人教版高中化学必修二 自然资源的开发利用 化学与可持续发展(第2课时)

第八章化学与可持续发展第一节自然资源的开发利用第2课时煤、石油和天然气的综合利用

一、煤的综合利用1.煤的组成2.煤的综合利用【微思考】若从煤焦油中分离出芳香烃,应采用什么方法?提示:煤焦油是由各种芳香烃组成的液态混合物。可根据各种芳香烃的沸点不同利用蒸馏法进行分离。【巧判断】(1)煤俗称煤炭,因此可看作碳元素形成的单质。 (

)提示:×。煤是由无机化合物和有机化合物组成的复杂的混合物。(2)煤里主要含碳及少量的其他元素,但绝大多数都含硫,工业上大量燃烧含硫燃料会形成“酸雨”。 (

)提示:√。煤中的硫元素在燃烧时会生成SO2气体,SO2气体是形成酸雨的主要污染物之一。二、天然气的综合利用【情境·思考】我国在南海北部神狐海域进行的“可燃冰”试开采获得成功,标志着我国成为全球第一个实现了在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产量的国家,为可燃冰的开采迈出了重要的一步。可燃冰是一种由天然气与水在低温(0～10℃)、高压(>107Pa)条件下形成的类冰状结晶物质,又名天然气水合物。有人认为“可燃冰的开采和利用实现了由水变成油的梦想”,这种说法对吗?提示:不对。因为可燃冰中含有CH4和H2O,可燃冰中并不是只有H2O,是其中的可燃性成分CH4的作用。三、石油的综合利用【巧判断】(1)煤、石油和天然气是不可再生能源,也是新型清洁能源。 (

)提示:×。煤、石油和天然气不是新型清洁能源。(2)化石燃料燃烧时产生的二氧化碳是大气污染物之一。 (

)提示:×。二氧化碳不是大气污染物。(3)不能用裂化汽油萃取溴水中的溴。 (

)提示:√。裂化汽油含有不饱和烃,会与溴反应。四、以煤、石油、天然气为原料生产合成材料1.三大合成材料:_____、_________、_________,这三大合成材料,主要是以石油、煤和天然气为原料生产的。2.合成材料的大量生产和使用,急剧增加的废弃物对人类社会造成巨大的环境压力。塑料合成橡胶合成纤维知识点煤、石油、天然气的综合利用【重点释疑】1.化学“三馏”的比较名称原理特点干馏隔绝空气、高温下使物质分解的过程属于化学变化,产物为混合物蒸馏根据液态混合物中各组分沸点不同,加热使某一组分蒸发进行分离属于物理变化,产物为单一组分的馏出物分馏根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离属于物理变化,产物为沸点相近的各组分组成的混合物2.化学中“两裂”的比较名称定义目的裂化在一定条件下,把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃提高轻质油的产量,特别是提高汽油的产量裂解在高温下,使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃获得短链不饱和烃3.化学“六气”的主要成分高炉煤气水煤气天然气液化石油气焦炉气裂解气主要成分CO、CO2H2、COCH4C3H8、C4H10H2、CH4、C2H4、COC2H4、C3H6、C4H8、CH4【思考·讨论】

(1)如何从石油中得到乙烯?提示:乙烯是石油裂解得到的,是石油深度裂化的产物。(2)裂化和裂解有何区别和联系?提示:二者均属于化学变化。裂化和裂解的目的不同,裂解的目的主要是获得乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料。裂化的目的是提高优质、轻质油的产量,特别是提高汽油的产量。【案例示范】【典例】如图是实验室干馏煤的装置图,根据图示回答下列问题。(1)指出图中仪器名称:b________;d________。

(2)装置c的作用是_________________,

d中的液体有________和________。煤焦油可以通过________的方法使其中的重要成分分离出来。

(3)e处点燃的气体是_____,火焰的颜色是______色。

(4)下列叙述错误的是________。

A.煤发生了化学变化B.d中液体的pH>7C.d中液体只有一层D.e处的气体可以还原氧化铜,可以使溴水褪色【解题指南】解答本题应该注意以下两点:(1)煤干馏的产物有焦炭、煤焦油和出炉煤气。(2)分离有机物液体混合物常用分馏的方法。【解析】煤的干馏生成焦炭、煤焦油和出炉煤气,出炉煤气包括焦炉气、粗氨水等,经c装置的降温和冷凝,粗氨水和煤焦油变为液体在d中聚集,则液体显碱性;焦炉气中氢气、一氧化碳、甲烷都具有还原性,可用于还原氧化铜,这些气体燃烧产生蓝色火焰;焦炉气中含有乙烯可以使溴水褪色;煤焦油是有机物的液态混合物,应采用分馏的方法分离。答案:(1)硬质玻璃管U形管(2)将干馏生成的气体进行降温和冷凝粗氨水煤焦油分馏(3)焦炉气蓝(4)C【母题追问】(1)b中剩余的固体是什么?提示:焦炭。煤干馏后剩余的固体是焦炭。(2)点燃e处的气体之前,必须进行哪项操作?提示:检验气体的纯度。点燃气体之前应检验气体的纯度,防止爆炸。【迁移·应用】1.下列关于化石燃料的加工说法正确的是 (

