8.1自然资源的开发利用 课件 -【知识精研】高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

第一节自然资源的开发利用第1课时金属矿物的开发利用第八章化学与可持续发展学习目标1.了解金属在自然界中的存在形式，掌握金属冶炼的一般方法和原理。2.以金属矿物的开发利用为例，了解依据物质性质及其变化综合利用资源的方法，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。新课导入人类使用金属材料的先后顺序：马踏飞燕青铜时代沧州铁狮子铁器时代铝制厨具铝器时代合金汽车合金时代一、金属元素在自然界的存在形态金Au银Ag铜Cu铁Fe1.自然界的金属单质一、金属元素在自然界的存在形态一、金属元素在自然界的存在形态1.自然界的金属化合物黄铜矿(CuFeS2)赤铁矿(Fe2O3)铝土矿(Al2O3)软锰矿(MnO2)钨锰铁矿锌铅矿孔雀石Cu2(OH)2CO3菱镁矿(MgCO3)二、金属的冶炼人们在生活和生产中使用的金属材料多为合金，它是由金属单质加工获得的。那么人们是如何获得金属单质？金属矿物又是如何开发和利用的呢？高压钠灯铜导线铁锅不锈钢锅钛合金羽毛球拍镍合金门锁铂合金首饰钠钾合金二、金属的冶炼将金属从其化合物中还原出来的过程，工业上称之为金属的冶炼。得电子，被还原+ne-Mn+(化合态)

M(游离态)正价0价1.定义2.实质3.步骤采矿→矿石富集→金属冶炼→精炼富集除杂，提高矿石中有用成分的含量精炼提纯金属4.方法KCaNaMgAl

ZnFeSnPb(H)Cu

HgAg

PtAu二、金属的冶炼如图表示金属活动性顺序表中铜、锡、铁和铝元素被人类大规模开发利用的大致年限。约10000年前约6000年前约6000年前约2500年前约200年前【思考】为什么地壳中铝的含量比铁和铜高，但使用的时间却晚得太多？金属越活泼，冶炼时所需条件要求越高，在人类历史上出现相对晚一些。KCaNaMg

Al︱ZnFeSnPb(H)Cu︱

HgAg︱PtAu电解法热还原法热分解法物理法4.方法二、金属的冶炼4.方法二、金属的冶炼①电解法MgCl2(熔融)====Mg＋Cl2↑电解2NaCl(熔融)====2Na＋Cl2↑电解2Al2O3(熔融)======4Al＋3O2↑电解冰晶石Na3AlF6作用：助熔剂，可以降低氧化铝的熔点。【思考1】为什么电解Al2O3，而不用AlCl3?因为AlCl3是共价化合物，熔融状态以分子形式存在，没有自由移动的离子，不发生电离，不能导电，无法进行电解。【思考2】为什么电解熔融MgCl2，而不用MgO?【思考3】电解法制备此类金属，能否在水溶液中进行?MgO的熔点(2852℃)远远高于MgCl2的熔点(714℃)，电解熔融状态的MgO需要更高的温度，消耗更多的能量，对条件、设备的要求更高，会增加生产成本。不能，因为此类金属的活动性强，阳离子的氧化性弱于水电离的氢离子，根据氧化还原反应的先后规律，轮不到它们得电子被还原。二、金属的冶炼2NaCl+2H2O====2NaOH+H2↑+Cl2↑电解4.方法二、金属的冶炼②热还原法常见还原剂：焦炭、CO、H2、活泼金属Al等。(高炉炼铁)(铝热反应)3CO+Fe2O3

===2Fe+3CO2↑高温2Al+Fe2O3

===2Fe＋Al2O3高温H2+CuO===Cu+H2O4.方法二、金属的冶炼②热还原法——铝热反应铝与某些难熔金属(Cu、Fe、V、Cr、Mn等)的氧化物在高温条件下发生的置换反应叫铝热反应。铝粉和金属氧化物

(V2O5/Cr2O3/MnO2/FexOy等)的混合物称为铝热剂。【思考】铝粉和MgO、Na2O等的混合物能否称为铝热剂？不能，金属氧化物对应的金属活动性应该比铝差。4.方法二、金属的冶炼②热还原法——铝热反应焊接钢轨，应用：冶炼高熔点，且活动性比铝差的金属4Al＋3MnO2===3Mn＋2Al2O3高温2Al+Fe2O3

