第10讲自然资源的开发利用

厂第工。讲..自然资源的开发利用

逊学习目标）

1.通过金属冶炼原理的学习和冶炼方法的归纳，理解氧化还原反应在金属矿物开发中的应用，构建金属冶

炼的思维模型。

2.通过铝的冶炼成本的计算，认识合理开发和利用金属资源的重要性和必要性。

3.以海水资源中的氯化钠为原料，构建物质间的转化关系和思维导图。

4.通过海水提溟工艺流程图的设计与分析，形成工业上提取物质的一般思路和方法，培养学生模型认知和证

据推理的能力。

5.能从化学的角度分析从自然资源到产品的转化途径，认识化学方法在实现物质转化中的作用和贡献，感受

化学科学在生产、生活中的应用价值，

险,油分析）

本节中海水资源的开发利用，是在初中学习海水制盐原理以及学习了“海水中的重要元素-钠和氯”的

基础上，将海水制盐获得的各种盐产物，进一步用于生产化工产品，例如钠、镁、钾。从海水提取物质过程

中，涉及物质的除杂、分离和提纯等基本实验方法，涉及离子反应、氧化还原反应、元素化合物等基础知识。

重点内容为金属冶炼原理，海水提溟工艺流程、原理和分离提纯力法。难点为金属活动性顺序与金属冶炼力

法的关系，物质提取的一般思路和方法。

二修队）

内容较多，由老师在课上结合“情景导入”文档中的内容为学生介绍即可。

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知识点一：金属矿物、海水资源的开发利用

一、金属矿物的开发利用

（-）金属元素在自然界中的存在形态

极少数一游离态形式住在.如金、钠等

金网兀泰IG鲤丝］化合态形式存在

（_）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，在一定条件卜，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M"'+〃e-=Mc

