化学与自然资源的开发利用.ppt

开始,学 案,化学与自然资源的开发利用,考点,1,考点,2,考点,1,开发利用金属矿物和海水资源,一、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还原出来的生产过程。金属的活动性不同，可以采用不同的冶炼方法。总的说来，金属的性质越稳定，越容易将其从化合物中还原出来。金属冶炼的方法主要有：,1.,热分解法：对于,金属，可以直接用,方法将金属从其化合物中还原出来，例如：,2HgO,；,2Ag,2,O,。,不活泼,加热分解,2Hg+O,2,4Ag+O,2,2.,热还原法：在金属活动性顺序表中处于,位置的金属，通常是用还原剂（,、,、一氧化碳、较活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，例如Fe,2,O,3,+3CO,；,WO,3,+3H,2,；,ZnO+C,；,Fe,2,O,3,+3Al,；,Fe+CuSO,4,=,。,3.,电解法,活泼金属较难用还原剂还原，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）,2Na+Cl,2,；,MgCl,2,（熔融）,；,2Al,2,O,3,。,高温,高温,高温,高温,电解,电解,电解,铜锌之间,焦炭,H,2,2Fe+3CO,2,W+3H,2,O,Zn+CO,2Fe+Al,2,O,3,Cu+FeSO,4,Mg+Cl,2,4Al+3O,2,一些对纯度要求较高的不活泼金属也可以采用电解其盐溶液的方法来进行冶炼，例如2CuSO,4,+2H,2,O 2Cu+2H,2,SO,4,+O,2,4.,有些金属可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来，例如：,Cu,2,S+O,2,。,二、海水资源的开发利用,1.,海水资源开发的方案,(1),从海水中提取淡水,海水淡化，海水淡化的方法主要有,法、,法、,法等。,(2),海水制盐,(3),从海水中提取,、,、,、,等化工产品。,(4),从海水中获取,、,作为核能开发的重要原料。,(5),从海水中获取其他物质和能量。,电解,高温,2Cu+SO,2,蒸馏,电渗析,离子交换,氯化钠,镁,钾,溴,铀,重水,2.,从海水中提取物质的方法,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问题。例如：,(1),从海水中提取溴的主要工艺流程,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,：化学反应为,。,向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，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,化学反应为,。,向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气,化学反应为,。,用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。,Br,-,Br,2,2NaBr+Cl,2,=Br,2,+2NaCl,吸收溴,Br,2,+SO,2,+2H,2,O=2HBr+H,2,SO,4,Cl,2,+2HBr=2HCl+Br,22),进行从海带中提取碘实验的反应原理及应注意的问题,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将其氧化成,I,2,，再萃取出来。如用,H,2,O,2,做氧化剂，反应的离子方程式是,。,实验注意事项,海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；用干海带从而易于燃烧；灼烧海带的地方要注意通风。,2I,-,+H,2,O,2,+2H,+,=I,2,+2H,2,O,1.,如图是我国古代冶铁图，你认为下述反应原理正确的是（）,A.Fe,3,O,4,4H,2,3Fe,4H,2,O,B.Fe,2,O,3,3C 2Fe,3CO,C.Fe,2,O,3,3CO 2Fe,3CO,2,D.Fe,2,O,3,2Al 2Fe,Al,2,O,3,高温,高温,高温,高温,B,一、金属冶炼与金属活动性顺序表,根据金属离子得电子能力不同而采用不同的方法。