高一化学必修二第4章

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

和海水资源中国古代炼丹家以丹砂(硫化汞)、雄黄(硫化砷)等为原料，企图制得仙丹，再点石成金，服用仙丹或以金银为皿，均使人永不老死。西洋人也仿效于暗室或洞穴，单身寡居致力于炼金术。一两千年过去了，死于仙丹不乏其人，点石成金终成泡影，金丹的炼制终因徒劳无功而销声匿迹。中外古代炼金术士毕生从事化学实验，为何终一事无成？因其违背科学规律开发利用资源！情景激趣第1课时

金属矿物的开发利用1．(1)金属的冶炼是指________________________________________________________。(2)金属活动性顺序为_____________________________________________________________。(3)金属冶炼的常用方法有_____________________________。(4)铝热反应是指______________________________________________________________，用途为___________、________________。自学导引将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料k、ca、na、mg、al、zn、fe、sn、pb(h)、cu、hg、ag、pt、au

热分解法、热还原法、电解法铝粉与某些金属氧化物在较高温度下，发生剧烈反应并放出大量的热的化学反应焊接钢轨冶炼难熔金属2．由于金属的化学活动性不同，金属离子得到电子还原成金属原子的能力也就不同，因此必须采用不同的冶炼方法。(1)热分解法：适用于冶炼________________的金属，如________。(2)热还原法：用还原剂(____________________等)还原金属________物，适合于金属活动性介于__________之间的大多数金属的冶炼。如：这类金属中若金属以硫化物或碳酸盐形式存在时，首先将其转化成________后再还原，如：金属活动性较差汞和银c、co、h2、al

氧化mg～cu2fe＋3co2

2cu＋co2↑

2cr＋al2o3

w＋3h2o

氧化物2zno＋2so2

2zn＋co2↑(3)电解法：适合冶炼________________的金属(一般是在金属活动顺序表中排在________前边的金属)。如：金属活动性很强铝4al＋3o2↑

mg＋cl2↑

3．合理开发和利用金属矿物资源地球上的金属矿物资源是有限的，我们必须学会合理开发和利用这些矿物资源。达到此目的的主要途径有：(1)______________________________________________________________；(2)______________________________________________________________；(3)______________________________________________________________；(4)______________________________________________________________。有效地使用金属产品、材料；

提高金属矿物的利用率；

用其他材料代替金属材料，减少金属的使用量；加强金属资源的回收和再利用一、铝热反应原理及实验注意事项1．概念铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学反应。2．原理al作还原剂，另一种氧化物作氧化剂，用铝将氧化物中的金属置换出来。3．铝热剂铝粉和某些金属氧化物(fe3o4、cr2o3、v2o5等)组成的混合物。4．反应特点在高温下进行，反应迅速并放出大量的热，新生成的金属单质呈熔融态且易与al2o3分离。5．应用冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如v、cr、mn等；焊接钢轨等。规律技巧6．实验注意事项(1)镁条要打磨净表面的氧化膜，否则难以点燃；(2)氧化铁粉末要干燥，铝粉要没有被氧化，否则难以反应；(3)要保证纸漏斗重叠时四周均为四层，且内层纸漏斗一定要用水润湿，以防高温物质从四周溅出；(4)蒸发皿中的细沙要适量，既要防止蒸发皿炸裂，又要防止熔融的液体溅出伤人；(5)实验装置要与人有一定距离，防止被人烧伤。归纳拓展：fe2o3与al的反应叫做“铝热反应”，fe2o3和al的混合物叫做“铝热剂”。与三氧化二铁性质相似的氧化亚铁(feo)、四氧化三铁(fe3o4)、氧化铜(cuo)、二氧化钛(tio2)、五氧化二钒(v2o5)、三氧化二铬(cr2o3)、二氧化锰(mno2)、四氧化三钴(co3o4)、三氧化钨(wo3)等氧化物，也都能与金属铝在高温下发生氧化还原反应，生成三氧化二铝和新的金属单质，放出大量的热，这样的反应都属于铝热反应。铝热反应一般有两个方面的重要应用：一是冶炼高熔点的金属；二是焊接金属，如用fe2o3和al的混合物做焊药(“铝热剂”)焊接铁路钢轨等(如图)。二、金属的冶炼将矿石中的金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料，这一过程在工业上称为金属的冶炼。(1)金属冶炼的实质：mn＋＋ne－===m。(2)金属冶炼的步骤：富集―→冶炼―→精炼。(3)金属冶炼的方法如下表所示。冶炼方法主要化学反应主要特点还原剂法co①适用于较不活泼的金属；②生产成本较低h2①适用于高温条件下不和水反应的金属；②金属成分纯度高，熔点高；③生成成本高na、ca、mg、al等①适用于高熔点、较不活泼的金属；②生产成本高，金属成分纯度高冶炼方法主要化学反应主要特点电解法电解熔融物①适用于活泼金属的冶炼；②炼得的金属纯度高；③耗电量大，生产成本高；④熔融物属于离子化合物电解不活泼金属的盐溶液①炼得的铜纯度很高；②耗电量大，生产成本高；③阳极被消耗，阴极质量增加热分解法适用于hg、ag等金属的冶炼富集法——适用于以游离态存在的密度较大的金属，所得金属纯度不高，仍需精炼典例导析【例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)火烧孔雀石炼铜；(Ⅱ)湿法炼铜。现代有：(Ⅲ)铝热法炼铬；(Ⅳ)从光卤石中炼镁。其中对它们的冶炼方法的分析中不正确的是(