（三）金属的冶炼方法

1、金属活泼性与冶炼方法的关系如下：

KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAgPtAu

F——电解法一一热还原法一五热分+其他T

解法方法

2、金属的冶炼方法

分解HgO2HgO=^=2Hg+O2t

热分解法

分解AgoO2Ag2O^^=4Ag+O2t

冶炼钠2NaCl（熔融）=^=2Na+CLt

电解法冶炼镁MgCb（熔融）=^=Mg+CLt

中触

冶炼铝2Al2。3（熔融h^4Al+3O2t

<5^ran

高炉炼铁Fe2O5+3coW=2Fe+3co2

热还原法

铝热法炼铁

2A1+Fe2O3=^=Al2O3+2Fe

湿法炼铜Fc+CUSOU=FCSO4+CU

其他方法

火法炼铜CU2S+O2^=2CU4-SO2

（四）金属矿物资源的开发和利用措渔

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。

由例1.下列有关金属冶炼的说法中，不正确的是（）

A.金属冶炼的实质是金属阳离子被还原成单质

B.用碳粉或铝粉还原铁矿石可以获取金属Fe

C.通过电解NaCl溶液的方法可以获取金属Na

DO例2.钛（Ti）有“未来钢铁”力称,TW上常以反应TiCL»+2Mg=^=Ti+2MgeL获得海绵状钛，该反

应进行时是在（）

A.稀有气体中B.空气中

C.氮气中D.CCh气体中

[^21例3.铅的冶炼大致过程如下：

①富集：将方铅矿（PbS）进行浮选；

②焙烧：2PbS+3O2=^=2PbO+2SO2：

③制粗铅：PbO+C=^=Pb+COt:PbO4-CO=^=Pb4-CO20

下列说法正确的是（）

A.浮选法富集方铅矿的过程属于化学变化

B.将1molPbS冶炼成Pb理论上至少需要6g碳

C.方铅矿焙烧反应中，PbS是还原剂，还原产物只有PbO

D.整个冶炼过程中，制取1molPb共转移2mol电子

例4.铝热反应的实验装置如图。下列有关铝热反应的说法中，不正确的是（）

■银条

超酸钾

军一乳化铁和铝

粉的混合物

上十/发on

A.铝热反应是放热反应

B.铝热反应可用于冶炼某些金属

C.实验中镁条的主要作用是还原氧化铁

D.实验现象为火星四溅，漏斗下方有红热熔融物流出

练习1.下列各组金属最适合用心或CO把它从化合物中还原出来的是（）

、Mg、Al、Cu、Ag

练习2.已知一些金属的发现和使用与其金属活动性有着必然的联系。据此推测，下列事件发生在铁器时代之

前的是（）

A.金属钠的使用

B.青铜器的大量使用

C.海水提镁

D.铝热法制铭

练习3.能用铝作原料来冶炼难熔的金属是因为（）

A.铝的密度小，熔点较低

B.铝在空气中燃烧放出大量的热

C.铝在金属活动性顺序表中排在较前面

D.铝具有还原性，发生铝热反应时放出大量热

练习4.为了确定某铝热剂（含氧化铁利铝）的组成,分别进行下列实验。

（1）若取ag样品，向其中加入足量的氢氧化钠溶液,测得生成的气体为bL（标准状况）。反应的离子方程式

为,样品中铝的物质的量为—（用含b的代数式表示）。

（2）若取ag样品，在高温下能恰好完全反应，该反应的化学方程式为，样品中氧

化铁与铝的质量比为（用含a、b的代数式表示）。

（3）待（2）中反应产物冷却后,往其中加入足量的盐酸,测得生成的气体体积为cL（标准状况），则该气体与（1）

中所得的气体的体积比c：b=0

_・________

（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MgCb，不能电解MgO（熔点太高）。

（3）冶炼Al时只能电解AhCh不能已解AlCh（共价化合物，熔融时不导电）。加入冰品石（NaxAlFj的目的

是降低AkO：,的熔化温度。

（4）铝热反应是利用铝的强还原性，在高温下将相对不活泼且熔点高的金属从其金属氧化物中还原出来，

因此只有A1和比A1活动性弱的金属形成的氧化物组成的混合物才能称之为铝热剂，A1和MgO组成的混

合物不能称之为铝热剂。

二、海水资源的开发利用

（一）海水水资源的开发利用

1、利用途径：海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却等。

2、海水淡化：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。海水淡化的

方法主要有蒸镭法、电渗析法、离子交换法和膜分离法等。其中蒸僧法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，

但成本较高。

3、海水的蒸镭

①主要仪器：A冷凝管，B蒸馀烧瓶，C锥形瓶。

②冷却水的流向：a口进，b口出。

③B中加入碎瓷片的目的是防止液体暴沸。

（二）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无机物和有机物。海水中含量最多的0、1【两种元素，加上。、Na、Mg、S、

Ca、K、Br、C、Sr、B、F元素，其总含量超过99乐其他元素为微量。虽然海水中元素的种类很多，总储

量很大，但许多元素的富集程度却很低。

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。

①氯碱工业：电解饱和食盐水，可生产氢氧化钠、氢气和氯气。

化学反应方程式：2NaCl+2H2O=^2NaOH4-H2t+C12t□

②制钠和氯气：2NaCl（熔融）叁=2Na+Cbt。

③制盐酸：比+。2金丝2HC1。

④制漂白剂（84消毒液）：2NaOH+CI2=NaCIO+NaCl+H2Oo

⑤制纯碱：NaCl+CO2+H2O+NH3=NH4CH-NaHCO3I；2NaHCO3=^=Na2COj+CO2t+H2Oo

3、海水提浪

①海水提溟的方法(吹出法)

②氧化、吸收环节主要离子方程式：

f

2Br+C12=Br2+2C「、SO2+Br2+2H2O=4H+S0r+2Br'o

(三)从海水中获取能量

1、从海水提取铀和重水，用于核能开发。

2、开发潮汐能、波浪能等新型能源。

例1.海水中含有氯化镁,下列从海水中提取镁涉及的化学方程式中，不正确的是()

==

A.制石灰乳:CaO+HQ^Ca(OII)2

:

B.$ijMg(0H)2:MgCl2+Ca(0H)2------Mg(OH)2+CaCl2

C.制MgCl2:Mg(0H)2+2HCr-----MgCl2+2H2O

：

D.在MgCk溶液中加Na制MR:MgCl2+2Na-----2NaCl+Mg

LI例2.从海带中提取碘单质,工艺流程如下。下列关于海带制碘的说法错误的是()

灼烧迤匕过滤H>CC14

干海带一海带灰浸泡悬浊液―滤液H2O2碘水一>L的CC*溶液

A.实验室灼烧干海带在珀堪中进行

B.沸水浸泡的目的是使「充分浸出

C.由滤液获得碘水,发生的离子方程式为21+HQ；------L+20H

D.碘水中加入CCL得到L的CCL溶液,该操作为萃取

例3.海水中澳元素以形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取浪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o

⑶步骤②中，用热空气将Bn吹出，利用澳的性质为，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Br?的是(填字母)。

A.NaOHB.FeChC.Na2sO3D.H>0

(5)步骤⑤蒸缁过程中，温度应控制在8()〜90温度过高或过低都不利于生产，若温度过高，大量水蒸气

随浪排出，澳蒸气中水分增加：若温度过低，则o

例4.海水是巨大的资源宝库，可以进行综合利用.从海水中提取淡水、NaQ和溟的过程如下：

(1)步骤I获得Br2的化学反应的离子方程式为。

⑵步骤II用SO?水溶液吸收Bn，使澳蒸气转化为氢浜酸以达到富集的目的，其反应的化学方程式为

。在该反应中，氧化剂是(填化学式)；若反应中生成2moiHBr,则消耗

________molSO20

(3)根据上述反应可判断出SO?、CL、Bn三种物质氧化性由强到弱的顺序是。

练习1.下列哪种方法不能实现海水的淡化()