===2Fe＋Al2O3高温镁条剧烈燃烧，发出耀眼白光，漏斗内剧烈反应，放出大量的热，火星四射，纸漏斗的下部被烧穿，有红热熔融物落入沙中，冷却后变为黑色固体。引燃剂助燃剂铝热剂4.方法二、金属的冶炼③热分解法古代炼丹术士葛洪的《抱朴子》中“丹砂烧之成水银”HgSHg+S2HgO2Hg+O2↑2Ag2O4Ag+O2↑朱砂，辰砂4.方法二、金属的冶炼③物理法——富集法淘金原理：金的密度比沙大金在自然界中以游离态存在。“沙里淘金”有诗为证：“千淘万漉虽辛苦，吹尽狂沙始到金”4.方法二、金属的冶炼④其他的冶炼方法Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu湿法炼铜火法炼铜Cu2S＋O2===

2Cu＋SO2高温火烧孔雀石炼铜Cu2(OH)2CO3===2CuO+H2O+CO2↑高温C+2CuO===CO2↑+2Cu难挥发性物质制备易挥发性的物质

Na+KCl(熔融)===NaCl+K↑三、金属矿物的开发和利用1.合理开发和利用金属矿物资源的原因(1)资源有限且分布不均(2)金属的冶炼消耗许多能量(3)金属冶炼造成环境污染(4)金属腐蚀造成大量损失2.合理开发和利用金属矿物资源的措施(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)加强废旧金属的回收和再利用(5)使用其他材料代替金属材料【思考】铝土矿中除Al2O3外常含有杂质Fe2O3

、SiO2，怎样从铝土矿中获得铝单质呢？Al2O3

Fe2O3

SiO2NaOH溶液Fe2O3Na[Al(OH)4]Na2SiO3NaOH盐酸H2SiO3NaClAlCl3氨水Al(OH)3过滤过滤过滤NH4ClNaClAl2O3Al电解加热方案一：碱溶法课堂检测①②③④⑤[Al(OH)4]−+4H+

===Al3++4H2O

Al2O3+2OH−+3H2O===

2[Al(OH)4]−

Al2O3

Fe2O3

SiO2SiO2AlCl3FeCl3HClFe(OH)3Na[Al(OH)4]NaClNaOHCO2Al(OH)3NaHCO3NaCl盐酸过滤NaOH溶液过滤过滤Al2O3Al电解加热【思考】铝土矿中除Al2O3外常含有杂质Fe2O3

、SiO2，怎样从铝土矿中获得铝单质呢？方案二：酸溶法课堂检测①②③④⑤

Al3++4OH−===[Al(OH)4]−Al2O3＋6H+

===2Al3+＋3H2O2Al2O3(熔融)======4Al＋3O2↑电解冰晶石计算表明，生产1mol铝消耗的电能至少为1.8×106J，回收铝质饮料罐得到铝与从铝土矿制铝相比，前者的能耗仅为后者的3%～5%。通过对上述数据的分析和比较，结合图8-1和图8-2，你想到了什么？请将你的想法与同学交流。启示1：从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝质饮料罐得到铝消耗的能量，可知在实际生产过程中必须考虑投入与产出，要考虑成本。启示2：加强旧金属的回收和再利用是合理开发和利用金属资源的重要途径。要树立金属垃圾也是一种宝贵资源的理念。在日常生活中，要大力倡导金属垃圾的分类回收和再利用，养成自觉珍惜自然资源、节约资源、爱惜环境和保护环境的意识。三、金属矿物的开发和利用计算表明，生产1mol铝消耗的电能至少为1.8×106J，回收铝质饮料罐得到铝与从铝土矿制铝相比，前者的能耗仅为后者的3%～5%。通过对上述数据的分析和比较，结合图8-1和图8-2，你想到了什么？请将你的想法与同学交流。启示3：实际工业生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，往往涉及许多其他物质和反应，在得到所需产品的同时，也会产生废弃物。因此必须考虑废弃物的处理和生产对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展意识。三、金属矿物的开发和利用1.明代《天工开物》记载“火法”冶炼锌：“炉甘石十斤，装载入一泥罐内，……然后逐层用煤炭饼垫盛，其底铺薪，发火煅红，……冷淀，毁罐取出，……，即倭铅也”(注：炉甘石的主要成分为碳酸锌，泥罐中掺有煤炭)。下列说法不正确的是(

)A.倭铅是指金属锌和铅的混合物

B.煤炭中起作用的主要成分是碳C.我国历史上铅的使用早于锌

D.该冶炼锌的方法属于热还原法2.冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法、②水煤气(或氢气、一氧化碳)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。对它们的冶炼方法的分析不正确的是(

