高一化学化学与可持续发展.ppt

新课标人教版课件系列 高中化学 必修 4 归纳与整理 第四章化学与可持续发展 第一节开发利用金属矿物和海水资源 一 金属矿物的开发利用1 金属的冶炼实质冶炼金属的实质就是用还原的方法使金属化合物中的金属离子得到电子变成金属原子 2 金属的冶炼方法 1 热分解法 对一些不活泼的金属 可以直接用加热分解的方法使其从化合物中分离出来 2 热还原法 大部分金属的冶炼 采用高温下还原剂还原的方法 常用还原剂是H2 CO C Al等 3 电解法 非常活泼的金属 通常采用电解法冶炼 2HgO 2Hg O2 2Ag2O 4Ag O2 加热 加热 CuO H2 Cu H2O Fe2O3 3CO 2Fe 3CO2 加热 加热 MgCl2 熔融 Mg Cl2 2NaCl 熔融 2Na Cl2 2Al2O3 熔融 4Al 3O2 电解 电解 电解 冰晶石 冰晶石 Na3AlF6 的作用是熔剂 使Al2O3低于其熔点而熔化 KCaNaMgAlZnFeSnPb H CuHgAgPtAu电解法热还原法热分解法物理提取法 3 铝热反应 铝与氧化铁反应的现象 放出大量的热 发出耀眼的强光 纸漏斗被烧穿 熔融物落入沙中 铝与氧化铁反应的化学方程式注意 镁条的作用 镁条燃烧提供热量 并促使KClO3发生分解 氯酸钾的作用 KClO3分解放出O2 使镁条剧烈燃烧 单位时间内放出更多的热量 以引发Al与Fe2O3的反应 4 矿物资源的合理利用提高金属矿物的利用率 减少金属的使用量 加强废旧金属资源的回收和再利用 使用其他材料代替金属材料等 5 思考与交流 BX2 P90 问题1答案 仅供参考 目前海底矿藏资源的勘探和开采技术还不够成熟 要投入实用更面临许多课题 主要是成本比陆地矿藏高 还存在破坏生态环境等问题 问题2答案 仅供参考 回收的废旧钢铁 铝制品可用于钢铁和铝的重新冶炼 既能节约能源 保护环境 又能降低金属材料的成本 Fe2O3 2Al 2Fe Al2O3 高温 二 海水资源的开发利用 科学探究 1 如何将海水中的溴离子变成溴单质 并设计方案 1 用蒸馏法将海水浓缩 用硫酸将浓缩的海水酸化 2 向酸化的海水中通入适量的氯气 使溴离子转化为溴单质 3 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 4 向吸收塔中的溶液内通入适量的氯气 5 用四氯化碳 或苯 萃取吸收塔中溶液里溴单质 实验方法 化学方程式 2NaBr Cl2 Br2 2NaClBr2 SO2 2H2O 2HBr H2SO42HBr Cl2 Br2 2HCl 2 如何证明海带中有碘离子 实验方法 取约 干海带 用刷子去净其表面上的附着物 把海带剪碎后用适量酒精湿润 放入坩埚中 点燃酒精灯将海带灼烧至完全成灰 停止加热 使海带灰冷却至室温 将海带灰转移至小烧杯中 加入约10 蒸馏水 搅拌 用小烧杯盛着将混合物煮沸约 冷却后过滤 在滤液中滴入几滴约 moL 的硫酸 再加入约 质量分数为 的 2 2溶液 观察现象 再向溶液中加入几滴淀粉溶液 再观察现象 实验现象 加入H2O2溶液后 溶液由无色变为深黄色 加入淀粉溶液后 溶液又变为深蓝色 化学方程式 2KI H2O2 H2SO4 I2 K2SO4 2H2O 实验说明 1 在海带中碘与有机基团 R 结合成碘化物 RI 海带燃烧后的灰中RI转化为KI NaI等 当加入H2O2 在酸性条件下 时可生成单质碘 2H H2O2 2I I2 2H2O生成的单质碘可用CCl4萃取 2 将海带剪碎后 再用酒精润湿 可使海带易于灼烧全 灼烧时产生的烟也较少 并缩短灼烧时间 3 海带如果用水浸泡 碘化物会部分溶解而损耗 因此干海带比湿海带的实验效果好 问题和讨论提示 实验中的下述现象可以说明海带的成分中含有碘 滴加淀粉试液后 溶液变为蓝色 加入CCl4并振荡后 CCl4层呈黄色 第二节资源综合利用环境保护 一 煤 石油和天然气的综合利用 化石燃料 煤 石油和天然气 主要能源 重要的化工原料 1 煤的组成及其综合利用 煤的组成 无机物 Si Al Ca Fe 有机物 C元素 大量 H N S O等元素 少量 污染环境 COxNOxSO2烟尘 1 2 煤的综合利用 煤的干馏 将煤隔绝空气加强热使其分解的过程 叫做煤的干馏 煤的气化 在一定条件下把煤及其干馏物转化为煤气 CO H2 煤的液化 