,金属的活,动顺序：,K,、,Ca,、,Na,、,Mg,、,Al,Zn,、,Fe,、,Sn,、,Pb,（,H,）,Cu,Hg,、,Ag,、,Pt,、,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,1.,电解法：,(,熔融,),：活泼金属,(K,Al),的冶炼常采用电解它的熔盐或氧化物的方法。,2.,还原剂法,(,高温,),：金属活动性顺序表中,Zn,Cu,之间的金属冶炼常采用此法。常用的还原剂有,H,2,(CuOCu),、,C(ZnOZn,),、,Na(TiCl,4,Ti),、,Al(Cr,2,O,3,Cr),、,CO(Fe,2,O,3,Fe),等。,3.,加热法：用于冶炼不活泼金属,Hg,、,Ag,2HgO 2Hg,O,2,，,HgS,O,2,Hg,SO,2,，,Ag,2,S,O,2,2Ag,SO,2,4.,湿法：,Fe,CuSO,4,=FeSO,4,Cu,5.,物理法：,Au,、,Pt,在自然界中主要以游离态存在，利用密度较大提取。,二、溴的制取,1.,工业制溴（以海水为原料）,(1),通,Cl,2,气将化合态的溴氧化成单质溴：,Cl,2,+2Br,-,=2Cl,-,Br,2,(2),以硫酸酸化，,NaBr,与,NaBrO,3,发生反应，结果化合态的溴转化为溴单质,5Br,-,+BrO,3,-,+6H,+,=3Br,2,+3H,2,O,2.,实验室制溴一般用,NaBr,、浓,H,2,SO,4,、,MnO,2,共热，即：,2NaBr+2H,2,SO,4,(,浓,)+MnO,2,Na,2,SO,4,+MnSO,4,+Br,2,+2H,2,O,三、铝热反应实验,1.,实验引发：镁条和氯酸钾为引燃剂,镁条的燃烧为铝热剂提供高温条件,氯酸钾为镁条继续燃烧提供氧,2.,反应现象：火星四射，纸漏斗被烧穿，有熔融物生成,方程式：,2Al+Fe,2,O,3,2Fe+Al,2,O,3,3.,铝热反应的应用：冶炼难熔金属,焊接钢轨。,高温,【,例,1】,金属热还原法广泛用于冶金过程中。用金属,A(,或其合金,),作还,原剂在高温下将另一种金属,B,的化合物还原以制取金属,B(,或其合,金,),的方法，通常是按还原剂来命名。,(1),用铝作还原剂产生金属铬，称为铝热法，化学方程式为,。,2Al,Cr,2,O,3,2Cr,Al,2,O,3,高温,(2),用硅作还原剂还原,V,2,O,3,冶炼钒，称为硅热法，化学方程式为,。,硅,(,特别是硅铁,),的价格比铝低，所以硅热还原法在铁合金及某些金属的生产中占有重要地位。但硅的还原能力不如铝，为使硅热还原更易进行，常加入,CaO,作熔剂。试分析加入,CaO,的作用：,。,(3),试写出用镁热还原,TiCl,4,生产金属钛的化学方程式：,。,2V,2,O,3,3Si 3SiO,2,4V,高温,加入,CaO,与生成的,SiO,2,反应，,CaO,SiO,2,CaSiO,3,，使反应更易进行,高温,TiCl,4,2Mg Ti,2MgCl,2,高温,1.,工业上冶炼金属，常用的方法有四种：,.,热分解法，,.,热还原法，,.,电解法，,.,湿法冶金,.,下表中金属与常用冶炼方法相符的是（）,金属,冶炼方法,A,钾、钙,B,钠、铝,C,铜、铁,D,银、汞,B,【,例,2】,海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素，碘元素以碘离,子的形式存在。实验室里从海洋中提取碘的流程如图所示：,(1),指出提取的过程中有关实验操作名称：,；,;,写出过程中有关反应的离子,方程式,。,(2),提取碘的过程中，可供选择的有机溶剂是,。,A.,水、酒精,B.,四氯化碳、苯,C.,汽油、乙酸,D.,汽油、酒精,(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,。,过滤,萃取和分液,2I,-,+Cl,2,=I,2,+Cl,-,B,漏斗、分液漏斗,(4),从含碘的有机溶液中提取碘和回收有机溶剂，还需经过蒸馏。指,出下图所示实验装置中的错误之处：,；,；,。,(5),进行上述蒸馏操作时，使用水浴加热的原因是,；,最后碘晶体在,里聚集。,【,解析,】,从海带中提取碘过程为灼烧浸泡过滤通,Cl,2,萃取蒸馏碘。由流程图知为过滤，为萃取、分液；萃取剂与水分层，只有,B,正确；从过滤、萃取操作分析，仪器还缺少漏斗和分液漏斗；为防止碘升华应水浴加热控制温度，使,CCl,4,挥发而碘留在蒸馏烧瓶中。,蒸馏烧瓶,缺石棉网,温度计的水银球不应插入液体中,冷凝管进出水的方向颠倒,使蒸馏烧瓶均匀受热、控制温度不过高,2.,海水是取之不尽的化工原料资源，从海水中可提取各种化工原料。,下图是工业上对海水的几项综合利用的示意图：,试回答下列问题：,1),粗盐中含有,Ca,2,、,Mg,2,、,SO,4,2-,等杂质，精制时所用试剂为：,A.,盐酸；,B.BaCl,2,溶液；,C.NaOH,溶液；,D.Na,2,CO,3,溶液。