人教版 (2019)必修 第二册第八章 化学与可持续发展第一节 自然资源的开发利用教案设计

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新知探究(一) 金属矿物的开发利用[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．金属元素在自然界存在的形态
(1)极少数的不活泼金属(金、铂等)以游离态的形式存在。
(2)绝大多数金属以 的形式存在。
2．金属冶炼的原理
利用 反应的原理，在一定条件下，把金属元素由 还原为 。
3．金属的冶炼方法
(1)热分解法：像汞、银等不活泼金属，其阳离子得到电子的能力很强，所以其还原条件也较容易达到。它们的氧化物受热就能分解得到单质。反应的化学方程式：
2HgOeq \(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑。2Ag2Oeq \(=====,\s\up7(△))4Ag＋O2↑。
(2)电解法：像钠、镁、铝等几种金属的还原性很强，其对应的阳离子则氧化性很弱，很难得到电子，因此用一般的方法和一般的还原剂很难使其从化合物中还原出来，只能用电解的方法来冶炼。反应的化学方程式：
2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑。
MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑。
2Al2O3(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解),\s\d5(冰晶石))4Al＋3O2↑。
(3)热还原法：大多数金属都是在高温下被合适的还原剂还原获得；常用的还原剂有焦炭、一氧化碳、氢气、活泼金属(如铝)等，请写出下列反应的化学方程式：
高炉炼铁：Fe2O3＋3COeq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋3CO2。
用氢气还原氧化铜：CuO＋H2eq \(=====,\s\up7(△))Cu＋H2O。
铝热反应炼铁：Fe2O3＋2Aleq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3。
4．金属矿物资源的合理开发和利用
(1)原因
①地球上金属矿物资源有限。
②金属冶炼消耗很多能量、造成环境污染。
③金属腐蚀现象造成大量损失。
(2)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，防止金属的腐蚀。
③加强废旧金属的回收和再利用。
④使用其他材料代替金属材料。
[落实新知能]
1．金属的活泼性与冶炼方法的关系
eq \(――――――――――――――――――――→,\s\up7(K Ca Na Mg Al | Zn Fe Sn PbH Cu| Hg Ag | Pt Au|),\s\d5( 电解法 热还原法 热分解法 物理法))
金属单质还原性、失电子能力依次减弱
金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强
2．常见几种金属的冶炼误区
(1)Au、Pt一般用物理法提取。
(2)工业上冶炼Al时用Al2O3而不用AlCl3，因为AlCl3为共价化合物，熔化后不导电。
(3)Al不能用于冶炼还原性比Al强的金属，如Mg、Na等。
(4)工业上冶炼Mg时用MgCl2而不用MgO，因为MgO的熔点很高，耗能大。
[演练新学考]
1．下列化工原理生产中错误的是( )
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的饱和溶液中制取金属镁 ③用电解法冶炼铝时，原料是氯化铝 ④工业上用电解熔融氯化镁的方法制取金属镁
A．②③ B．①③
C．①②③ D．②③④
2．冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法 ②水煤气(或氢气或一氧化碳)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① B．(Ⅱ)用②
C．(Ⅲ)用③ D．(Ⅳ)用④
3．关于废旧金属处理的下列说法中不正确的是( )
A．对废旧金属的最好处理方法是回收、再利用
B．重金属对人体有害，对废旧重金属材料的处理方法是填埋
C．废旧钢铁可用于炼钢，废铁屑可用于制铁盐
D．照相业、科研单位和医院X光室回收的定影液中，可以提取金属银
新知探究(二) 海水资源的开发利用[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．海水中水资源的利用
(1)海水水资源的特点
表面积大，约占地球表面积的 。储水量大，约占地球总水量的 。
(2)海水水资源的利用方法
主要包括 和 等。海水淡化的方法主要有： 、 、 等。
2．海水中化学资源的开发利用
(1)海水化学资源的特点
海水中含有元素的种类多、总储量很大，但许多元素的富集程度很低。
(2)海水中化学资源的开发利用实例
①海水制盐，并利用制得的氯化钠作为化工原料用于生产纯碱、 、 、 、盐酸等。