在一定条件下将煤转化为液体燃料 又称人造石油 可继续精制成汽油 柴油 液化石油气 甲醇 在石油资源日益减少的情况下 煤的液化具有十分诱人的前景 2 天然气的组成及其综合利用 天然气主要成分是甲烷 天然气是一种清洁燃料 可以直接用作燃料 天然气更是一种重要的化工原料 主要用于合成分子内含两个或两个以上碳原子的其他有机化合物 3 石油的组成及其综合利用 1 石油的成分 含烃的混合物按元素来看 碳 氢含量为97 98 按物质来看 烷烃 环烷烃 芳香烃的混合物 2 石油炼制 除去原油中的盐和水 减少对设备的腐蚀 原油 利用加热和冷凝 把石油分成不同沸点范围的产物 原油 石油气 汽油 煤油 柴油 重油 直馏汽油 在一定条件下加热 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 重油 轻质液体燃料 裂化汽油 在一定条件下使用催化剂并加热 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 重油 轻质液体燃料 裂化汽油 采用比裂化更高的温度 使其中的长链烃断裂成乙烯 丙烯等小分子 直链烷烃石油气 乙烯 丙烯 丁二烯等 有机化工的原料 石油分馏装置 原油的分馏及裂化的产品和用途示意图 二 环境保护与绿色化学 被污染的小河 杀人雾空气污染最典型的事件是50年代伦敦的冬季烟雾污染 4天夺走4000多条人命 过后的两个月中 又陆续有8000多人死亡 时至1952年 伦敦仍用煤发电 距市中心不远有许多工厂 居民家庭用煤取暖 蒸汽机车拖着列车穿梭于伦敦和各大城市之间 对卡车和小汽车尾气污染也不加控制 这些污染源产生大量的碳 硫化物以及其它的化学烟雾漂浮在空气中 12月5日一场浓雾笼罩着伦敦 空气中的污染物与雾混合在一起 彼此产生化学反应 4天后污染浓度增强了10倍 毒性加强 12月7日市中心能见度降低到5米以下 因而被称为 黑暗的星期日 汽车无法行驶 泰晤士河上的船也无法航行 烟雾进入了莎士比亚剧场 舞台无法看清 因此正在上演的歌剧 茶花女 演到第一幕结束就被迫中止 12月10日大雾散去 4000人死亡 其中大部分是老人 感染支气管炎和有关肺部疾病的患者达数千人 日本水俣病事件 从1949年起 位于日本熊本县水俣镇的日本氮肥公司开始制造氯乙烯和醋酸乙烯 由于制造过程要使用含汞 Hg 的催化剂 大量的汞便随着工厂未经处理的废水被排放到了水俣湾 1954年 水俣湾开始出现一种病因不明的怪病 叫 水俣病 患病的是猫和人 症状是步态不稳 抽搐 手足变形 神经失常 身体弯弓高叫 直至死亡 经过近十年的分析 科学家才确认 工厂排放的废水中的汞是 水俣病 的起因 汞被水生生物食用后在体内被转化成甲基汞 CH3Hg 这种物质通过鱼虾进入人体和动物体内后 会侵害脑部和身体的其他部位 引起脑萎缩 小脑平衡系统被破坏等多种危害 毒性极大 在日本 食用了水俣湾中被甲基汞污染的鱼虾人数达数十万 2月02日 国际湿地日3月22日 世界水日4月22日 地球日5月31日 世界无烟日6月05日 世界环境日6月17日 世界防治荒漠化和干旱日7月11日 世界人口日9月16日 国际保护臭氧层日10月4日 世界动物日10月16日 世界粮食日12月29日 国际生物多样性日 把保护生态环境看成自己的神圣使命 正成为世界上越来越多人的共识 请看 绿色化学又称环境友好化学 它的主要特点是 1 充分利用资源和能源 采用无毒 无害的原料 2 在无毒 无害的条件下进行反应 以减少废物向环境排放 3 提高原子的利用率 力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳 实现 零排放 4 生产出有利于环境保护 社区安全和人体健康的环境友好的产品 绿色化学给化学家提出了一项新的挑战 国际上对此很重视 1996年 美国设立了 绿色化学挑战奖 以表彰那些在绿色化学领域中做出杰出成就的企业和科学家 绿色化学将使化学工业改变面貌 为子孙后代造福 保护环境从我做起 一室不扫 何以扫天下 胸怀大志的青年朋友 为了一高的明天 让我们携起手来从身边做起吧 典例精析 例1 下列各组物质 不能用溴水区分开来的是 A 苯和甲苯B 蒸馏汽油和裂化汽油C 甲苯和苯乙烯D 煤油和四氯化碳 答案 A蒸馏汽油不能使溴水褪色 而裂化汽油能 前者分子中不含碳碳双键 而后者分子中含有碳碳双键 苯 甲苯 