加入,试剂的顺序是,。,(2),电解饱和食盐水时，与电源正极相连的电极上发生的反应为,。与电源负极相连的电极附近溶,液,pH,（填“变大”、“不变”或“变小”）。若,1 mol,电子的,电量为,96 500 C,，则用电流强度为,100 A,的稳恒电流持续电解,3,分,13,秒，则在两极上共可收集到气体,mL,（,STP,）。若,保证电解后饱和食盐水的浓度不变，则可采取的方法是,。,BCDA,或,CBDA,2Cl2e,-,=Cl,2,变大,4480,向电解液中通入一定量的,HCl,气体,(3),由,MgCl,2,6H,2,O,晶体脱水制无水,MgCl,2,时，,MgCl,2,6H,2,O,晶体在,气氛中加热脱水，该气体的作用是,。,(4),电解无水,MgCl,2,所得的镁蒸气可以在下列,气体中冷却。,A.H,2,B.N,2,C.CO,2,D.O,2,HCl,抑制水解平衡，使,MgCl,2,H,2,O,Mg(OH)Cl,HCl,逆向进行，从而抑制,MgCl,2,的水解,A,返回目录,考点,2,化学与资源综合利用、环境保护,一、煤的综合利用,煤是由,组成的复杂混合物，主要含,元素，还含有少量的,等元素。,1.,煤的干馏,煤干馏是指将,。煤干馏过程中发生一系列复杂的化学反应，从煤干馏产物中可获得重要的化工原料，如氢气、,、甲苯、二甲苯、萘、酚类等。,有机物和少量的无机物,碳,氢、氧、氮、硫,煤隔绝空气加强热分解的过程,甲烷、乙烯、一氧化碳、氨气,2.,煤的气化,将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，主要反应为,。,该反应需要的热量可由碳的燃烧来提供,:C(g)+O,2,(g)CO,2,(g),说明,:,碳燃烧时可用空气或,O,2,但得到的煤气的成分、热值及用途都不同。,点燃,C+H,2,O CO+H,2,高温,3.,煤的液化,煤的直接液化：使煤与氢气作用生成液体燃料。,煤的间接液化：先将煤转化为,CO,和,H,2,，再在催化剂作用下合成甲醇等。,如,:CO+2H,2,CH,3,OH(,甲醇,常温下为液体,可以燃烧,还可代替汽油作内燃机的燃料。,),二、石油加工,石油主要是由多种碳氢化合物组成的混合物。,1.,石油的分馏,石油分馏是,。,石油分馏主要在分馏塔中进行，通过分馏可以获得,等轻质油。,说明：,(1),两种或多种沸点相差较大且互溶的液体混合物，要进行分离时，常用蒸馏或分馏的分离方法。,(2),分馏（蒸馏）实验所需的主要仪器：铁架台,(,铁圈、铁夹,),、石棉网、蒸馏烧瓶、带温度计的单孔橡皮塞、冷凝管、牛角管、锥形瓶。,(3),蒸馏烧瓶中加入碎瓷片的作用是,。,催化剂,利用原油中各组分的沸点的不同进行分离的过程,汽油、,煤油、柴油,防止加热时暴沸,(4),温度计水银球的位置,。,(5),冷凝管中进、出水的原则：蒸气在冷凝管中的流动方向与冷水流动方向相反，此时的冷凝效果最好。,2.,石油的催化裂化,石油的催化裂化是,的过程。裂化所用的原料：,；裂化的产物,:,等；裂化的方式,:,和,。,石油裂化的产品再经过进一步,，可以获得很多重要的化工原料。例如，,C,16,H,34,C,8,H,18,C,4,H,10,C,4,H,10,乙烯、丙烯、甲烷等都是通过石油裂化和裂解得到的重要化工原料。,催化剂,加热、加压,催化剂,加热、加压,催化剂,加热、加压,催化剂,加热、加压在支管口处,在一定的条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃,重油,裂化汽油,催化裂化,热裂化,裂解,C,8,H,18,+C,8,H,16,C,4,H,10,+C,4,H,8,CH,4,+C,3,H,6,C,2,H,6,+C,2,H,4,3.,其他的石油加工,石油经过,，可以使链状烃转化为环状烃，获得苯、甲苯等重要化工基本原料。,三、聚合反应和高分子化合物,由小分子生成高分子的反应叫做聚合反应。例如，,聚乙烯是由成千上万个乙烯分子在一定条件下发生聚合反应生成的相对分子质量巨大的高分子化合物。相对分子质量巨大是高分子化合物的基本特征，也是它们与低分子化合物的根本区别。高分子化合物有天然的，如蛋白质、纤维素、淀粉等，也有人工合成的，如聚乙烯等。塑料、合成橡胶和合成纤维是三大人工合成的高分子材料。,四、化学与环境保护的关系,化学在环境保护上的应用主要有以下几个方面：,1.,对环境情况进行监测：对污染物的存在形态、含量进行分析和鉴定。,结构的重新调整,2.,治理三废：对生产过程中产生的废气、废水和废渣进行处理，减少环境污染，实现资源的回收利用。