)a．(Ⅰ)①

b．(Ⅱ)②c．(Ⅲ)③ d．(Ⅳ)④【答案】

b答案：b

na、mg很活泼，应用电解法，a正确，b错误；铁属较活泼金属，可用热还原法，c正确；较不活泼金属汞可用热分解法，d正确。【例2】

钛(ti)被称为继铁、铝之后的第三金属，钛白(tio2)是目前最好的白色颜料。制备tio2和ti的原料是钛铁矿，我国的钛铁矿储量居世界首位。含有fe2o3的钛铁矿(主要成分为fetio3)制取tio2的流程如下：(1)ti的原子序数为22，ti位于元素周期表中第________周期，第________族。(2)步骤①加铁的目的是___________________________________________；步骤②冷却的目的是____________________________________________。(3)上述制备tio2的过程中，可以利用的副产物是________；考虑成本和废物综合利用因素，废液中应加入________处理。(4)由金红石(tio2)制取单质ti，涉及到的步骤为：tio2―→ticl4――――→

ti已知：①c(s)＋o2(g)===co2(g)；Δh＝－393.5kj/mol

②2co(g)＋o2(g)===2co2(g)；Δh＝－566kj/mol

③tio2(s)＋2cl2(g)===ticl4(s)＋o2(g)；Δh＝＋141kj/mol，则tio2(s)＋2cl2(g)＋2c(s)===ticl4(s)＋2co(g)的Δh＝________。反应ticl4＋2mg===2mgcl2＋ti在ar气氛中进行的理由是________________。【答案】

(1)四Ⅳb

(2)将fe3＋还原为fe2＋析出(或分离或得到)feso4·7h2o

(3)feso4·7h2o石灰(或碳酸钙、废碱)

(4)－80kj/mol防止高温下mg(ti)与空气中的o2(或co2，n2)作用mg800℃，ar变式训练2钛(ti)是一种活泼的金属，其作为金属材料，具有密度小、熔点高、可塑性强、机械强度高、亲生物性好等优良的性能，被誉为“21世纪的金属”。工业上常用硫酸分解钛铁矿石(fetio3)的方法来制取二氧化钛(tio2)，再由二氧化钛制金属钛，主要有以下五个反应：①fetio3＋2h2so4===tioso4＋feso4＋2h2o②tioso4＋2h2o===h2tio3↓＋h2so4③h2tio3===

tio2＋h2o④tio2＋2c＋2cl2===

ticl4＋2co⑤ticl4＋2mg===2mgcl2＋ti△△(1)在上述五个化学反应的实际应用中，导致环境污染的可能性最小的是________(填写代号)。(2)钛具有很强的耐腐蚀性，以下对其原因的分析中正确的是________(填写代号)。①钛是像金、铂一样不活泼的金属；②金属钛的表面易形成致密的氧化膜；③钛与氧气、酸等腐蚀剂不发生化学反应。答案：(1)c

(2)②

解析：化学式h2tio3符合酸的一般化学式。h2tio3是tio2的水化物，叫做钛酸。在反应⑤中，mg是还原剂，ti是还原产物，所以还原性mg>ti。钛既是活泼的金属，又耐腐蚀性强，似乎很矛盾。借助于铝的耐腐蚀原理可突破思维误区。【例3】

如图所示，用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状，套在一起，使四周都有四层。把内层滤纸取出，在底部剪一个小孔，用水润湿，再跟另一纸漏斗套在一起，架在铁圈上，下面放置一盛沙的蒸发皿。把5g干燥的氧化铁粉末和2g铝粉混合均匀，放在纸漏斗中，上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条，用小木条点燃镁条。观察发生的现象。通过以上实验信息，回答下列问题：(1)写出该反应的化学方程式：__________________________________，在该反应中______是氧化剂，______是还原剂，该反应称为______反应。(2)选出该实验的实验现象(填写在横线上)：________。①镁条剧烈燃烧；②放出大量的热，并发出耀眼的光芒，火星四射；③纸漏斗的下部被烧穿；④有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上，液珠冷却后变为黑色固体。(3)写出下列操作或物质的作用：内层纸漏斗底部剪一个孔：________；蒸发皿盛沙：________；镁条：________；氯酸钾：________。【解析】

(1)铝热反应为2al＋fe2o3=====2fe＋al2o3，该反应中fe2o3作氧化剂，al作还原剂。(2)①②③④全为该铝热反应的现象。(3)铝热反应实验中①为使熔融物易落下通常在内层纸漏斗底部剪一个孔；②为防止溅落物炸裂蒸发皿，蒸发皿内盛沙子；③反应中镁条引起氯酸钾分解；④氯酸钾引发铝热反应。【答案】

(1)fe2o3＋2al=====al2o3＋2fe

fe2o3

al铝热(2)①②③④(3)使熔融物易于落下防止溅落物炸裂蒸发皿引起氯酸钾分解引发铝热反应高温高温变式训练3铝能用于冶炼难熔的金属(如矾、铬、锰等)，这是因为铝具有下列性质中的(

)a．金属性和非金属性b．导电性c．熔点低d．还原性，在冶炼反应中放出大量热答案：d随堂演练1．下列关于金属资源的说法中，你不赞成的是(

)a．地球上的金属资源是取之不尽，用之不竭的b．自然界中除少数不活泼金属(如金、铂等)外，绝大多数金属都以化合态形式存在c．防止金属锈蚀、回收利用废旧金属可以保护金属资源和环境d．合理开采矿物、寻找金属代用品都是保护金属资源的有效途径答案：a2．不同金属的冶炼，其冶炼方法也可能不同，主要原因是(

)a．金属在自然界的分布不同b．金属在自然界中的含量不同c．金属在自然界中存在形式不同d．金属的活动性不同答案：ad3．下列化工生产原理错误的是(

)①可以用电解熔融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炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，故不需要加热a．②③

b．①③c．①②③

d．②答案：a钠加入氯化镁饱和溶液中不会产生金属镁，因钠首先和水反应生成naoh，进而生成mg(oh)2沉淀；炼铁高炉中所发生的反应都是放热的，但并不是放热反应不需要加热就能进行，有些化学反应也需要加热才能进行。4．下列说法正确的是(

