂常用多聚磷酸盐作为助洗剂，在水体中经微生物催化后，容易水解为磷酸盐，成为引起水体富营养化的污染物。2.2 绿色化学 (1)绿色化学的含义：绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物。从科学观点看，绿色化学是化学科学基础内容的更新；从环境观点看，它强调从源头上消除污染；从经济观点看，它提倡合理利用资源和能源，降低生产成本。绿色化学示意图：【特别提醒】按照绿色化学的原则，最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时原子利用率为 100%。无机反应中的化合反应和有机反应中的加成反应、加聚反应的原子利用率均为 100%。(2)绿色化学的基本原则：防止污染的产生优于治理产生的污染；原子经济性（设计的合成方法应将反应过程中所用的材料，尽可能全部转化到最终产品中）；只要可行，应尽量采用对人类和环境低毒或无毒的合成路线；设计的化学产品应保留其功效，降低其毒性；应尽可能避免使用辅助物质（如溶剂、分离试剂等），如果使用也应是无毒的；应考虑到能源消耗对环境和经济的影响，并应尽量少使用能源（在常温、常压下进行）；只要技术和经济上可行，原料应是可再生的，而不是即将耗竭的；尽量避免不必要的衍生步骤；催化剂尽可能选择优于化学计量的试剂；化工产品在完成其使命后，应能降解为无害的物质，而不应残留在环境中；应进一步发展分析方法，使有害物质在生成前能够进行即时跟踪和控制；11 在化学转换过程中，所选用的物质和物质的形态应尽可能地降低发生化12学事故的可能性（包括泄漏、爆炸、火灾等）。【思考 3】以乙烯为原料生产环氧乙烷，经典的方法是氯代乙醇法，包括以下两步反应：总的反应可表示为：现代石油化工采用银作催化剂，可以实现一步完成：试计算两种生产工艺的原子利用率分别是多少？你还能举出其他原子利用率为 100%的化学反应类型和实际例子吗？原子利用率与产率相同吗？【答案】以乙烯为原料通过氯代乙醇法生产环氧乙烷，其原子利用率为：(环氧乙烷)(环氧乙烷)+(l2)+(2O)=25.4%,采用银催化一步合成环氧乙烷的原子利用率为 100%。以具有高反应活性的 GaP 纳米晶为催化剂直接以苯为原料，一步合成二联苯。产率（生成物而言）=（实际产量/理论产量）100%，原子利用率=（预期产物的相对分子质量/全部生成物的相对分子质量总和）100%。2 方法技巧平台3.3.蒸馏、分馏、干馏的比较蒸馏、分馏、干馏的比较名称蒸馏分馏干馏原理把液体加热到沸腾变为蒸气，再使蒸气冷却凝结成液体的操作对多组分混合物在控温下先后、连续进行的两次或多次蒸馏把固态混合物（如煤、木材）隔绝空气加强热使之分解的过程适用范围被蒸馏混合物中至少含有一种组分为液体；多组分沸点不同的混合物煤、木材等固态混合物各组分沸点差别较大变化类型物理变化物理变化主要是化学变化常用装置实验举例从自来水中提取蒸馏水，除去碘的溶l4液中的l4将石油分离为石油气、汽油、煤油等干馏煤、干馏木材【特别提醒】蒸馏实验的注意事项：(1)烧瓶中液体体积不能超过烧瓶容积的；23 (2)温度计的水银球应与蒸馏烧瓶的支管口平齐；(3)为了防止暴沸，应在烧瓶中加入少量碎瓷片（或沸石）；(4)冷凝管中冷却水应从下口进、上口出（逆流原理），先通冷却水，然后再加热，停止加热后，应继续通冷却水，以便将冷凝管中的蒸气充分冷凝。3 创新思维拓展4.4.酸雨成因及其危害酸雨成因及其危害 (1)酸雨的形成 酸雨中的酸度主要是由硫酸和硝酸造成的。它们占总酸度的 90%以上。我国的酸雨以硫酸型酸雨为主，主要是燃烧含硫物向大气中排放等酸O2性气体导致，。O222O3224 煤和石油中含有硫，在燃烧时，绝大部分硫转变成随烟气排人O2大气中。【特别提醒】a-般把 pH 小于 5.6 的雨水称为酸雨，它包括雨、雪、雾、雹等降水过程。b天然降水 pH 在 6 左右，这是由于大气中溶有 CO2的缘故。正常雨水的微弱酸性可以促进土壤里养分的溶解，便于植物吸收，因此是有益的。