,3.,寻找源头治理环境污染的生产工艺，实施清洁生产,绿色化学,绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。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%,。,2.,石油主要含有,和,两种元素，同时还含有少量的,等元素。,石油也是,物，利用石油各组分的沸点不同，可以将其大体分离，该分离方法叫,，通过这一过程可以获得,（至少填两种）等含碳原子少的轻质油；通过,可以把含碳原子数较多、沸点较高的烃断裂为含碳原子数较少、沸点较低的汽油等。,催化裂化,碳,氢,硫、氧、氮,混合,分馏,汽油、煤油、柴油,一、石油炼制原理及产品,方法,原理,原料,目的,主要产品,分馏,常压,利用加热和冷凝，把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物,原油,得到不同沸点范围的蒸馏产品,溶剂油、汽油、煤油、柴油、重油,减压,重油,润滑油、凡士林、石蜡、沥青、石油焦,裂化,热裂化,在一定条件下，把分子量大、沸点高的烃断裂为分子量小，沸点低的烃,重油,提高汽油的产量,汽油和甲烷、乙烷、乙烯和丙烯,催化裂化,裂解,（深度裂化）,在高温下，把长链分子的烃断裂为各种短链的气态烃和液态烃,含直链烷烃的石油分馏产品,获得短链不饱和烃,乙烯、丙烯、丁二烯,二、如何鉴别直馏汽油和裂化汽油,直馏汽油中含有烷烃、环烷烃、少量芳香烃，裂化汽油中含有烯烃。所以可以采用溴水作为鉴别试剂。注意：不能用酸性,KMnO,4,溶液，因为在直馏汽油中含有苯的同系物，也能使酸性,KMnO,4,溶液褪色。实验：分别取少量的两种样品加入溴水，溴水褪色的是裂化汽油，不褪色的为直馏汽油。,三、如何证明裂化汽油中是否含有芳香烃,芳香烃不能使溴水褪色，但能使酸性,KMnO,4,溶液褪色，所以可以选用酸性高锰酸钾溶液作为证明汽油中是否含有芳香烃的试剂。但是，裂化汽油中还含有较多的烯烃，烯烃也能使酸性,KMnO,4,溶液褪色，干扰了该证明实验。所以在加入酸性,KMnO,4,溶液之前必须加入溴水将烯烃除尽。,实验：向裂化汽油中加入足量的溴水，直到不再褪色为止，然后向该溶液中滴加酸性,KMnO,4,溶液，观察是否褪色。如果不褪色，说明不含芳香烃，如果能褪色，说明含有芳香烃。,四、煤干馏的主要产品和用途,干馏产品,主要成分,主要用途,出炉煤气,焦炉气,氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳,气体燃料、化工原料,粗氨水,氨、铵盐,氮肥,粗苯,苯、甲苯、二甲苯,炸药、染料、医药、农药、合成材料,煤焦油,苯、甲苯、二甲苯,酚类、萘类,染料、医药、农药、合成材料,沥青,筑路材料、制碳素电极,焦炭,炭,冶金、合成氨造气、电石、燃料,【,例,3】,下列关于石油加工的叙述中，不正确的是 （）,A.,石油分馏所得的馏分是一种具有固定熔沸点的纯净物,B.,石油裂化的主要目的是提高汽油等轻质油的产量,C.,石油裂解的原料是石油分馏产物，包括石油气,D.,石油在催化剂的作用下加热，可以使链状烃转化为环状烃,（如苯、甲苯）,A,、,C,【,解析,】A,错，馏分仍然是混合物，无固定熔沸点；,C,错，用重油做原料裂解。,3.,下列说法中，不正确的是 （）,A.,煤干馏是物理变化，可以生产焦炭,B.,石油的催化裂化既能提高汽油产量，又有提高汽油的质量,C.,石油的裂解和裂化都是化学变化，但二者的目的不一样,D.,烷烃在裂解过程中既可发生断链裂解又可发生脱氢裂解,A,【,例,4】,环境问题已成为人类社会面临的重大威胁，各种污染数不胜,数。下列名词与环境问题无关的是 （）,温室效应 赤潮 酸雨 光化学污染 臭氧空洞 水俣,病 潮汐 大脖子病,A.B.C.D.,B,【,解析,】,潮汐是一种自然现象，大脖子病是因为人体缺乏碘元素造成的，所以不属于环境问题。,4.,绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率。原子利用率表示目标,产物的质量与生成物总质量之比。在下列氮肥的制备反应中，原,子利用率最高的是 （）,A.NH,3,H,2,O+HCl=NH,4,Cl+H,2,O,B.2NH,3,+CO,2,H,2,O+CO(NH,2,),2,C.8NH,3,3Cl,2,=N,2,6NH,4,Cl,D.NH,3,HCl,=NH,4,Cl,180,200,15,30,MPa,D,返回目录,一样的软件,不一样的感觉,一样的教室,不一样的心情,一样的知识,不一样的收获,