2019-2020年高三化学一轮复习 第10章 化学与自然资源的开发利用教案.doc

2019-2020年高三化学一轮复习 第10章 化学与自然资源的开发利用教案复习目标：1、了解金属冶炼的基本方法，能够选择合理的方法冶炼金属。2、掌握海水资源的综合开发与利用。能够从海水中得到Mg、I2、Br2等物质。了解氯碱工业。基础知识：一、金属的冶炼1金属在自然界中存在的形态除了Au、Pt等极少数金属外，绝大多数金属以化合态的形式存在于自然界中。在这些金属化合物中，金属元素都显正化合价。2金属冶炼的实质使金属化合物中的金属离子得电子被还原为金属单质的过程：Mnne=M。3金属冶炼的一般步骤4金属冶炼方法金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系金属的活动性顺序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb(H)、CuHg、AgPt、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物理方法(1)热分解法例如：2HgO2HgO2，2Ag2O4AgO2。用热分解冶炼法冶炼金属的特点是：金属元素的金属性弱，金属元素的原子难失去电子，其金属离子容易得到电子，该金属元素所形成的化合物稳定性较差。(2)热还原法冶炼金属焦炭还原法。例如：C还原ZnO、CuO，。一氧化碳还原法。例如：CO还原Fe2O3、CuO。(3)电解法冶炼金属例如：Al2O3、MgCl2、NaCl的电解反应。【铝热反应】(1)本质利用铝的还原性，将难熔金属从其氧化物中置换出来：2mAl3MnOm mAl2O33nM(2)实验(以Al和Fe2O3的反应为例)实验过程a把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，在其底部剪一个孔，用水润湿，再套回架在铁圈上的玻璃漏斗上(如图所示)，下面放置一盛沙子的蒸发皿。b把5 g干燥的氧化铁粉末和2 g铝粉混合均匀，放在纸漏斗上，上面加少量氯酸钾固体并在混合物中间插一根镁条。c用燃着的小木条点燃镁条，观察发生的现象。实验现象：当外露部分镁条刚刚燃毕时，纸漏斗内的混合物立即剧烈反应，发出耀眼的光芒，产生大量的烟。纸漏斗被烧破，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。实验结论：在高温下，铝与氧化铁反应，放出大量的热，化学方程式：Fe2O32Al2FeAl2O3。(3)反应特点在高温下进行，反应迅速，放出大量的热。新生成的金属单质呈液态且易与Al2O3分离。(4)应用在生产上，可用于焊接钢轨等。在冶金工业上用于冶炼难熔金属。(5)铝热剂在铝热反应中，反应混合物(铝、金属氧化物)称为铝热剂。能与Al组成铝热剂的金属氧化物常见的有Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、MnO2、V2O5等。二、海洋资源的开发利用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)海水淡化的方法及其特点海水淡化的方法主要有蒸馏法(如图所示)、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善，但成本较高。2海水中镁的提取(1)流程(2)有关反应的化学方程式MgCl2Ca(OH)2=Mg(OH)2CaCl2Mg(OH)22HCl=MgCl22H2OMgCl26H2OMgCl26H2OMgCl2(熔融)MgCl23海水提溴(1)工艺流程：海水 Br2(l)(2)原理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，使溴离子转化为溴单质：2BrCl2=Br22Cl。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富集的目的：Br2SO22H2O=2HBrH2SO4。向吸收塔内溶液中通入适量的氯气：2HBrCl2=2HClBr2。用四氯化碳(或苯)萃取吸收塔内溶液中的溴单质。若要得到纯净的液溴，采用的分离方法是蒸馏。4海带中碘的提取(1)流程(2)主要化学原理：Cl22KI=2KClI2。5氯碱工业以氯碱工业为基础的化工生产及产品的主要用途见下图。（1）食盐水精制由于粗盐水中含有泥沙、Cu2+、Mg2+、Fe3+、SO杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。精制食盐水时经常加入Na2CO3、NaOH、BaCl2等，使杂质成为沉淀过滤除去，然后加入盐酸调节盐水的pH。例如：加入Na2CO3溶液以除去Ca2+： Ca2+CO=CaCO3加入NaOH溶液以除去Mg2+、Fe3+等：Mg2+2OH-Mg(OH)2；Fe3+3OH-Fe(OH)3为了除去SO，可以先加入BaCl2溶液，然后再加入Na2CO3溶液以除去过量的Ba2+： Ba2+ SO=BaSO4Ba2+CO=BaCO3这样处理后的盐水仍含有一些Ca2+、Mg2+等金属离子，由于这些阳离子在碱性环境中会生成沉淀，损坏离子交换膜，因此该盐水还需送入阳离子交换塔，进一步通过阳离子交换树脂除去Ca2+、Mg2+等。