)A.(Ⅰ)用①B.(Ⅱ)用②C.(Ⅲ)用③D.(Ⅳ)用④A课堂检测B第一节自然资源的开发利用第2课时海水资源的开发和利用第八章化学与可持续发展学习目标1.以海水资源为例，形成工业上提取物质的一般思路和方法，培养宏观辨识与变化观念的学科素养。2.以海水资源的开发利用为例，了解依据物质性质及其变化综合利用资源的方法，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。新课引入海洋约占地球表面积的71%一、认识海水资源海水的化学资源海水的水资源海水的能量资源海水的生物资源二、海水水资源的利用2.海水淡化(1)蒸馏法(3)电渗析法(2)反渗透法最先使用，技术成熟，但成本高目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂1.直接利用利用海水进行循环冷却或作为非饮用生活用水成本低，但未能大量生产蒸馏法淡化海水的简化原理二、海水水资源的利用2.海水淡化(1)蒸馏法石棉网放少量碎瓷片或沸石，防止液体暴沸。冷凝管中水从下口进，上口出温度计的水银球位于蒸馏烧瓶支管口处二、海水水资源的利用2.海水淡化(2)反渗透法利用孔径比1nm还小的半透膜滤去盐分来制取淡水的二、海水水资源的利用2.海水淡化(3)电渗析法二、海水化学资源的利用海水中的元素大量元素：O、H常量元素：Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等微量元素：Au、U等特点：种类多，总储量大，富集程度低二、海水化学资源的利用1.海水制氯化钠海水引入盐田风吹日晒饱和食盐水粗盐提纯NaCl蒸发结晶

BaCl2除杂试剂：Na2CO3NaOH先加BaCl2，后加Na2CO3先过滤后再加稀盐酸二、海水化学资源的利用二、海水化学资源的利用1.海水制氯化钠

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。二、海水化学资源的利用二、海水化学资源的利用1.海水制氯化钠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：__________________________________________。②电解熔融状态NaCl，制钠和氯气：_____________________________。③制盐酸：_____________________________。④制漂白剂(84消毒液)：_______________________________________。⑤制纯碱(侯氏制碱法)：__________________________________________；________________________________________。电解2NaCl＋2H2O====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑电解2NaCl(熔融)====2Na＋Cl2↑Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O点燃H2＋Cl2====2HClNaCl＋CO2＋H2O＋NH3===NH4Cl＋NaHCO3↓Δ2NaHCO3====Na2CO3＋CO2↑＋H2O二、海水化学资源的利用2.海水提溴海水提取粗盐苦卤①硫酸酸化②氯气氧化含Br2的海水③热空气吹出含Br2的空气吸收液含Br2的水溶液⑤Cl2溴蒸气⑥蒸馏⑦冷凝⑧分离液溴粗溴水④SO2水溶液

吸收(1)步骤②、⑤反应的离子方程式是________________________________。(2)步骤④反应的化学方程式是_____________________________________。(3)步骤③中，用热空气将Br2吹出，利用溴的性质为________，从步骤②到步骤⑤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.Na2CO3D.H2O(5)步骤⑥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，若温度过高则______________________________________；若温度过低，则__________________________。二、海水化学资源的利用2.海水提溴2Br−

＋Cl2===Br2＋2Cl−Br2＋SO2＋2H2O===

2HBr＋H2SO4易挥发将溴浓缩(或富集)，提高Br2的提取率ABC溴不能完全蒸出，产率太低大量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水分增加二、海水化学资源的利用2.海水提溴工业上以浓缩海水为原料提取溴的部分流程如图:

二、海水化学资源的利用3.海水提镁贝壳①煅烧CaO②水石灰乳沉淀池③海水引入过滤Mg(OH)2MgCl2·6H2O⑥HCl气氛中加热脱水

MgCl2Mg+Cl2⑦熔融后电解④盐酸盐酸Cl2循环利用MgCl2溶液⑤浓缩

高温①

CaCO3====CaO＋CO2↑②

CaO＋H2O===Ca(OH)2③MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2＋CaCl2④Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O高温HCl⑥MgCl2·6H2O