②在海水制盐工业基础上，还可以从海水中制取 、 、 及其他化工产品。
③用“吹出发”从海水中提取溴的流程
④其他物质和能量的利用
a．提取核能开发中的重要原料 和 。
b．开发利用 、波浪能等新型能源。
[落实新知能]
1．氯化钠的用途
相关化学反应：
①氯碱工业：2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑
②制钠和氯气：2NaCl(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))2Na＋Cl2↑
③制盐酸：H2＋Cl2eq \(=====,\s\up7(点燃))2HCl
④制漂白剂：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O
⑤制纯碱：NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl、2NaHCO3eq \(=====,\s\up7(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑
2．从海水中提取镁
(1)工艺流程
(2)相关反应方程式
①分解贝壳制取氢氧化钙：CaCO3eq \(=====,\s\up7(高温))CaO＋CO2↑，CaO＋H2O===Ca(OH)2。
②沉淀镁离子：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓。
③制备氯化镁：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O。
④制取金属镁：MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑。
[注意]
由MgCl2·6H2O加热制取无水MgCl2时，要不断通入干燥的HCl气体，防止MgCl2水解生成Mg(OH)2。
[演练新学考]
1．下列有关海水综合利用的说法正确的是( )
A．利用电解的方法可以从海水中获取淡水
B．海水中含有钾元素，只需经过物理变化可以得到钾单质
C．海水蒸发制海盐的过程只发生了化学变化
D．从海水中可以得到NaCl, 电解熔融NaCl可制备Na
2．海水是巨大的资源宝库，从海水中提取食盐和溴的过程如图所示：
(1)请列举海水淡化的一种方法___________________________________________。
(2)步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，其目的是________________________________________________________________________。
(3)步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，该反应的离子方程式为________________________________________________________________________，
由此反应可知，除保护环境外，在工业生产中还应解决的问题是________________________________________________________________________。
新知探究(三) 煤、石油和天然气的综合利用[学考层级]
[自学新教材]
阅读教材，回答下列问题：
1．煤的综合利用
(1)煤的组成
煤是由 和少量 组成的复杂混合物，主要含碳元素，还含有少量 等元素。
(2)综合利用
2.天然气的综合利用
天然气的主要成分是甲烷，它是一种清洁的 ，主要用于 和生产 等。也可以用来合成其他多个碳原子的有机化合物。
3．石油的综合利用
(1)石油的组成：石油是由多种 组成的混合物。
(2)石油的精炼
4.以煤、石油和天然气为原料生产合成材料
(1)三大合成材料： 、 、 ，这三大合成材料，主要是以石油、煤和天然气为原料生产的。
(2)合成材料的大量使用对环境的影响：废弃的合成材料造成巨大的环境压力，如“白色污染”等。
[落实新知能]
1．干馏、蒸馏、分馏比较
2.裂化与裂解对比
[演练新学考]
1．下列有关煤、石油、天然气等资源的说法正确的是( )
A．石油裂化得到的汽油是纯净物
B．煤的气化就是将煤在高温条件由固态转化为气态是物理变化过程
C．天然气是一种清洁的化石燃料
D．煤就是碳，属于单质
2．下列转化不属于煤或石油的综合利用的是( )
A．将煤干馏制得煤焦油和焦炭
B．在一定条件下将煤与氢气转化为液体燃料
C．将煤变为煤饼作燃料
D．将石油裂解制得乙烯等化工原料
3．下列关于化石燃料的加工说法正确的是( )
A．石油裂化主要得到乙烯
B．石油分馏是化学变化，可得到汽油、煤油
C．煤干馏主要得到焦炭、煤焦油、粗氨水和焦炉气
D．煤制煤气是物理变化，是高效、清洁地利用煤的重要途径
eq \a\vs4\al([课时跟踪训练])
学业水平考试达标练
1．中国食盐产量居世界首位。下列实验室中的操作类似“海水晒盐”原理的是( )
A．蒸馏 B．蒸发
C．过滤 D．搅拌
2．下列不属于海水化学资源利用的是( )
