化学与自然资源开发利用.docx
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化学与自然资源开发利用
化学与自然资源的开发利用（归纳与整理）
一、教学目标：
知识与技能目标:
1.了解海水资源的概况、海水资源开发和利用的前景及化学在其中可以发挥的作用。
了解化石燃料燃烧对环境的影响，懂得选择对环境污染较小的燃料。
2.知道海水淡化的几种方法；掌握海水蒸馏的原理。
知道从海带中提取碘的原理，了解非金属置换反应。
3.认识化石燃料综合利用和开发新能源的重要意义。
过程与方法目标
1.通过引导学生查阅资料，学习阅读、查阅资料的方法，培养学生的自主学习能力和对所获信息进行加工，归纳概括形成一定结论的能力。
2.引导学生合作讨论，设计实验，了解科学研究的基本方法，进一步形成交流反思、发现的学习习惯。
3.通过对海水淡化和海带中碘元素的检验方法的学习，体会在分离和提纯物质时化学实验的重要作用。
、通过设计对化石燃料燃烧产物成分分析的定性定量实验，使学生学会解决物质（气体）检验的一般方法
情感态度与价值观目标
1.体会化学在自然资源开发和利用中的意义和作用，揭示化学与可持续发展的重要关系，树立资源合理开发意识。
2．在海带中碘元素的检验实验中，使学生形成实事求是、严谨细致的科学态度。
知道学好化学等科学知识，为保护环境，解决能源危机作出贡献。
3．在交流讨论和实验过程中，培养学生的合作意识，同时增进学生对化学科学的认识和兴趣。
二、教学重点：
1.海水的淡化；海带中碘元素的提取。
2.了解化学方法在海水资源开发中的作用。
3.化石燃料综合利用和开发新能源的重要意义。
三、教学难点：
1.海带中碘的验证，海水综合利用的原则和意义。
2.化石燃料的综合利用
四、教学方式与教学手段
化学与可持续发展的观念的形成与培养，需要学生自己的亲身体会才能可能达成。
所以要实现这一目标，我采取了以下的教学方式，主要目的在于改变学生被动接受式的单一学习方式，促进学生多样化的学习方式的转变。
（1）多媒体展示法：
由老师提供大量的图片、图表、资料、事例、多媒体课件等大量信息，结合教材内容，让学生充分感受和体会。
然后让学生在班上交流自己的体会和认识。
（2）小组合作讨论法：
让学生根据自己的条件，以各种方式主动收集相关信息，并且与同学交流讨论。
（3）实验法：
充分发挥实验的功能，让学生做海带中碘元素检验的实验，体会在分离和提纯物质时化学实验的重要作用，形成实事求是、严谨细致的科学态度。
（4）课内与课外相结合，指导学生根据自己的兴趣和条件选择其中的一个内容作为自己深入学习和研究的小课题，进行更深入的学习和研究，完成小论文，表达自己对“化学与可持续发展”这一主题的认识和体会，反馈学习效果。
五、教学过程
一、开发利用金属矿物和海水资源
1.1金属矿物的开发和利用
金属的冶炼：
金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中还原出来的生产过程。
常见金属（金属活动顺序表）冶炼的一般方法：
金属的活动性不同，冶炼的方法不同。
KCaNaMgAlZnFeSnPbCuHgAg
①热分解法：
不活泼金属（Hg及Hg以后）可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来，例如：
2HgO
2Hg+O2↑
2Ag2O
4Ag+O2↑
②热还原法：
一般活泼的金属（Zn---Cu）,通常是在高温下用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，例如：
Fe2O3+3CO
2Fe+CO2↑
WO3+3H2
W+3H2O
ZnO+C
Zn+CO↑
Fe2O3+2Al
2Fe+Al2O3（铝热反应）
Cr2O3+2Al
2Cr+Al2O3（铝热反应）
③电解法：
非常活泼的金属（K---Al）用一般的还原剂很难将它们还原出来，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，例如：
2NaCl（熔融）
2Na+Cl2↑
MgCl2（熔融）
Mg+Cl2↑
2Al2O3（熔融）
4Al+3O2↑
有些金属可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来，例如：
冶炼铜
Cu2S+O2
2Cu+SO2
二、海水资源的开发利用
1.海水水资源的利用：
海水中水的储量约占全球总水量的97％。
海水中水资源的利用，主要包括海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却。
海水淡化的方法：
主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。
海水蒸馏原理示意图
2.【总结】海水资源的开发利用：
①从海水中提取淡水——海水淡化
②海水制盐
海水资源的开发利用③从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品
④从海水中获取铀和重水作为核能开发的重要原料
⑤从海水中获取其他物质和能量
三、化学与资源综合利用、环境保护
考点一金属矿物的开发利用?