这时的精制盐水就可以送往电解槽中进行电解了。（2）离子交换膜法电解阳离子交换膜有一种特殊的性质，即它只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，也就是说只允许Na+通过，而Cl-、OH-和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。 精制的饱和食盐水进入阳极室；纯水（加入一定量的NaOH溶液）加入阴极室。通电时，H2O在阴极表面放电生成H2，Na+穿过离子膜由阳极室进入阴极室，导出的阴极液中含有NaOH；Cl-则在阳极表面放电生成Cl2。电解后的淡盐水从阳极导出，可重新用于配制食盐水。离子交换膜法电解制碱的主要生产流程可以简单表示如下图所示：（3）基本原理电解饱和食盐水的总反应可以表示为：2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2阳极反应：2Cl-2e-=Cl2（氧化反应）阴极反应：2H+2e-H2（还原反应）例题精讲：【例1】（xx天津）（18分）海水是巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列。从海水中提取食盐和溴的过程如下：（1）请列举海水淡化的两种方法： 、 。（2）将NaCl溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有H2、 、 、或H2、 。（3）步骤中已获得Br2，步骤中又将Br2还原为Br，其目的为 。（4）步骤用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95，有关反应的离子方程式为 ，由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是 。（5）某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法，查阅了有关资料，Br2的沸点为59。微溶于水，有毒性和强腐蚀性。他们参观生产过程后，了如下装置简图：请你参与分析讨论：图中仪器B的名称： 。整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因是 。实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件： 。C中液体产生颜色为 。为除去该产物中仍残留的少量Cl2，可向其中加入NaBr溶液，充分反应后，再进行的分离操作是 。答案（1）蒸馏法、电渗析法、离子交换法及其其他合理答案中的任意两种（2）Cl2 NaOH NaClO（3）富集溴元素（4）Br2SO22H2O=4HSO422Br 强酸对设备的严重腐蚀（5）冷凝管 Br2腐蚀橡胶控制温度计b的温度，并收集59的馏分深红棕色 分液（或蒸馏）【例2】（xx江苏）16.（10分）钡盐行业生产中排出大量的钡泥主要含有BaCO3、BaSiO3、BaSO3、Ba(FeO2)2等。某主要生产BaCl2、BaCO3、BaSO4的化工厂利用钡泥制取Ba(NO3)2，其部分工艺流程如下：（1）酸溶后溶液中pH=1，Ba(FeO2)2与HNO3的应化学方程式为 。（2）酸溶时通常控制反应温度不超过70，且不使用浓硝酸，原因是 、 。（3）该厂结合本厂实际，选用的X为 （填化学式）；中和使溶液中 （填离子符号）的浓度减少（中和引起的溶液体积变化可忽略）。（4）上述流程中洗涤的目的是 。答案（1）Ba(FeO2)2+HNO3=Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O（2）防止反应速率过快 浓HNO3易挥发、分解（3）BaCO3；Fe3+、H+（4）减少废渣中可溶性钡盐对环境的污染第十章 化学与自然资源的开发利用第一课时 资源综合利用环境保护复习目标：1、了解煤、石油的综合开发与利用。2、了解环境保护相关的常识，能运用化学知识对环境保护做出贡献。基础知识：一、煤、石油、天然气的综合利用1煤的综合利用煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含有C元素，还含有少量氢、氧、氮、硫等元素。（1）煤的干馏原理：把煤隔绝空气加强热使其分解的过程。煤的干馏是一个复杂的物理、化学变化过程。煤的干馏产物a焦炉气，b煤焦油，c焦炭，d粗氨水。（2）煤的气化将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程，目前主要方法是碳和水蒸气反应制水煤气。化学方程式为CH2O(g)COH2。（3）煤的液化直接液化煤氢气液体燃料间接液化煤水水煤气甲醇等2天然气的综合利用（1）天然气的主要成分是甲烷，它是一种清洁的化石燃料，更是一种重要的化工原料。（2）天然气与水蒸气反应制取H2 原理：CH4H2OCO3H2。3石油的综合利用（1）石油的成分石油主要是由多种碳氢化合物组成的混合物。所含元素以C、H为主，还有少量N、S、P、O等。（2）石油的分馏利用原油中各组分沸点不同，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分馏。