)a．有些活泼金属，如铝可作热还原法的还原剂b．用电解nacl溶液的方法来冶炼金属钠c．可用焦炭或一氧化碳还原氧化铝的方法来冶炼铝d．回收旧金属可以重新制成金属或它们的化合物5．某地产孔雀石的主要成分是cu2(oh)2co3。(1)试写出该孔雀石高温分解的化学方程式：______________________________________________________________。(2)试以(1)中所得金属氧化物为原料，分别采用湿法冶炼和高温冶炼的方式制取金属铜。供选择的试剂有：①木炭，②铁屑，③生石灰，④稀硫酸，不得另选其他试剂，写出反应的化学方程式。a．湿法冶炼：________________、________________(可不填满，也可补充，下同)。b．高温冶炼：_____________________________________________。为方便教学使用，本部分单独装订成活页装，请做课时作业24第2课时

海水资源的开发利用海洋的开发和利用(1)海水淡化：把海水中的盐与水分离，得到淡水。其方法有____________、___________、___________等，其中_________历史最久，技术工艺也较完善。(2)海水制取食盐：主要方法是利用______________。(3)海水提铀：主要方法是采用各种高效吸附剂富集铀，再分离得到铀。自学导引蒸馏法电渗析法蒸馏法离子交换法太阳能晒制(4)海水制取溴：主要方法是____________。①主要流程：②主要反应：__________________________________________________________(5)海带中含有的碘元素，以i－形式存在，因此可先用________将其________为________，然后利用___________________这一特性检验。空气吹出法cl2＋2br－===2cl－＋br2br2＋so2＋2h2o===2hbr＋h2so42hbr＋cl2===2hcl＋br2氧化剂氧化i2i2遇淀粉溶液变蓝

一、海水水资源的综合利用1．海水淡化(1)海水淡化途径：通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去。(2)海水的蒸馏规律技巧2．海水制盐(1)方法：把海水引到盐滩上，利用日光和风力使水分蒸发，得到食盐。(2)原理：蒸发海水，使食盐浓缩结晶。(3)食盐用途3．海水提溴(1)浓缩：海水晒盐和海水淡化的过程中副产物br－得到浓缩。(2)氧化：向浓缩的海水中通入cl2，将br－氧化为br2，反应的离子方程式为：cl2＋2br－===br2＋2cl－。(3)富集：利用溴的挥发性，通入热空气和水蒸气，吹出的溴蒸气用so2吸收。反应的化学方程式为：br2＋so2＋2h2o===2hbr＋h2so4。(4)提取：再用cl2将hbr氧化得到产品溴。4．海带中提碘(1)海带中含有碘元素的检验①关键反应的反应原理：2h＋＋2i－＋h2o2===i2＋2h2o②实验步骤及证明方法(2)海带中提碘①流程海带―→浸泡―→氧化―→过滤―→提纯―→碘单质②主要的化学原理：cl2＋2ki===2kcl＋i25．海水提镁(1)反应流程：

(2)有关反应的化学方程式：①mgcl2＋ca(oh)2===mg(oh)2↓＋cacl2②mg(oh)2＋2hcl===mgcl2＋2h2o二、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。(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混合物。如nacl与kno3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baso4的分离。(4)分液法适用于分离两种互不相溶的液态混合物。如苯和水的分离。(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提取碘水中的碘。(6)洗气法适用于分离各气体与吸收剂的作用不同的混合物。如co2与co的分离。(7)升华法适用于分离其中一种组分有升华特征的固态混合物。如碘与沙子的分离。典例导析【例1】若将海水淡化作饮用水使用，下列方法在原理上完全不可行的是(

)a．加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化b．利用太阳能使海水蒸馏淡化c．将海水缓慢凝固以获取淡化的饮用水d．将海水通过离子交换树脂，以除去所含杂质离子【解析】

明矾净水是利用al3＋水解生成的al(oh)3胶体的吸附作用而除去水中的一些悬浮物，并不能除去海水中的多数杂质离子而使海水淡化。利用太阳能使海水蒸馏淡化，是极有研究价值的一种淡化途径。海水缓慢凝固后可结成冰，在这个过程中可以除去海水中的杂质离子而使海水淡化。将海水通过离子交换树脂是一种已被应用的海水淡化方法。【答案】

a变式训练1以下说法正确的是(

)a．海洋约占地球表面积的71%，所以地球上不缺水，人类可以随意使用水资源，不必节约b．海水淡化的主要方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法c．海水淡化的各种方法中，蒸馏法的成本比较低d．以上说法都正确答案：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。实验室里从海藻中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__________________，③__________________。写出实验②中有关反应的离子方程式：______________________________________________________________。(2)提取碘的过程中，可供选择的有关溶剂是________。a．甲苯，酒精 b．四氯化碳，苯c．汽油，乙酸 d．汽油，甘油(3)为了使海藻灰中碘离子转化为碘的有机溶液，实验室准备了烧杯、玻璃棒、锥形瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器、物品。还缺少的玻璃仪器是________。(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，指出如图实验装置中的错误之处：①________；②________；③________。

(5)进行上述蒸馏法操作时，使用水浴的原因是______________________________________________________________；最后，晶态碘在________里聚集。【解析】