A．海水淡化 B．海水提盐
C．海水提溴 D．海水提碘
3．下列关于石油的说法不正确的是( )
A．石油主要含C、H两种元素
B．石油通过催化重整可得到环状烃
C．石油裂化是物理变化
D．石油分馏得到的汽油是混合物
4．下列说法不正确的是( )
A．自然界中不存在游离态的金属单质
B．金属活动性不同，冶炼方法也有所不同
C．地球上金属矿物资源是有限的，因此，应提高金属矿物的利用率
D．废旧金属的回收利用，有利于环境保护
5．下列常见金属的冶炼原理不合理的是( )
6．有关煤的说法正确的是( )
A．煤中含有苯、二甲苯、焦炉气
B．煤的干馏是物理变化
C．煤由有机物和少量无机物组成，煤的干馏是化学变化
D．煤主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元素
7．金属材料在日常生活、生产中有着广泛的应用，下列关于金属的说法不正确的是( )
A．越活泼的金属越难冶炼
B．合金的性质与其成分金属的性质不完全相同
C．金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子
D．工业上金属Mg、Al都是用电解其熔融的氯化物制得的
8．下列有关海水资源的综合利用不正确的是( )
A．海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等
B．用海水为原料，经一系列过程制得氧化镁固体，H2还原得到镁
C．提取海带中的碘，首先将用刷子刷净并用酒精润湿的干海带在坩埚中灼烧
D．提取海水中的溴，富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收
9．在石油工业中，将重油制成乙烯的方法是( )
A．裂化 B．裂解
C．干馏 D．分馏
10．下列金属的冶炼过程中，需加入还原剂的是( )
A．HgO―→Hg B．Al2O3―→Al
C．Ag2O―→Ag D．CuSO4―→Cu
11．下列说法中不正确的是( )
A．石油化学工业是以石油为原料，既生产石油产品又生产化学用品的石油加工业
B．石油裂化既能提高汽油产量，又能提高汽油的质量
C．石油的裂解和裂化都是化学变化，但二者的目的不一样
D．烷烃在裂解过程中既可发生断链裂解又可发生脱氢裂解
12．据《天工开物》记载我国古代以炉甘石(主要成分是ZnCO3)来升炼倭铅(即锌)，其原理如图2所示。已知锌的熔点为420 ℃、沸点为906 ℃。则下列说法不正确的是( )
A．升炼倭铅过程包含氧化还原反应
B．“锌火”是锌蒸气和一氧化碳在空气中的燃烧
C．“泥封”的目的是防止得到的锌被氧化
D．冶炼时锌变为蒸气在兜室冷凝为固体
13．“空气吹出法”海水提溴的工艺流程如图所示：
下列说法中正确的是( )
A．进入吹出塔前，Br－被还原成了Br2
B．从吹出塔进入吸收塔的物质只有Br2
C．经过吸收塔后，溴元素得到了富集
D．蒸馏塔中只发生了物理变化
14.如图是实验室模拟煤的干馏的实验装置，下列有关叙述错误的是( )
A．图示实验中发生了化学变化
B．实验后水溶液的pH>7，溶液Y是黑色黏稠的煤焦油，上层X是粗苯等
C．气体Z易燃，可以还原氧化铜
D．液体Y是一种纯净物
15．海藻中含有丰富的碘元素(以I－形式存在)。实验室中提取碘的流程如图：
eq \x(海藻)eq \(――→,\s\up7(灼烧),\s\d5(A))eq \x(海藻灰)eq \(――→,\s\up7(浸泡),\s\d5( ))eq \x(悬浊液)eq \(――→,\s\up7( ),\s\d5(B))eq \x(含I－的溶液)eq \(――→,\s\up7(适量),\s\d5(Cl2))
eq \x(\a\al(含I2,的溶液))eq \(――→,\s\up7( ),\s\d5(C))eq \x(\a\al(碘的有,机溶液))eq \(――→,\s\up7( ),\s\d5(D))eq \x(晶体碘)
上述流程中步骤A～D对应的装置图正确的是( )
16．冶炼金属常用以下几种方法：
a．以C、CO或H2作还原剂还原；
b．利用铝热反应原理；
c．电解法；
d．热分解法。
(1)下列金属各采用哪种方法冶炼最佳？
①Fe、Zn、Cu等较不活泼金属________；
②Na、Mg、Al等活泼或较活泼金属________；
③Hg、Ag等不活泼金属________；
④V、Cr、Mn、W等高熔点金属________。
(2)工业上生产钾不能用电解熔融KCl的方法制得，因金属钾易溶于熔融态的KCl中而有危险，难获得钾，且降低电解效率。现生产钾是用金属钠和熔化的KCl反应制取。有关数据如下表：
工业上生产金属钾的化学方程式是：
KCl＋Naeq \(――→,\s\up7(一定条件))NaCl＋K
工业上制金属钾主要运用到上表所列的哪些物理常数？________；其选择范围是________________________________________________________________________。
17．海洋约占地球表面积的71%，具有巨大的开发潜力。
Ⅰ.海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法和离子交换法等。如图所示为海水蒸馏原理示意图，请回答下列问题：