A.蒸偏法B.电渗析法C.离子交换法D.电解法

练习2.下列有关海水资源的利用的说法不正确的是()

A.从海水中制取镁、钾、澳及其化工产品，是在传统海水制盐工业上的发展

B.海带中的碘以I形式存在，向海水中滴加淀粉,有蓝色出现

C.海水提浪的过程中发生的化学反应以氧化还原反应为主

D.海水淡化的方法主要有蒸播法、电渗析法、离子交换法等

练习3.从海水中提取部分物质的过程如图所示，下列有关说法错误的是（）

L粗盐工精盐一＞筑碱工业

海水一r*Mg(OH)2--MgCLfH2。"无水MgCk

匚母液T

^-*NaBrBr2④》HBr溶液RjaBr2

A.过程①需要加入化学试剂，再经过沉淀、过滤等操作

B.母液到无水MgCL的一系列变化中未涉及氧化还原反应

C.工业上一般用电解氯化镁溶液制取Mg单质

D.③和⑤均涉及反应：2Br+CI2=Br24-2Cr,该反应属于置换反应

练习4.从海带中提取碘，可经过以下实验步骤完成。下列有关说法正确的是（）

-------------------130mL蒸储水I--------1

检验碘单质--含碘的一2mL稀H2SO,、5mLH2O2

萃取、分液……--溶液"溶液钿化

A.灼烧过程中使用的玻螭仪器有酒精灯、烧杯、玻璃棒

B.氧化过程中发生反应的离子方程式为2「+H2O2=L+2OH

c.检验碘单质时，可选用淀粉，若淀粉变蓝说明海带中一定含石.碘单质

D.分液时，先打开活塞放出下层液体，再关闭活塞，从上口倒出上层液体

茹1知识点二;煤、石油和天然气的综合利用

一、煤和天然气的综合利用

（-）煤的组成

煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物,主要含有碳元素，还含有少量氢、氧、氮、琥等元素。

（二）煤的综合利用

1、煤的干馀

①定义：将煤隔绝空气加强热使之分解的过程,也叫煤的焦化。

②主要产品：出炉煤气（焦炉气、粗筑水、粗苯），煤焦油，焦炭。

2、煤的气化

①定义：将煤转化为亘燃g住的过程。

高温

②主要反应：C+H2O（g）CO+H”

煤的一直接液化：使煤与氢气作用生成液体燃料。

液化L间接液化:煤蚀（、（）和H?催化剂a甲子等。

（三）天然气的综合利用

主要成分叵

天然气—l!清洁的化—丽------

L^-l1——|合戌.