)A.石油裂化主要得到乙烯B.石油分馏是化学变化,可得到汽油、煤油C.煤干馏主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气D.煤制煤气是物理变化,是高效、清洁地利用煤的重要途径【解析】选C。石油裂化的目的主要是获得汽油等轻质燃料油,而石油裂解的目的才是获得乙烯,A项错误;石油分馏是物理变化,B项错误;煤制煤气是化学变化,D项错误;煤干馏的目的就是获得焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气,C正确。2.下列说法中错误的是 (

)A.石油中含有C5～C11的烷烃,可以通过石油的分馏得到汽油B.含C20以上的烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油C.煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物D.煤中含有苯和甲苯,可以用先干馏后分馏的方法把它们分离出来【解析】选D。石油可以通过分馏的方法获得汽油、煤油和柴油等轻质液体燃料,但产量不高。通常采用裂化的方法,提高汽油的产量。煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物,主要含碳元素,还含有少量的氢、氧、氮、硫等元素,并不含苯和甲苯。煤干馏得到焦炭、煤焦油、焦炉气等。煤焦油是含有多种芳香族化合物的混合物,可以生产芳香族化合物苯和甲苯。【素养提升】我国的煤炭资源相对比较丰富,加快“煤制油”的发展,对我国社会经济可持续发展有着深远的意义。下图是煤间接液化的典型流程示意图。(1)写出煤气化反应的化学方程式?思考说明煤气化的意义。提示:C+H2O(g)CO+H2。煤气化能够减少煤燃烧时的粉尘污染,提高煤燃烧的效率,气化后的产品可以用于化工生产,提高煤的综合利用价值。(2)如图中由石油获得相应产品的方法是什么?该方法是物理变化还是化学变化?得到的各种分馏产品是纯净物吗?提示:图中由石油获得相应产品的方法是分馏,属于物理变化,所得产品是混合物。(3)石油裂化是为了得到更多的汽油,裂化汽油可以使溴的四氯化碳溶液褪色,其原因是什么?提示:裂化汽油中含有烯烃,能与Br2发生加成反应,可以使溴的四氯化碳溶液褪色。第八章化学与可持续发展自然资源的开发利用第1课时金属矿物、海水资源的开发利用

[核心素养发展目标]

1.了解金属在自然界中的存在形式，理解金属冶炼的一般原理，掌握活泼性不同的金属冶炼的一般方法，形成金属冶炼方法知识模型，培养证据推理与模型认知能力。2.了解海水的主要组成元素，了解海水资源及开发利用的主要方式，掌握从海水中提取溴的化学反应原理及实验方法，培养宏观辨识与变化观念的学科素养。3.通过对金属冶炼原理及海水资源综合利用的认识，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义，培养科学探究精神，增强社会责任感。一、金属矿物的开发利用1．金属元素在自然界中的存在形态金属元素极少数大多数游离态形式存在，如金、铂化合态形式存在2．金属冶炼的一般原理

将金属矿物中的金属从其化合物中还原出来，用于生产各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼。

金属的冶炼是利用氧化还原反应原理，在一定条件下，使金属离子得到电子被还原成金属原子，从而获得金属单质。

即Mn＋＋ne－=M。热分解法电解法热还原法其他方法3．金属的冶炼方法(1)金属活泼性与冶炼方法的关系如下：(2)金属的冶炼方法分解HgO分解Ag2O2HgO2Hg＋O2↑∆2Ag2O4Ag＋O2↑∆2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑电解MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑电解2Al2O3(熔融)

4Al＋3O2↑电解冰晶石Fe2O3＋3CO2Fe＋3CO2∆2Al＋Fe2O3

Al2O3＋2Fe∆Cu2S＋O22Cu＋SO2∆Fe＋CuSO4=FeSO4＋Cu冶炼钠冶炼镁冶炼铝高炉炼铁铝热法炼铁湿法炼铜火法炼铜1．(2019·山东平邑一中高一月考)金属元素的原子结构决定了金属元素的性质、在自然界中的存在形式及冶炼方法。(1)金属的冶炼一般有下列方法：a.焦炭法b.水煤气(氢气和一氧化碳)法c.活泼金属置换法d.电解法请从上述四种方法中选择相应的字母填入表中空格：写出Al与Cr2O3反应的化学方程式：____________________________。高炉炼铁湿法炼铜铝热法炼铬工业上冶炼铝

a

c

c

d

2Al＋Cr2O3Al2O3＋2Cr高温(2)铜在地壳中的含量远低于铝，但人类利用铜的历史远早于铝，这与古代发生的森林大火有一定的关系，因为人类在大火之后的灰烬中会发现红色发亮的物质。现在人们认识到，这种物质就是孔雀石[主要成分为Cu2(OH)2CO3，热稳定性差]在大火中转化而生成的铜，写出大火中与铜元素有关的三个化学方程式：_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________。Cu2(OH)2CO3