(1)冷却水的出水口是__________(填“a”或“b”)。
(2)碎瓷片的作用是______________________________________________________。
Ⅱ.目前，从海水提取的溴占世界溴年产量的三分之一左右，空气吹出法是工业大规模海水提溴的常用方法。其中一种工艺流程为：
①海水浓缩，酸化；
②通入Cl2，使Br－转化为Br2；
③通入空气、水蒸气，将Br2吹入吸收塔，与吸收剂SO2反应转化为HBr；
④通入Cl2，再经过一系列处理得到产品Br2。
请回答下列问题：
(1)步骤②③的目的是________(填“富集溴”或“萃取溴”)。
(2)在步骤③中，反应生成HBr的化学方程式是______________________________。
(3)在步骤②中，若通入44.8 L Cl2(标准状况)，理论上可得到Br2__________g。
18．从海水中可提取多种化工原料，下图是工业上对海水的几项综合利用的示意图。试回答下列问题：
(1)写出用海滩上的贝壳制Ca(OH)2的化学方程式：
________________________________________________________________________；
________________________________________________________________________。
(2)以上海水的综合利用过程中，哪一种操作肯定会引起氧化还原反应的发生？________。
(3)电解无水MgCl2可制取镁和氯气，其中副产品氯气和粉末状熟石灰可制得漂白粉，制漂白粉的化学方程式为_____________________________________________。
(4)用海滩上的贝壳制Ca(OH)2，而不从异地山中开凿石灰石制取，主要考虑到________问题。
(5)从经济效益角度看，该化工厂厂址应选在________。
1.结合石油化工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.以海水、金属矿物、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。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。
浓缩
海水晒盐和海水淡化过程中Br－得到浓缩
氧化
向浓缩海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：2NaBr＋Cl2===2NaCl＋Br2
吹出
向氧化后的溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹出
吸收
用二氧化硫作还原剂使吹出的溴转化为HBr：Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4
蒸馏
用氯气将HBr氧化为Br2，然后蒸馏。化学方程式为2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2
方法
原理和产品
干馏
原理
将煤隔绝空气加强热使之分解的过程
产品
主要有 、 、 、 、焦炉气
气化
原理：将煤转化为可燃性气体的过程，主要反应的化学方程式为C＋H2O(g)eq \(=====,\s\up7(高温))CO＋H2
液化
直接液化：煤与氢气作用生成液体燃料
间接液化：先转化为一氧化碳和氢气，再在催化剂作用下合成 等
分馏
原理
利用石油中各组分 的不同进行分离的过程
产品
汽油、煤油、柴油等含碳原子少的轻质油
裂化
目的
提高 别是汽油的产量
方法
催化裂化
裂解
目的
获得重要的有机化工原料
产物
乙烯、丙烯、甲烷等
催化重整
目的
使 转化为
产物
等化工原料
名称
干馏
蒸馏
分馏
原理
隔绝空气、高温下使物质分解
根据液态混合物中各组分沸点不同进行分离
与蒸馏原理相同
产物
混合物
单一组分的纯净物
沸点相近的各组分组成的混合物
反应类型
化学变化
物理变化
物理变化
名称
裂化
裂解
原理
在一定条件下，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，使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃
目的
提高轻质油的产量，特别是提高汽油的产量
获得短链不饱和烃
选项
金属
冶炼原理
A
Fe
Fe2O3＋2Aleq \(=====,\s\up7(高温))2Fe＋Al2O3
B
Cu
Cu2S＋O2eq \(=====,\s\up7(△))2Cu＋SO2
C
Hg
2HgOeq \(=====,\s\up7(△))2Hg＋O2↑
D
Mg
2MgO(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))2Mg＋O2↑
步骤
A
B
C
D
装置图
熔点/℃
沸点/℃
密度/(g·cm－3)
Na
97.8
883
0.97
K
63.7
774
0.86
NaCl
801
1 413
2.165
KCl
770
1 500
1.984