(1)从流程图中可知操作①是过滤；③是萃取；②中的反应是cl2将i－氧化成i2的反应。(2)根据萃取的原理，要从含碘的水溶液中萃取碘，所选择的萃取剂一定要和水互不相溶或很难相溶，而选项中的酒精、乙酸、甘油皆与水互溶，因此b是正确选项。(3)按照流程图考虑每一步骤需要的仪器，还缺少普通漏斗和分液漏斗。(4)检查实验装置的错误，要按照实验的进程，逐一检查，通常是从左到右，自下而上。该装置缺石棉网，温度计不应插入液体中，冷凝管进出水的方向错了。(5)利用水浴可使被加热物质受热均匀而温度又不会超过100℃，最后在蒸馏烧瓶中得到晶态碘。【答案】

(1)过滤萃取cl2＋2i－===i2＋2cl－(2)b

(3)分液漏斗，普通漏斗(4)①缺少石棉网②温度计插到了液体中③冷凝管进出水的方向颠倒(5)使蒸馏烧瓶内物质均匀受热，控制加热温度不会过高蒸馏烧瓶变式训练2海水中溴主要以nabr的形式存在，工业上从海水中提取溴常用下列方法：(1)向海水中加入氯水使nabr氧化，反应的离子方程式为______________________________________________________________。(2)向溶液中鼓入空气，将br2吹出，用纯碱吸收，反应的化学方程式为______________________________________________________________。(3)将(2)所得溶液用稀h2so4酸化，使nabr、nabro3转化为单质溴，反应的化学方程式为_____________________________________________________。(4)这样制得的溴中含有少量cl2，除去cl2的方法是______________________________________________________________。(5)若海水里溴含量为0.07%(质量分数)，则海水中溴化钠的质量分数为________。答案：(1)cl2＋2br－===2cl－＋br2

(2)3br2＋3na2co3===5nabr＋nabro3＋3co2↑

(3)5nabr＋nabro3＋3h2so4===3br2＋3na2so4＋3h2o

(4)加入nabr

(5)0.09%解析：加入氯水后发生置换反应：cl2＋2br－===br2＋2cl－，生成的br2在碱性溶液中发生歧化反应生成nabr和nabro3。纯碱(na2co3)中碳元素以co32－形式存在，故产物中应有co2，发生反应的化学方程式为3br2＋3na2co3===5nabr＋nabro3＋3co2↑。当向反应后的溶液中再加入稀h2so4时，又发生反应：5nabr＋nabro3＋3h2so4===3br2＋3na2so4＋3h2o。溴中含有的少量氯气可用nabr将其除去。若海水里溴的含量为0.07%，则nabr的含量可表示为0.07%×(103/80)＝0.09%。【例3】

海水中含有氯化镁，是镁的重要来源之一。从海水中提取镁，可按照如下步骤进行：①把贝壳制成石灰乳；②在引入的海水中加入石灰乳，沉降、过滤、洗涤沉淀物；③将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤、干燥产物；④将所得的产物熔融后电解。关于提取镁，下列说法不正确的是(

)a．此法的优点之一是原料来源丰富b．进行①、②、③步操作的目的是从海水中提取氯化镁c．第④步电解时会产生氯气d．以上提取镁的过程中涉及的反应有分解反应、化合反应和复分解反应【解析】

①为分解反应，②③为复分解反应，④为分解反应，无化合反应。【答案】

d变式训练3已知mgo、mgcl2的熔点分别为2800℃、604℃，将mgo、mgcl2加热熔融后通电电解都可得到金属镁。海水中含有mgcl2，工业上从海水中提取镁，正确的方法是(

)答案：d随堂演练1．从海水中提取下列物质，可以不涉及化学变化的是(

)a．mg b．naclc．br2 d．k答案：b海水中存在大量的nacl，可以通过蒸发的方法将nacl从海水中分离出来，而mg、br2、k必须经过化学反应才能得到。2．下列叙述不正确的是(

)a．地球上99%的溴元素以溴单质的形式存在于海洋中b．在每升海水中含量低于1毫克的元素称为海水中的微量元素c．海水是锂元素的一个重要来源d．世界上生产的镁大部分来自海水答案：a3．2008年3月22日是第十六届“世界水日”。我国纪念“世界水日”和开展“中国水周”活动的宣传主题是“发展水利，改善民生”。下列有关活动不符合这一主题的是(

)a．大力提倡全民节约用水，加强城市生活污水处理，坚持达标排放b．大力推广使用纯净水代替自来水作生活用水，以保障用水安全c．加快产业结构调整，建立水资源节约型、环保型的国民经济体系d．加强工业用水净化系统工程的改造，提高水的重复利用率答案：b4．水资源非常重要，我国是水资源紧缺的国家，节约用水应该是我们的良好习惯。下列关于水的说法错误的是(

)a．蒸馏法是海水淡化的方法之一b．淡水的密度小于海水的密度c．融化的雪水中矿物质含量比深井水中的少d．0℃以上，温度越高，水的密度越小答案：d5．生产、生活中离不开各种化学物质，下列说法不正确的是(

)a．从海水中提取核能开发的重要原料是铀和重水b．潜水艇在紧急情况下可用过氧化钠供氧c．氯气与烧碱溶液或石灰乳反应都能得到含氯消毒剂d．工业上常用硅制造光导纤维、用铝粉还原一些金属氧化物答案：d6．下面是海水提镁的流程图：请完成下列问题：(1)海水提镁要用到海滩上的贝壳。贝壳在生产流程中的作用是______________________________________________________________。其主要成分发生化学变化的化学方程式为____________________________________________________________________________________________________________________________。(2)从海水中的镁离子到金属镁，经历了哪些化学变化？用化学方程式或离子方程式表示。__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)在用上述方法提镁的过程中，采用了哪些措施来提高经济效益？____________________________________________________________________________________________________________________________。解析：海水提镁最基本的方法就是往海水里加碱，使镁离子转化为氢氧化镁沉淀，将沉淀分离出来后再加入盐酸把它变成氯化镁，之后经过滤、干燥、电解就可得到金属镁。为方便教学使用，本部分单独装订成活页装，请做课时作业25第二节