====MgCl2＋6H2O⑦MgCl2(熔融)====Mg＋Cl2↑电解二、海水化学资源的利用3.海水提镁三、海水生物资源的利用1.海带提碘海带灼烧海带灰溶解、过滤含I−的溶液残渣含碘单质的溶液H2O2/Cl2含碘单质的有机溶液萃取分液单质碘蒸馏2H++2I−+H2O2===I2+2H2OCl2+2I−===2Cl−+I2可供人类利用的鱼虾贝藻为每年6亿吨，现在捕捞量为每年9000万吨。四、海水能量资源的利用(1)从海水提取铀和重水，用于_____开发。(2)开发________、________等新型能源。核能潮汐能波浪能第一节自然资源的开发利用第3课时煤、石油和天然气的综合利用第八章化学与可持续发展迄今为止，煤、石油、天然气仍是人类使用的主要能源，同时它们也是重要的化工原料，煤被称为“工业的粮食”，石油被称为“工业的血液”，天然气则是一种清洁燃料。在化石燃料发挥着重要作用的同时，也带来了许多污染，所以如何实现化石燃料的综合利用，提高利用率，减少化石燃料燃料所造成的环境污染，是人类面临的重大挑战。新课引入学习目标1.结合石油化工等实例了解化学在生产中的具体应用，认识化学工业在国民经济发展中的重要地位。2.以煤、石油等的开发利用为例，了解依据物质性质及其变化综合利用资源和能源的方法。3.认识化学对于构建清洁低碳、安全高效的能源体系所能发挥的作用，体会化学对促进人与自然和谐相处的意义。一、煤的综合利用1.物质组成：________和______________组成的复杂混合物。2.元素组成：主要为____，还含有少量______________等元素。有机物少量无机物CH、O、N、S煤燃烧会生成CO2加剧温室效应，NOx造成光化学烟雾和酸雨，SO2造成酸雨，还会产生大量的煤灰、煤渣、废气。不仅污染环境，燃烧效率也比较低，因此一般通过干馏、气化和液化的方法进行综合利用。一、煤的综合利用3.煤的干馏将煤隔绝空气加强热使其分解的过程，工业上煤的干馏也叫煤的焦化。一、煤的综合利用3.煤的干馏干馏产物主要成分主要用途出炉煤气焦炉气H2、CH4、乙烯、CO气体燃料、化工原料粗氨水NH3、铵盐氮肥粗苯苯、甲苯、二甲苯炸药、燃料、医药、农药、合成材料煤焦油苯、甲苯、二甲苯酚类、萘医药、染料、农药、合成材料焦炭沥青碳素电极、筑路材料碳冶金、燃料、合成氨一、煤的综合利用4.煤的气化将煤转化为可燃性气体的过程。工业制水煤气的方法C＋H2O(g)====CO＋H2高温作燃料气和化工原料5.煤的液化将煤与氢气在一定条件下反应，生成液体燃料。(1)直接液化将煤先气化转化为CO和H2，再在催化剂的作用下合成甲醇。(2)间接液化煤的干馏、气化和液化均属于化学变化。CO+2H2CH3OH催化剂一、煤的综合利用1.下列关于煤的说法正确的是()A.煤属于有机化合物B.在物质变化类型上，煤的干馏包含了物理变化和化学变化C.煤中含有大量的苯、甲苯等芳香烃，煤是芳香烃的主要来源D.煤的气化就是将煤在高温条件下由固态转化为气态的物理变化过程E.煤转化为水煤气再燃烧放出的热量不会增加，因此煤的气化并无意义F.煤的液化就是将煤转化成甲醇等液态物质的过程G.煤的干馏产物主要是各类有机物H.将煤制成煤球作燃料属于煤的综合利用BF课堂检测二、天然气的综合利用海底可燃冰：CH4·nH2O1.日常生活中，用作燃料2.化工生产中，用于合成氨和生产甲醇主要成分：CH4(甲烷)CH4+2O2CO2+2H2O点燃CH4C+2H2高温CH4+H2OCH3OH+H2催化剂三、石油的综合利用多种碳氢化合物组成的混合物。1.石油的组成2.石油的分馏通过加热和冷凝，把石油分成不同沸点范围的产物。属于物理变化。分馏的方式有常压蒸馏和减压蒸馏两种方法。常压蒸馏的产品有石油气、汽油、煤油、柴油和重油；减压蒸馏的产品有柴油、燃料油、石蜡、润滑油、沥青。1.如图所示是石油分馏塔的示意图，有关a、b、c三种馏分的说法中正确的是(

)A.a的沸点最高B.b的沸点最低C.c的平均相对分子质量最大D.每一种馏分都是纯净物课堂检测C三、石油的综合利用3.石油的裂化石油经分馏后可以获得汽油、煤油、柴油等含碳原子少的轻质油，但其产量难以满足社会需求，而含碳原子多的重油却供大于求。因此，需要通过催化裂化过程将重油裂化为汽油等物质，再进一步裂解，可以获得很多重要的化工原料。

为了获取汽油、煤油、柴油等轻质油，工业上在一定条件下(加热、催化剂)，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃。C16H34十六烷C8H18辛烷＋C8H16辛烯催化剂加热、加压三、石油的综合利用4.石油的裂解

为了获取乙烯、丙烯等有机化工的重要原料，采用比裂化更高的温度，使其中相对分子质量较大的烃断裂成乙烯、丙烯等小分子烃。C8H18辛烷C4H10丁烷＋C4H8丁烯催化剂加热、加压C2H6乙烷＋C2H4乙烯C4H10丁烷催化剂