(2)我国酸雨的特点 酸雨分布面广，根据 23 个省、市、自治区调查情况表明，有 20 个地区出现酸雨。酸雨分布存在着明显的区域性，主要集中在西南、中南和华东地区，并且有从北到南逐渐加重的趋势。不少地区的酸雨已相当严重，而且逐年加重。酸雨的发展速度很快。酸雨主要是由硫酸及硫酸盐引起的。(3)酸雨的危害 对人体健康的直接危害，硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多，可以侵入肺的深部组织，引起肺水肿等疾病而使人死亡。引起河流、湖泊的水体酸化，严重影响水生动植物的生长。破坏土壤、植被、森林。腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料等。渗入地下，可能引起地下水酸化，酸化的水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中的高很多倍。(4)酸雨的防治要防治酸雨的污染，最根本的途径是减少人为的污染物排放。人为排放的二氧化硫主要是由于燃烧高硫煤(煤中一般含硫的质量分数为 0.3%0.5%)造成的。因此，研究煤炭中硫资源的综合开发与利用，是防治酸雨的有效途径。具体做法是：大力进行煤炭加工，综合开发煤、硫资源；对于高硫煤和低硫煤实行分产分运，合理使用；在煤炭燃烧过程中，采取排烟脱硫技术，回收二氧化硫，生产硫酸；发展脱硫煤、成型煤供居民使用；有计划地进行城市煤气化等。5.5.典型的环境污染典型的环境污染(1)温室效应 工农业生产及生活燃烧含碳化合物导致二氧化碳含量升高，造成全球气温上升，水位上升，陆地面积减少。(2)赤潮 工农业生产（如石油化工、炼金、化肥等）的废水中所含的氮、磷元素导致水体富营养化，从而使藻类大量繁殖，消耗水中大量的溶解氧，水质腐败变质、变臭，水生生物因缺氧死亡或被污染。淡水中叫水华，海水中叫赤潮。(3)酸雨 煤炭燃烧排放的二氧化硫和机动车排放的氮氧化物是形成酸雨的主要因素。降水的 pH5.6 时，将会对森林、农作物、材料和建筑物产生明显损害。(4)臭氧层空洞 氟氯代烃等物质的排放，使臭氧层被破坏。臭氧层被大量破坏后，吸收紫外线辐射的能力大大减弱，导致到达地球表面的紫外线明显增多，给人类健康和生态环境带来多方面的危害。(5)白色污染 主要是由生活、生产中抛弃使用后的难降解的塑料制品造成的，他们的主要危害：废旧塑料混在土壤中影响农作物吸收养分和水分，导致农作物减产；废旧塑料易被动物当作食物吞人，导致动物死亡;混入生活垃圾中的废塑料很难处理、回收，不易分解。(6)光化学烟雾 主要是由氮氧化合物、碳氢化合物造成的，能刺激人体器官，使人患病甚至死亡。(7)PM2.5细颗粒物 PM2.5 是指大气中直径小于或等于 2.5 微米的颗粒物，也称为可入肺颗粒物。它的直径还不到人的头发丝粗细的 1/20。它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5 粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。2013 年 2 月，全国科学技术名词审定委员会将 PM2.5 的中文名称命名为细颗粒物。单元知识梳理与能力整合高考命题趋向1.金属冶炼的化学原理及选择冶炼金属的具体方法。2.海水资源开发和利用的原理。例如，海水的淡化原理，从海水中提炼金属镁的原理等。3.石油炼制和煤的干馏原理。4.环境保护如酸雨的概念及酸雨形成的原因等。5.绿色化学、原子利用率的判断。归纳总结专题1金属矿物的开发利用金属冶炼的方法电解法：、等活泼金属 例：223(熔融)4Al+32 热还原法：、Pb、等较活泼金属例：2+O +2O 热分解法：Hg、等不活泼金属 例：2O 2+O2?2海水资源的开发利用3煤、石油、天然气的综合利用 4环境污染环境污染土壤污染城市污水、工业废水 垃圾及工矿企业固体废弃物化肥、农药?水污染酸、碱、盐等无机物污染重金属污染 耗氧物质污染 植物营养物质污染 石油污染 难降解有机物污染?大气污染粉尘 O2酸雨 NOx酸雨、光化学烟雾?</p>