资源综合利用

环境保护你知道什么是光化学烟雾吗？光化学烟雾是在强日照和低温度逆温气象条件下，大气中的烃类与nox在阳光辐射下发生光化学反应，产生的二次污染物与一次污染物混合形成的光化学烟雾。其危害：①光化学烟雾为白色、紫色或黄褐色，使能见度降低；②由于它有特殊的刺激性，可使人眼睛红肿流泪，刺激黏膜与呼吸道，并诱发其他疾病；③具有强氧化性，可使金属腐蚀、橡胶开裂、植物叶片发黄。如何治理光化学烟雾呢？就让我们一起从本节中寻找答案吧！情景激趣第1课时

煤、石油和天然气的

综合利用1．煤的组成及其综合利用(1)煤的组成煤是________和少量________组成的复杂混合物，主要含有________元素，还含有少量________________等元素。自学导引有机物无机物碳氢、氧、氮、硫(2)煤的综合利用煤可以当作燃料使用。将煤作为燃料，主要是利用碳元素与氧气反应放出的热量。但是，将煤直接燃烧不但利用率很低，而且还会造成严重的环境污染。将煤进行加工后综合利用是合理用煤的主要发展方向。当前，比较先进的综合用煤方法主要包括___________、___________和___________。①煤的干馏：将煤________________使煤分解的过程，叫煤的干馏。也称煤的焦化。它是一个_____________过程。②煤的气化：把煤中的_________转化为______________的过程。其主要反应是：________________________________。③煤的液化：把煤转化为__________的过程。得到的物质不是原来就有的，故该过程也是一个__________过程。气化和液化的作用：__________________，___________________。

煤的干馏煤的气化煤的液化隔绝空气加强热化学变化有机物可燃性气体c(s)＋h2o(g)――→

co(g)＋h2(g)

高温液体燃料化学变化把煤变成清洁能源提高煤的燃烧效率2．石油的组成及其综合利用(1)石油的组成石油主要是由________________组成的混合物。石油的组成成分中，在常温常压下有的呈________态，有的呈________态，还有的呈________态，即石油各组成之间________差距大。多种碳氢化合物气液固沸点(2)石油的综合利用石油直接应用的效益非常低，一般不能直接使用，而是要加工成石油产品使用。石油加工的主要方法有_____________、_____________、_____________、___________________等。①石油的分馏利用原油中_____________的不同，将复杂的混合物分离成较简单和更有用的混合物的过程叫做石油的分馏。②石油的分馏产品石油的分馏石油的裂化石油的裂解石油的催化重整各组分沸点③石油的裂化和裂解提高轻质油(特别是汽油)的产量(裂化汽油中含有烯烃，蒸馏汽油中不含)热裂化催化裂化获得短链不饱和烃特别是乙烯

3．以煤、石油和天然气为原料生产合成材料(1)三大合成材料：________、__________和__________。(2)加聚反应：由相对分子质量小的化合物通过加成反应相互结合成相对分子质量很大的高分子化合物的反应。乙烯的加聚反应方程式为：______________________________________________________________。(3)高分子化合物中的几个化学用语(以合成聚乙烯为例)①单体：聚合成高分子化合物的小分子化合物，如_____________。②链节：高分子化合物中的最小重复单元，如_______________。③聚合度：高分子化合物中的链节数，如聚乙烯中的n。塑料合成橡胶合成纤维ch2＝ch2