【例题】下表中金属的冶炼原理与方法完全正确的是（ ）
冶炼原理方法
A、CaO+H2Ca+H2O热还原法
B2Al2O3（熔融）4Al+3O2↑电解法
CCu2S+O22Cu+SO2热分解法
DCuSO4+2Na====Cu+Na2SO4湿法炼铜
选B。
钙是活泼金属,不能用热还原法冶炼,应用电解法,A错误;铝是活泼金属,应用电解法,B正确;C中,反应是火法炼铜,利用的是氧化还原反应原理,将Cu2S中+1价铜转化为单质铜,该反应不属于分解反应,不是热分解法,C错误;湿法炼铜需用与水不反应的较活泼的金属作还原剂,如铁等,钠易与水反应,不能从溶液中还原出单质铜,D错误。
考点二海水资源的综合利用?
【例题】海水是一个巨大的化学资源宝库,下列有关海水综合利用的说法正确的是（ ）
A.海水中含有钾元素,只需经过物理变化就可以得到钾单质
B.海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化
C.从海水中可以得到NaCl,电解熔融NaCl可制备Cl2
D.利用潮汐发电是将化学能转化为电能
选C。
海水中的钾元素是以化合态形式存在的,要由化合态转变为游离态,一定发生氧化还原反应,故A不正确;海水蒸发制海盐,发生的是物理变化,B也不正确;电解熔融NaCl可以制得Na和Cl2,C正确;潮汐发电是动能、势能转化为机械能,机械能转化为电能,因此D也不正确。
【知识扫描】海水化学资源的开发利用
从海水中提取物质的方法
I.从海水中提取食盐的主要工艺流程：
从海水中制取盐的方法主要有：
盐田法、电渗析法和冷冻法。
其中盐田法（又叫滩晒法）历史最悠久，而且也是最简便和经济有效的方法。
现在还在广泛采用。
※盐田法：
盐田建在海滩边，借用海滩逐渐升高的坡度，开出一片片象扶梯一样的池子。
利用涨潮或用风车和泵抽取海水到池内。
海水流过几个池子，随着风吹日晒，水份不断蒸发，海水中的盐浓度愈来愈高，最后让浓盐水进入结晶池，继续蒸发，直到析出食盐晶体。
我国是世界上最大的产盐国，年产盐量近2000万吨，占世界食盐产量的80%。
2.从海水中提取溴的主要工艺流程
（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。
反应的化学方程式为：
2NaBr+Cl2==Br2+2NaCl；
（3）向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，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，反应的化学方程式为：
Br2+SO2+2H2O==2HBr+H2SO4
（4）向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气，反应的化学方程式为：
2HBr+Cl2==2HCl+Br2
（5）用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质，得到产品溴。
3.从海带中提取碘
（1）反应原理：
海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂（H2O2）将其氧化成I2，再用有机溶剂将I2萃取出来。
用H2O2做氧化剂，反应的离子方程式是：
2I-+H2O2+2H+==I2+2H2O。
（2）操作步骤：
①取约3g干海带，把表面的浮着物用刷子刷净（不要用水冲洗，以免洗去表面的碘化物），用剪刀剪碎后，用酒精湿润，放入坩埚中。
点燃酒精灯，灼烧海带至完全变为灰烬（注意通风）停止加热，冷却。
②将海带灰转移到小烧杯中，向其中加入10ml蒸馏水，搅拌、煮沸2～3min,过滤。
③在滤液中滴入几滴稀硫酸（3mol/l）,再加入1mLH2O2（3%），现象：
溶液变棕黄色。
再加入几滴淀粉溶液，现象是：
溶液变蓝色。
（3）提取I2流程：
考点三化石燃料的综合利用?