二甲苯只能萃取溴 不能与溴水反应褪色 但能使溴水层褪色 苯乙烯能使溴水褪色 前三者分子中不含碳碳双键 后者分子中含有碳碳双键 例2 下列反应制取乙醇 原子经济性最差的是 A 乙烯水化法 CH2 CH2 H2OCH3CH2OHB 乙醛还原法 CH3CHO H2CH3CH2OHC 卤代烃水解法 CH3CH2Br H2OCH3CH2OH HBrD 酯类水解法 CH3COOC2H5 H2OCH3COOH C2H5OH 解析 根据原子利用率 期望产物总质量与生成物总质量之比 及A B生成物都是期望产物 可知它们的原子利用率都是100 分析C D有两种方法 方法1 计算法 C 原子利用率 100 100 36 2 D 原子利用率 100 100 43 4 方法2 推断法 C D比较 都生成1molC2H5OH时 C的副产物是HBr D的副产物是CH3COOH 且都是1mol 由于Mr HBr 81 Mr CH3COOH 60 故原子利用率D C 答案 C方法2是方法1的升华 在很多问题中 推断要比计算快捷得多 例3 1 同乙烯类似 丙烯在 CH3 CH CH2 在一定条件下也能发生加成反应生成聚丙烯 聚丙烯的结构简式为答案 2 下列有机物 合成时用了3种单体 这3种单体的结构简式分别是 按C原子数由小到大的顺序写 答案 CH2 CH2CH3 CH CH2CH3 CH CH CH3 例4 在 绿色化学工艺 中 理想状态是反应物中原子全部都转化为欲制得的产物 即原子利用率为100 在用CH3C CH合成CH2 C CH3 COOCH3的过程中 欲使原子利用率达到最高 还需要的其他反应物有A CO和CH3OHB CO2和H2OC H2和COD CH3OH和H2 解析 生成物比反应物多2个C原子 2个O原子和4个H原子 只有A答案正好符合这一要求 其他答案不管怎样组合都达不到这一要求 例5 如图所示 分馏装置中 如果有错误请指出并加以改正 1 2 3 1 蒸馏烧瓶中温度计水银球应在支管口处 而不应插在液面下 2 冷凝管的冷水流向是错误的 应从a处流入b处流出 3 接收仪器应用小口的锥形瓶 而不应用大口的烧杯 以免蒸气挥发太多 答案 例6 有效地利用现有能源和开发新能源已受到各国的普遍重视 1 可用改进汽油组成的办法来改善汽油的燃烧性能 例如 加入CH30C CH3 3来生产 无铅汽油 CH30C CH3 3分子中必存在的原子间连接形式有 填写编号 2 天然气的燃烧产物无毒 热值高 而且管道输送方便 将成为我国西部开发的重点项目之一 天然气常和石油伴生 其主要的成分是 能说明它是正四面体而非正方形平面结构的理由是 填写编号 其一氯取代物不存在同分异构体 其二氯取代物不存在同分异构体 它是非极性分子 它的键长和键角都相等 3 1980年我国首次制得一辆燃烧氢气的汽车 乘员12人 以50km h行驶了40km 为了有效开展民用氢能源 首先必须制得廉价的氢气 下列可供开发又较经济的制氢方法是 填写编号 电解水 锌和稀硫酸反应 光解海水其次 制得纯氢气后还需要解决的问题是 写出其中一个 答案 1 2 甲烷 3 氢气的输送和贮存 例7 12分 绿色化学是当今社会人们提出的一个新概念 它可以公开为环境友好化学 它的着眼点是使污染消灭在生产的源头 从根本上消除污染 请回答下列有关问题 1 下面的叙述错误的是 A 绿色化学和环境化学都是研究环境保护和治理的B 绿色化学不是被动的治理环境 而是主动的防治环境污染C 绿色化学保护了环境 而且也能给有关企业带来巨大的经济利益 2 硝酸工业的尾气中主要含有NO NO2气体 下列关于它们的危害的叙述中 正确的是 A 形成酸雨B 破坏臭氧层C NO能刺激呼吸道D NO2能跟血红蛋白作用生成二氧化氮血红蛋白而引起中毒E NO NO2在空气中形成褐色或黄色的毒性很大的烟雾工厂里常采用NaOH溶液吸收NO NO2 使其转化为化工产品NaNO2 请写出其化学方程式 这一处理方法是否符合绿色化学概念 填 是 或 不是 其原子利用率为 3 有人采用下面两种方法制取Cu NO3 3 方法一 2Cu O2 2CuOCuO 2HNO3 稀 Cu NO3 3 H2O方法二 3Cu 8HNO3 稀 3Cu NO3 3 2NO2 4H2O其中符合绿色化学概念的是 答案 1 A 2 ABENO NO2 2NaOH 2NaNO2 H2O是88 5 3 方法一 再见 广州代怀孕