－ch2－ch2－

一、聚合反应乙烯等烯烃因分子里含有碳碳双键而能发生加成反应。如乙烯与溴(br2)的加成反应可写成：在适宜的条件下，由ch2===ch2分子所形成的—ch2—ch2—原子团可自身相互加成而生成高分子化合物——聚乙烯。ch2===ch2＋ch2===ch2＋ch2===ch2＋…―→…—ch2—ch2—ch2—ch2—ch2—ch2—…像这样一类合成高分子化合物(高聚物)的化学反应称为加成聚合反应，简称加聚反应。规律技巧小结：(1)加聚反应是加成反应中的一种情况，发生加聚反应的物质必须有一定的不饱和性。(2)学习与应用加聚反应，要了解高分子化合物、低分子化合物、高聚物、单体、链节、聚合度(用n表示)等的含义和相互关系。(3)在一个加聚反应中，有的单体是一种，也有的单体是两种甚至是更多种；有的单体分子只含一个不饱和键，也有的单体分子含两个或多个不饱和键。例如：nch2===ch2＋nch2===ch—ch===ch2―→像下列化学反应，在生成高分子化合物的同时还生成新的小分子，这样的聚合反应叫做缩合聚合反应，简称缩聚反应。加聚反应和缩聚反应都属于聚合反应。高分子化合物由于相对分子质量大，表现出某些特殊性能，可以用来制造满足不同需求的合成材料，如各种塑料、合成橡胶、合成纤维以及涂料、胶黏剂等。聚合反应是获得高分子化合物的重要化学途径。二、蒸馏、分馏、干馏的比较1．蒸馏(1)蒸馏的含义根据物质沸点的差异，对液态混合物或固、液混合物进行加热蒸发和冷凝，使混合物分离为两组不同物质的操作方法叫做蒸馏。(2)蒸馏与物质变化的类型蒸馏过程中的物质变化，一般是物理变化。(3)蒸馏的应用蒸馏一般用于混合物的分离。从蒸馏的具体目的来说，有的蒸馏是为了物质的分离，如用蒸馏法将碘和苯的混合物分离为碘和苯；有的蒸馏是为了制取物质，如用蒸馏法从自来水或海水中制取蒸馏水。(4)蒸馏对象的特征蒸馏对象的各组分之间要有一定的沸点差。各组分之间的沸点差越大，蒸馏产物的纯度越高。如对自来水进行蒸馏可得到纯净的水；对乙醇(沸点77.8℃)和水的混合物进行蒸馏就不可能得到无水乙醇。(5)提高蒸馏质量的主要措施①准确控制蒸馏的加热温度，提高蒸馏产品的纯度。通常是利用温度计显示通过蒸发而分离出来的物质的液化温度。②对蒸馏产生的蒸气进行冷却，提高蒸馏产品的收集率。③改变蒸馏对象里不同组分之间的沸点差，提高蒸馏产品的纯度。如向工业酒精(乙醇的体积百分含量约96%)加入新制的生石灰后再进行蒸馏，可制得无水乙醇(乙醇的体积百分含量约99.5%)；向含少量水的乙酸(沸点117.9℃)加入浓硫酸后再进行蒸馏，可得到纯度很高的乙酸。④改变蒸馏对象里组分的沸点，保护蒸馏产品不发生变质。如对过氧化氢(h2o2，受热易分解为h2o和o2)的水溶液进行蒸馏浓缩时就遇到一个矛盾：加热温度过高，h2o2就分解；加热温度过低，水蒸发慢、蒸发百分率不够。根据压强减小沸点降低的原理，将过氧化氢水溶液在减压条件下进行蒸馏，就能得到理想的蒸馏效果。(6)蒸馏的应用蒸馏在化学实验、生活和生产中都有实际应用。2．分馏分馏是蒸馏的拓展，或者说分馏是多级蒸馏的组合。分馏对象里的组分种数更多，多级蒸馏一般在同一个装置内连续进行，得到的产品品种更多。3．干馏干馏是通过加强热使某物质或混合物产生、分离为不同产品的操作方法。在中学化学中常见的干馏是对煤进行干馏。在煤的干馏过程中，组成煤的成分发生了许多化学变化而生成了许多新的物质，同时也发生了物理变化。煤和煤干馏的产品大多易燃烧，因此煤的干馏要在隔离空气的条件下进行。s三、化学“七气”名称来源主要成分用途高炉煤气炼铁高炉co2、co等燃料水煤气水煤气炉co、h2等燃料、化工原料炼厂气石油炼制厂低级烷烃燃料、化工原料油田气油田低级烷烃燃料、化工原料天然气天然气田、油田甲烷燃料、化工原料裂解气裂解炉“三烯二烷”石油化工原料焦炉气炼焦炉h2、ch4、c2h4等燃料、化工原料四、判断高分子化合物单体的方法已知加聚产物的结构简式，可用下面介绍的“单双键互换法”巧断合成它的单体，其步骤是：(1)首先去掉结构简式两端的“”和“”。(2)再将高分子链节中主链上的碳碳单键改为碳碳双键，碳碳双键改为碳碳单键。(3)再从左到右检查高分子链节中各碳原子的价键，将碳原子价键超过四价的碳原子找出来，用“△”号标记。(4)去掉不符合四价的碳原子间的价键(一般为双键)，即得合成该加聚产物的单体。例如：判断的单体，按“单双键互换法”推断如下：可得合成该有机物的单体有：ch2===ch—ch3、ch2===ch—ch===ch—ch3、ch2===ch2、五、煤综合利用方法的比较原理产品主要成分主要用途干馏隔离空气高温分解焦炉气氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳气体燃料、化工原料粗氨水氨、铵盐化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料粗苯苯、甲苯、二甲苯煤焦油苯、甲苯、二甲苯酚类、萘染料、医药、农药、合成材料沥青制碳素电极、筑路材料焦炭碳冶金、燃料、合成氨造气、电石气化碳与水蒸气高温反应气体燃料一氧化碳和氢气气体燃料、化工原料液化直接：煤与氢气反应液体燃料液态烃燃料、化工原料间接：煤先转化为一氧化碳和氢气，再转化合成甲醇等甲醇燃料、化工原料六、石油的综合利用方法比较项目基本含义主要目的分子结构变化情况分馏在加热的条件下，原油发生物理变化，分离为石油气、汽油、煤油、柴油、润滑油、石蜡和重油等多组混合物将石油加工为燃料和石油深加工的原料烃分子的组成与结构不变裂化在催化剂和加热、加压的条件下，相对分子质量较大、沸点较高的重油发生分裂反应，生成相对分子质量较小、沸点较低的液态和气态烃提高轻质燃料油的产量和质量烃分子的碳链缩短，不饱和程度增加裂解采用比裂化更高的温度，使某些石油分馏或裂化产品再发生分裂反应，生成甲烷、乙烷、乙烯、丙烯等。裂解的实质就是深度裂化生产化工原料烃分子的碳链再缩短，不饱和程度再增加重整在催化剂和加热的条件下，来自石油的某些链状烃发生化学反应，生产环状烃生产环状烃烃分子的碳链变为碳环典例导析【例1】下列说法不正确的是(

)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c18以上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】

汽油是c5～c11的烷烃，可以通过石油的分馏得到，也可由c18以上的烷烃经过裂化反应得到，a、b正确；煤是由有机物和无机物所组成的复杂混合物，其干馏产物中有苯和甲苯等，故c正确，d错误。【答案】

d变式训练1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．石油的分馏 b．石油的裂解c．煤的干馏 d．煤的气化答案：c煤的干馏属于化学变化，且产物有焦炭(固体)、煤焦油(液体)、焦炉气(气体)等。【例2】