।—|化工原料|------

---1生产甲」等|

I一一I例1.下列关于煤、石油及其所得产品的叙述正确的是（）

A.煤的气化和液化都是物理变化

B.煤的干播和石油的分储发生的都是化学变化

C.用澳的四氯化碳溶液可鉴别直储汽油和裂化汽油

D.煤和石油都是混合物，都只由碳和氢两种元素组成

L3例2.下列关于煤和石油的说法不正确的是（）

①石油是混合物，其分储产品煤油为纯净物

②煤油可由石油分播获得，可用作燃料和保存少量金属钠

③煤经过气化和液化等物理变化可转化为清洁燃料

④石油催化裂化的主要目的是提高汽油等轻质油的产量与质量

⑤煤的干储属于化学变化

⑥煤是工业上获得芳香燃的一种重要来源

⑦通过煤的干镯，可以得到焦炭、煤焦油、粗氨水、焦炉气等产品

A.①③B.②@⑥C.①⑤D.③④⑦

CD例3.煤是一种重要能源，工业上常把煤进行气化和液化处理，变为清洁能源。由水蒸气和炽热的无烟煤

作用可得水煤气，水煤气是混合气体，主要由两种无色无味气体组成,是重要的工业原料。

（1）工业上生产水煤气时，燃料层的温度会卜.降,这说明

⑵提出猜想:水煤气的成分可能是①CO和氢气，②（填化学式）和氢气。提出以上猜想的依据

是0

设计实验:请从卜.列装置中选择一种，设计简单的实验证明猜想。

-NaOH溶液-澄清石灰水

AB

（3）你选择的装置是（填字母）。

（4）实验结论:如果，那么猜想—（填序号）合理。

练习1.下列说法正确的是（）

A.裂化汽油和直储汽油都可以与澳水反应使其褪色

B.煤通过干储可获得焦炉气、煤焦油、焦炭等

C.石油通过分储得到的汽油是纯净物

D.煤通过气化、液化这样的物理变化可获得洁净的燃料

练习2.下列说法正确的是（）

A.汽油与水不相溶，可以用裂化汽油萃取滨水中的溟

B.石油含有烷烧、环烷烧、芳香垃，煤含有苯、甲苯、二甲苯等有机物

C.煤的气化、液化是使媒变成清洁能源、减小环境污染的有效途径

D.沸点范围：汽油〉煤油〉柴油》重油

练习3.下列属于物理变化的是（）

①石油的分福②煤的干储③石油的裂化④铝热反应⑤由乙烯制备聚乙烯⑥将氧气转化为臭氧

⑦乙烯催熟果实⑧将苯加入滨水中⑨海水蒸僧制取淡水

A.①（D③④B.①⑤®C.①©⑨D.①（D⑥⑨

二、石油的综合利用化石能源与合成高分子材料

（一）石油的组成

由多种碳氢化合物组成的混合物。

（-）石油的综合利用

1、石油的分储：利用石油中各组分沸点的不同进行分离的过程，分馀君可获得汽油、煤油、柴油等含碳原

子少的轻质油。

2、石油的裂化

①目的：提高汽油的产量和质量。

②原理（以CWHM为例）：

加热加压一.,,

C16H34vJ—^^81118十C-Srl|6o

催化剂

3、石油的裂解

①目的：生成乙烯等气态化工原料。

加执加压

②原理：C8HlsXT4Hio+C4Hs□

催化剂

加热加压

V2H6+C2H4。

催化剂

加热加压

<H4+C3H6。

催化剂

4、石油的催化重整

①目的：使链状始转化为环状燃。

②产品：苯或甲苯等化工原料。

（三）化石能源与合成高分子材料

1、三大合成高分子材料包括：塑料、合成橡胶、合成纤维.

2、以煤、石油、天然气为原料，通过化学反应可以制得合成高分子材料。例如:

催化制

①乙烯制聚乙烯：〃CH2=CH2------>CH：—CH2

a

I一」例1.下列有关石油的炼制及产品，说法正确的是（）

A.石油的分馄和煤的干锚都属于化学变化

B.石油分馀所得的憎分都是混合物

C.通过石油分饰可以获得大量的芳香燃

D.石油分镭得到汽油、煤油、乙烯等产品

例2.“煤制油”的关键技术是煤的气化，而目前煤的气化主要是煤中的碳和水蒸气的反应：C（s）+

H2O（g）q=CO（g）+H2（g）,该反应是吸热反应，反应所需能量是由间歇进行的碳的燃烧（氧气用空气代替）来

提供的：C+02==^=C02o卜面关于该过程的说法不止确的是（）

A.煤的气化可以减少煤直接燃烧对环境造成的粉尘污染

B.第一个反应需要吸热，所以煤的W化从能量角度来看，得不偿失

C.煤气化后作为燃料，燃烧充分，热利用率高

D.上述两个反应，反应后的混合气体中除去CO、CO?后主要就是合成氨的两种原料气体

由例3.煤是一种常用燃料。由于煤燃烧产生的废气中含有SO?、CO、NO?和NO等多种有害气体和

烟尘，会对环境造成污染，因此需要对煤进行加工后再燃烧，或将废气净化后再排放。

（I）煤的气化和液化能提高煤的利用率，又能减少有害气体的排放。写出煤气化的主要反应的化学方程式：

煤液化是（填“物理”或“化学”）变化。

⑵烘的干僧是燥综合利用的重要途径。煤干锚时得到的固体产品是,其用途是

(3)揩煤直接进行燃烧，造成环境污染的主要方面之一是形成硝酸型酸雨。写出有关物质转化为硝酸的化学

方程式：。

(4)向煤中添加生石灰是燃煤脱硫的一种方法，而且能变废为宝，用化学方程式表示反应原理：

例4.某研究学习小组在实验室中模拟石油的炼制，设计了如图的装置。

实验过程中，可观察到b中试管内有少量液体凝结旦闻到有汽油的气味,c中试管内酸性高锌酸钾溶液褪色。

(1)实验研究小组模拟的是(填化工工艺名称)。

(2)b中试管内的液体(填“能”或“不能”)用来萃取温水中的浪。若不能，请说明理由：

_____________________________________________________________(若能，此空不填)。

(3)c中试管内酸性KMnCh溶液褪色，体现了酸性KMnCh溶液的性。

(4)写出十六烷裂化得到辛烷和辛烯的化学方程式：。

(5)实验过程中，装置d中的澳的四氯化碳溶液褪色，写出验证烯烽与滨水的反应是加成反应而不是取代反

应的方法：o

练习1.加热聚丙烯废塑料可以得到碳、氨气