【例题】下列说法中不正确的是（ ）
A.天然气属于化石燃料
B.煤是由焦炭、煤焦油、粗苯等成分组成的有机物和无机物的混合物
C.化石燃料在燃烧过程中能产生污染环境的CO、SO2等有害气体
D.煤转化为煤气后燃烧,可以提高燃烧效率
【解析】选B。
天然气、石油、煤均是化石燃料,煤是成分复杂的混合物,煤干馏以后得到的焦炭、煤焦油、粗苯等是化学变化后产生的,故A对,B错;化石燃料中往往含有S、N等元素,故燃烧后能产生SO2、NO、NO2等有害气体,若不能充分燃烧,则会产生CO气体,煤转化为煤气后,燃烧充分,提高了燃烧效率,故C、D对。
煤的综合利用途径：
通过煤的干馏、煤的气化和液化获得洁净的燃料和多种化工原料。
①煤的干馏：
将煤隔绝空气加强热使之分解的过程叫做没得干馏，也叫煤的焦化。
气体：
焦炉气：
H2、CH4、C2H4、CO（燃料、化工原料）
粗氨水：
氨、铵盐（化肥）
液体：
粗苯：
苯、甲苯、二甲苯（炸药、染料、合成材料）
煤干馏的主要产品酚类、奈（染料、农药、合成材料）
煤焦油
沥青（筑路材料、制碳素电极）
固体：
焦炭（冶金、合成氨造气、电石、燃料）
②煤的气化：
将煤转化为可燃性气体过程。
（主要反应是碳和水蒸气反应生成水煤气等）
高温
主要反应：
C（s）＋H2O（g）CO（g）＋H2（g）
水煤气
直接液化：
煤+H2液体燃料
催化剂
③煤的液化
间接液化：
煤H2＋CO甲醇（CH3OH）
Ⅱ.石油的炼制
（1）石油的分馏（物理加工过程）：
A.石油分馏的原理：
利用各种烃的沸点不同，将石油不断的加热--汽化--冷凝--液化，把石油分离成不同沸点范围的蒸馏产物（叫做馏分，仍然是
混合物）的过程叫做石油的分馏。
B.实验室蒸馏石油的装置（如下图）：
仪器名称：
①温度计；②蒸馏烧瓶；③冷凝器；④接收器；
⑤冷水进口；⑥是热水出口。
装置②中要加碎瓷片，以防止暴沸。
石油气液化石油气。
C.石油分馏主要产品：
汽油、煤油、柴油、重油等。
（2）石油的裂化（化学加工过程）：
在一定条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小的烃的过程。
主要目的：
提高轻质油（汽油、煤油、柴油）的产量，同时得到石油裂化气。
原料：
石油分馏产品（重油）
反应：
以十六烷的催化裂化反应为例：
C16H34C8H18＋C8H16
十六烷辛烷辛烯
C8H18C4H10＋C4H8
辛烷丁烷丁烯
C4H10CH4＋C3H6
丁烷甲烷丙烯
C4H10C2H6＋C2H4
丁烷乙烷乙烯
裂化气（含乙烯、丙烯、甲烷等）
主要产品：
重油汽油、煤油、柴油
分馏所得汽油（直镏汽油）：
烷烃
汽油：
C5～C11的烃的混合物
裂化所得汽油：
烷烃和不饱和烃（具有烯烃的性质）
（3）石油的裂解（深度裂化—化学加工过程）：
采用比催化裂化更高的温度，使碳碳键断裂的更彻底，主要目的得到气态的不饱和烃。
原料：
汽油。
主要目的：
制得石油裂解气，进行三大合成。
主要产品：
汽油石油裂解气（含乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯）
石油的催化重整：
石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构的重新调整，使链状烃转化为环状烃（如苯或甲苯等）
三大合成材料（合成有机高分子）
（1）合成塑料：
聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯。
①塑料的主要成分：
合成树脂+添加剂（增塑剂、防老化剂等）
热塑性塑料：
可以反复加工，多次使用（聚乙烯聚氯乙烯等）
②塑料的性能
热固性塑料：
一次加工成型，受热不软化（酚醛塑料）
（2）合成纤维
植物纤维：
棉花、木材、亚麻（成分：
纤维素）
天然纤维
动物纤维：
羊毛、蚕丝（成分：
蛋白质）
纤维
人造纤维：
人造棉、人造丝、人造毛（成分：
纤维素）
化学纤维
合成纤维：
六大纶（涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、维纶、氯纶）（是利用石油、天然气、煤和农副产品为原料制成的）
（3）合成橡胶：
顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁苯橡胶、硅橡胶等。
4.2合成有机高分子的反应：
聚合反应：
在一定条件下，由小分子（单体）合成高分子（分子量巨大的化合物）的反应。
聚合反应加成聚合（加聚反应）：
由单体生成高分子的反应。
缩合聚合（缩聚反应）：
由单体生成高分子的同时还有小分子生成。
（1）加聚反应：
①由乙烯制聚乙烯：
nCH2===CH2[CH2－CH2]
乙烯聚乙烯
单体：
CH2===CH2；链节：
－CH2－CH2－；高聚物：
[CH2－CH2]
；聚合度：
n
②由丙烯制聚丙烯：
nCH2===CH－GH3[CH2－CH]
③由甲基丙烯酸甲酯制聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）：
nCH2===CH－COOCH3[CH2－CH]
COOCH3
（2）缩聚反应：
制涤纶、尼龙（锦纶）、醇酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂
O
nHO－C－－－G－OH+nHO－CH2－CH2－OH
（对苯二甲酸）（乙二醇）
O
O
[C－－－G－O－CH2－CH2－O]+（2n－1）H2O
聚酯纤维（涤纶）
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