对图示中的变化叙述错误的是(

)a．图示实验中发生了化学变化b．液体x溶液的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【解析】

煤的干馏是煤在隔绝空气下加强热的过程，它发生了复杂的物理、化学变化；煤的干馏产物有h2o和nh3生成，nh3易溶于水而呈碱性，ph>7，同时干馏还生成了煤焦油，它的化学成分主要为芳香族化合物，是难溶于水的黏稠液体；干馏的气体产物中的h2、co具有还原性，可以还原cuo，气体产物中的c2h4可使溴水褪色。试管a中产生黄色的烟。【答案】

d变式训练2有关煤的叙述不正确的是(

)a．煤的综合利用主要是煤的干馏、气化和液化b．煤的干馏过程属于化学变化c．煤是由多种有机物组成的混合物d．煤除了主要含碳元素外，还含有少量的氢、氮、硫、氧等元素答案：c煤是由多种有机物、无机物组成的复杂混合物。【例3】

合成abs工程塑料的单体是：ch2===chcn、ch2===ch—ch===ch2、c6h5—ch===ch2，三者以物质的量比1：1：1均匀混合，生成加聚物的结构简式为：________。【解析】

将ch2===chcn、c6h5—ch===ch2分子中的c===c双键均打开一个，成为结构：和，而ch2===ch—ch===ch2

在断开两个旧键的同时生成一个新的双键，成为结构—ch2—ch===ch—ch2—，三者按一定顺序连接，就可得到加聚物的结构。【答案】

变式训练3丁苯橡胶有许多优良的物理、化学性能，在工业生产中具有广泛的应用。下列为丁苯橡胶的结构简式：分别写出形成丁苯橡胶单体的各有机物的结构简式：________、________、________(可不填满，也可补充)。答案：ch2===ch—ch===ch2；解析：由高聚物判断其单体常用的有2种方法。方法1(二四分段法)：选定高聚物的结构单元，从一侧开始分段，如果在结构单元的主链上遇到c===c键，一般可将4个c分为一段，其余则2个c为一段，从段的连接处断开，形成双键，可得单体。于是得到单体：ch2===ch—ch===ch2、方法2(弯箭头法)：从结构单元的一端开始，利用弯箭头将键转移——箭尾处去掉一键，箭头处形成一键，单体马上可得。随堂演练1．石油炼制过程中，既能提高汽油产量又能提高汽油质量的方法是(

)a．常压分馏 b．减压分馏c．裂解 d．催化裂化答案：d四种方法都是石油炼制加工的方法，但其目的不同。a项只能对石油进行初步加工，各类烃的质量仅占石油总量的25%左右；b项操作不会得到汽油；c项所得产物主要是乙烯、丙烯等小分子短链化合物；只有d项才能得到质量更高、产量更多的汽油。故选d。2．下列关于煤、石油、天然气等资源的说法正确的是(

)a．石油裂解得到的汽油是纯净物b．石油产品都可用于聚合反应c．天然气是一种清洁的化石燃料d．水煤气是通过煤的液化得到的气体燃料答案：c

a选项石油不管是分馏还是裂化、裂解得到的产品均是混合物；b选项石油产品有饱和烃也有不饱和烃，其中不饱和烃可用于聚合反应；d选项水煤气是在高温条件下煤和水蒸气反应得到的一氧化碳和氢气的混合气体，不是煤液化的产品。3．关于石油组成的叙述中，正确的是(

)a．石油是一些不饱和烃的混合物b．石油是各种烷烃和烯烃的混合物c．石油是各种饱和烃的混合物d．石油是各种烷烃、环烷烃和芳香烃的混合物答案：d石油是多种烃组成的混合物，其主要成分是烷烃、环烷烃和芳香烃，经过裂化、裂解后可生成一些不饱和烃。4．可用来鉴别裂化汽油和直馏汽油的试剂是(

)a．乙醇 b．溴的四氯化碳溶液c．naoh溶液 d．盐酸答案：b裂化汽油和直馏汽油的主要区别在于裂化汽油含有不饱和烃，可用溴的四氯化碳溶液进行鉴别。5．近期我国冀东渤海湾发现储量达10亿吨的大型油田。下列关于石油的说法正确的是(

)a．石油属于可再生矿物能源b．石油主要含有碳、氢两种元素c．石油的裂化是物理变化d．石油分馏的各馏分均是纯净物答案：b石油属于化石燃料，属于不能再生能源；石油裂化是化学变化；石油分馏的各馏分均是混合物。为方便教学使用，本部分单独装订成活页装，请做课时作业26第2课时