分馏是物理变化过程。其主要目的是得到汽油、煤油、柴油等轻质油。（3）石油的裂化条件：催化剂催化、高温。过程：含碳原子数较多、沸点较高的烃断裂为含碳原子数少，沸点低的烃，裂化是化学变化过程。主要目的：将重油转化为轻油。（4）石油的裂解定义石油在更高的温度下发生深度裂化，石油中的长链烃分子断裂成以乙烯、丙烯为主的短链烃。生产目的：生产乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料。【比较】石油的分馏、裂化、裂解的比较石油炼制的方法分馏催化裂化石油的裂解常压减压原理用蒸发冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物在催化剂存在的条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃在高温下，把石油产品中具有长链分子的烃断裂为各种短链的气态烃或液态烃主要原料原油重油重油含直链烷烃的石油分馏产品（含石油气）主要产品溶剂油、汽油、煤油、柴油、重油润滑油、凡士林、石蜡、沥青、煤焦油抗震性能好的汽油和甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯等乙烯、丙烯、1,3丁二烯等直馏汽油和裂化汽油的区别获得方法主要化学成分鉴别方法直馏汽油原油直接分馏，物理变化一般是C5C11的烷烃及少量的芳香烃等，性质稳定能使溴的四氯化碳溶液褪色的是裂化汽油裂化汽油重油裂化，化学变化含有C5C11的烷烃和烯烃，性质活泼各种工业厂气的主要成分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烃燃料、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CO、H2、CH4、C2H4等燃料、化工原料天然气天然气田、油田甲烷燃料、化工原料二、环境保护与绿色化学1环境问题环境问题主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。“三废”的污染主要指：（1）大气污染大气污染物主要来自化石燃料燃烧和工业生产过程产生的废气及其携带的颗粒物。（2）水污染工业废水，生活污水，农田过度施肥，喷洒农药都会对水源造成污染。（3）固体废弃物污染，如白色污染。当今环境污染存在以下几方面问题：酸雨形成原因主要是SO2和氮氧化合物。光化学烟雾主要是氮氧化合物、碳氢化合物造成的。臭氧空洞主要是氮氧化合物、氟氯烃等的排放引起的。温室效应主要是由于大气中CO2含量的不断增加造成的。白色污染聚乙烯塑料的大量使用。赤潮含磷洗衣粉的大量使用及其废水的任意排放。2环境保护的措施（1）工业废气携带颗粒物的回收利用。（2）工业、生活污水经处理达标后排放，限制使用含磷洗涤剂。（3）回收、限制废弃塑料，研制可降解塑料。3绿色化学（1）原子经济原子经济要求反应物的原子全部转为期望的最终产物，原子的利用率达到100%，也就是说在化学反应中不产生任何废物。原子的利用率100%（2）绿色化学绿色化学的核心就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。绿色化学又称环境无害化学，与其相对应的技术称为绿色技术、环境友好技术。理想的绿色技术应采用具有一定转化率的高选择性化学反应来生产目的产品，不生成或很少生成副产品或废物，实现或接近废物的“零排放”过程。化学工艺过程中使用无毒无害原料、溶剂和催化剂。关于“绿色化学”的具体要求见下图：4可持续发展可持续发展是指既满足现代人的需求又不损害后代人满足其需求的能力的发展，需要经济、社会、资源和环境保护协调发展。可持续发展的要点是发展援助、环境保护、清洁水源、能源开发、绿色贸易。可持续发展、环境保护与绿色化学三者的关系：环境保护是可持续发展的一个重要方面，绿色化学能从根本上为环境保护和可持续发展提供一步到位、一劳永逸的技术支持。例题精讲：【例1】如何从石油中获得更多的轻质燃油一直是化学家探索的课题，将石油分馏得到的重油进行裂化可以获得更多的轻质燃油。资料一：石蜡是含有2030个碳原子的烷烃的混合物，常温下呈固态。资料二：石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化剂。某研究性学习小组在实验室中模拟石油的催化裂化，装置如图：实验过程中可观察到烧瓶中固体石蜡先熔化，试管中有少量液体凝结，试管中酸性高锰酸钾溶液褪色，实验后闻试管中液体气味，具有汽油的气味。(1)该装置仪器连接的顺序应遵循的原则为_，为保证实验成功，实验前必须进行的操作是_，装置中较长导管的作用是_；(2)试管中有少量液体凝结说明了_；(3)试管中溶液褪色说明了_；(4)能否用试管中的液体萃取溴水中的溴，理由是_。(5)写出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式_。(6)石油裂化的重要意义是_。答案(1)从下往上，从左往右检验装置的气密性导气、冷凝气体(2)裂化生成了含有5个碳原子以上的烃(3)裂化生成了碳原子数小于5的烯烃(4)不能，因为裂化产物中有烯烃，易与溴发生加成反应(5)C20H42C10H22C10H20(6)可提高石油产品中轻质燃油特别是汽油的产量和质量