2CuO＋H2O＋CO2↑∆2CuO＋C2Cu＋CO2↑CuO＋COCu＋CO2∆∆2．如图为铝热反应的实验装置，请回答下列问题：(1)该实验装置中还缺______，在试剂使用正确且符合要求的情况下引发铝热反应的操作为____________________________________________________，写出铝热反应的化学方程式：_______________________________。(2)若将氧化铁换成氧化镁，该反应_________(填“能”或“不能”)发生，理由是_________________________________________。(3)若将所得产品置于足量的NaOH溶液中，可能看到的现象是________________________，写出铝热反应的一种主要用途：____________________。(4)假设铝足量且反应充分，设计一种实验方案,证明本实验中有单质铁生成：_____________________________________________________________________________________________________________________________。镁条

在混合物中间插一根用砂纸打磨过的镁条，然后点燃镁条Fe2O3＋2AlAl2O3＋2Fe高温不能镁比铝活泼，铝不能置换出镁

部分固体溶解，有气泡产生焊接或冶炼熔点高的金属混合物中先用NaOH溶液除去铝，再加入稀硫酸，有气泡冒出，说明有铁生成；或用磁铁靠近固体，有固体可被磁铁吸引，说明有铁生成4.金属矿物资源的开发和利用措施(1)提高金属矿物的利用率。(2)开发环保高效的金属冶炼方法。(3)防止金属的腐蚀。(4)使用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量。(5)加强废旧金属的回收和再利用。(1)在自然界中金属元素都以化合态的形式存在(

)(2)利用化合物冶炼金属时，金属元素一定发生还原反应(

)(3)越活泼的金属元素，人类利用的越晚(

)(4)用热还原法冶炼金属时，可以用H2将Mg从化合物中还原出来(

)(5)铝热反应的本质是用铝将比铝活泼性弱的金属从其化合物中置换出来(

)(6)可以通过电解饱和食盐水的方法获取金属钠(

)(7)可以通过电解熔融的MgO和AlCl3来制备金属Mg、Al(

)×√√×√××(1)在金属活动性顺序中，金属的位置越靠后，其阳离子越容易被还原，金属的位置越靠前，其阳离子越难被还原。(2)冶炼Mg时只能电解MgCl2，不能电解MgO(熔点太高)。(3)冶炼Al时只能电解Al2O3不能电解AlCl3(共价化合物，熔融时不导电)。加入冰晶石(Na3AlF6)的目的是降低Al2O3的熔化温度。二、海水资源的开发利用1．海水水资源的开发利用(1)利用途径：通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却等。(2)海水淡化：海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法和膜分离法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高。(3)海水的蒸馏①主要仪器：A__________，B__________，C__________。②冷却水的流向：______口进，____口出。③B中加入碎瓷片的目的是_______________冷凝管蒸馏烧瓶锥形瓶ab防止液体暴沸2．海水中化学资源的开发利用(1)海水中溶解和悬浮着大量的_______和______。海水中含量最多的_______两种元素，加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F元素，其总含量超过99%，其他元素为______。虽然海水中元素的种类很多，总储量______，但许多元素的富集程度却_____。无机物有机物O、H微量很大很低(2)海水制盐

从海水中制得的氯化钠，可以食用，同时也是生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸等的化工原料。②制钠和氯气：③制盐酸：④制漂白剂(84消毒液)：⑤制纯碱：电解饱和食盐水，可生产氢氧化钠、氢气和氯气。①氯碱工业：化学反应方程式：2NaOH＋Cl2=NaClO＋NaCl＋H2O。NaCl＋CO2＋H2O＋NH3=NH4Cl＋NaHCO3↓2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。电解2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。电解H2＋Cl22HCl点燃2NaHCO3

Na2CO3＋CO2↑＋H2O∆(3)海水提溴①海水提溴的方法(吹出法)工艺流程基本操作浓缩氧化吹出吸收蒸馏海水晒盐和海水淡化的过程中副产物Br－得到浓缩向浓缩的海水中通入Cl2，将Br－氧化成Br22Br-＋Cl2=Br2＋2Cl－利用溴的挥发性，通入热空气和水蒸气，吹出溴蒸气吹出的溴蒸气用SO2吸收。SO2＋Br2＋2H2O=4H＋＋SO42-＋2Br－再用Cl2将HBr氧化得到产品溴后蒸馏分离海水中溴元素以Br－形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程图如下所示：(1)步骤①反应的离子方程式是_____________________________________。(2)步骤③反应的化学方程式是______________________________________。(3)步骤②中，用热空气将Br2吹出，利用溴的性质为______________，从步骤②到步骤④的目的是____________________________________。(4)从理论上考虑，下列物质也能充分吸收Br2的是________(填字母)。A．NaOHB．FeCl2C．Na2SO3D．H2O(5)步骤⑤蒸馏过程中，温度应控制在80～90℃。温度过高或过低都不利于生产，若温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水分增加；若温度过低，则___________________________________。2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－

SO2＋Br2＋2H2O=H2SO4＋2HBr易挥发将溴浓缩，提高Br2的提取率ABC溴不能完全蒸出，产率太低(1)海洋约占地球表面积的71%，因此地球不缺水，人类可以任意使用，不用节约(