环境保护与绿色化学一、环境问题和环境保护环境问题主要是指人类不合理地____________________________而造成的________________，以及________________________所造成的环境污染。列举如下：大气污染主要来自__________________和___________________________及其携带的________。__________和__________是形成酸雨的主要物质。含磷、氮的大量污水任意排放，会出现________、________等水体污染问题。二、绿色化学绿色化学的核心是__________________________________________________。“原子经济”是________________________________________________________。原子利用率＝_________________________________________。自学导引开发和利用自然资源生态环境破坏工农业生产和人类生活化石燃料的燃烧工业生产过程产生的废气颗粒物硫氧化物氮氧化物水化赤潮利用化学原理从源头上减少或消除工业生产对环境的污染反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时的原子利用率为100%期望产物的总质量与生成物的总质量之比一、环境、环境污染和环境保护环境是指围绕着人群的空间及其中可以直接、间接影响人类生活和发展的各种自然因素和社会因素的总体。一种状态由洁净变污浊的过程叫污染。环境污染即指环境变得不清洁、污浊、肮脏或其他方面的不洁净的状态。环境污染主要是由人类活动引起的，但自然活动如火山、地震、海啸、气候异常、森林火灾等自然灾害也会造成环境污染。环境污染绝大多数来自于人类不合理的经济活动。人类通过生产，从环境中输入物质和能量，人类通过消费活动，将废弃物输出给环境。环境本身是有一定的自净能力的，但是当废弃物产生量越来越大，超过环境的自净能力时，就会影响环境，造成环境污染。环境污染可以通过食物链在生物体内不断迁移、转化和富集。物质在整个生物圈的迁移、转化是没有国界的，因此环境污染也是没有国界的。规律技巧地球上的环境问题可概括为：①全球变暖；②臭氧层破坏；③酸雨；④生物多样性减少；⑤森林锐减；⑥土地荒漠化；⑦水质污染；⑧海洋污染；⑨大气污染；⑩固体废弃物污染。其中，全球变暖(温室效应)、酸雨和臭氧层破坏被称为当代三大环境问题。环境问题已成为全人类所面临的生存和发展问题。它严重制约着社会的发展，不仅使人类社会的文明进程受到影响，而且使人类自身的生存也受到严重的威胁。如何正确地认识和处理人与自然的关系，主要取决于人类自己。因此全人类都应该重视环境保护，走可持续发展之路。环境保护是指采取社会的、技术的、经济的综合措施，合理利用自然资源，防止环境污染与破坏，以求保持和发展生态平衡，促进经济和保障人类社会的持续发展。二、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、炼焦、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。降水酸度ph<5.6时，将会对森林、农作物和材料、建筑物产生明显损害。4．臭氧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．白色污染生活生产中抛弃使用后的难降解的塑料制品造成的，它们的主要危害：(1)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；(2)废旧塑料易被动物当作食物吞入，导致动物死亡；(3)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物、碳氢化合物造成的，能刺激人体器官使人生病甚至死亡。三、绿色化学1．含义“绿色化学”可以诠释为环境友好化学，它的核心内涵是在反应过程和化工生产中，尽量减少或彻底消除使用和产生有害物质。它研究对环境没有任何副作用的化学试剂、化学制品和化学工艺。2．“绿色化学”的特点(1)开发绿色反应，将原子利用率提高到100%。(2)使用无毒、无害的原料、催化剂、溶剂。(3)开发绿色工艺。(4)开发和生产绿色产品。3．原子经济原子经济要求反应物的原子全部转变成最终产物，原子利用率达到100%，也就是说在化学反应过程中不产生任何废物。化学反应的原子经济好坏用原子利用率来衡量：由于反应中生成的副产物通常并不清楚或者不易确定，故有人提出“原子经济百分数”概念：四、绿色化学的进展绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。绿色化学是一门从源头上阻止污染的化学。近年来这方面的研究主要是围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化开展的。绿色化学即是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质。不再生产废物，不再处理废物。开发新的原子经济反应已成为绿色化学研究的热点之一。enichem公司采用钛硅分子筛催化剂，将环己酮、氨、过氧化氢反应，可直接合成环己酮肟，取代由氨氧化制硝酸、硝酸根离子在铂、钯贵金属催化剂上用氢还原制备羟胺，羟胺再与环己酮反应合成环己酮肟的复杂技术路线，并已实现工业化。另外，环氧丙烷是生产聚氨酯泡沫塑料的重要原料，传统上主要采用二步反应的氯醇法，不仅使用危险的氯气，而且还产生大量含氯化钙的废水，造成环境污染。国内外均在开发钛硅分子筛催化氧化丙烯制环氧丙烷的原子经济新方法。此外，针对钛硅分子筛催化反应体系，开发与反应匹配的工艺和反应器仍是今后努力的方向。提高烃类氧化反应的选择性。烃类选择性氧化在石油化工中占有极其重要的地位。据统计，在用催化过程生产的各种有机化学品中，选择催化氧化生产的产品约占25%。烃类选择性氧化为强放热反应，目的产物大多是热力学上不稳定的中间化合物，在反应条件下很容易被进一步深度氧化为二氧化碳和水，其选择性是各类催化反应中最低的。这不仅造成资源浪费和环境污染，而且给产品的分离和纯化带来很大困难，使投资和生产成本大幅度上升。所以，控制氧化反应深度，提高目的产物的选择性始终是烃类选择氧化研究中最具挑战性的难题。采用无毒、无害的原料。为使制得的中间体具有进一步转化所需的官能团和反应性，在现有化工生产中仍使用剧毒的光气和氢氰酸等作为原料。为了人类健康和社区安全，需要用无毒无害的原料代替它们来生产所需的化工产品现已开发成功。采用无毒、无害的催化剂。目前烃类的烷基化反应一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸催化剂，这些液体催化剂的共同缺点是：对设备的腐蚀严重、对人身危害和产生废渣、污染环境。为了保护环境，多年来国外正从分子筛、杂多酸、超强酸等新型催化材料中大力开发固体酸烷基化催化剂。采用无毒、无害的溶剂。大量的与化学品制造相关的问题不仅来源于原料和产品，而且源自于其制造过程中使用的物质。最常见的是在反应介质、分离和配方中所用的溶剂。当前广泛使用的溶剂是挥发性有机化合物(voc)，其在使用过程中有的会引起地面臭氧的形成，有的会引起水源污染，因此，需要限制这类溶剂的使用。采用无毒无害的溶剂代替挥发性有机化合物作溶剂已成为绿色化学的重要研究方向。利用可再生的资源合成化学品。利用生物量(生物原料)代替当前广泛使用的石油合成化学品，是保护环境的一个长远的发展方向。利用生物或农业废物如多糖类制造新型聚合物的工作，由于其同时解决了多个环保问题，因此引起人们的特别兴趣。其优越性在于聚合物原料单体实现了无害化，生物催化转化方法优越。典例导析【例1】已知煤的近似结构模型为：(1)从煤的结构模型来看，煤是工业上获得________烃的重要来源；(2)我国大约70%的煤是直接用于燃烧的，从煤的结构模型来看，在提供热量的同时产生大量的________、________等气体物质，造成严重的大气污染；(3)“型煤”技术的原理是利用固硫