自然資源的開發(fā)利用一、金屬礦物的開發(fā)利用[問題1]唐代詩人劉禹錫在《浪淘沙九首》中有云：“日照澄洲江霧開，淘金女伴滿江隈。美人首飾候印，盡是沙中浪底來”；“千淘萬漉雖辛苦，吹盡狂沙始到金”；古代煉丹術(shù)士葛洪所著《抱樸子》中記載：“丹砂燒之成水銀”；北宋科學(xué)家沈括在《夢溪筆談》中寫道：“信州鉛山縣有苦泉，流以為澗，挹其水熬之，則成膽礬，烹膽礬則成銅。熬膽礬鐵釜，久之亦化為銅”。以上文獻(xiàn)中涉及了哪些金屬的提取方法？寫出相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)方程式。[問題2]1886年是鋁冶煉史上具有劃時(shí)代意義的一年。美國大學(xué)生霍爾和法國大學(xué)生埃魯各自獨(dú)立地研究出電解制鋁法。在實(shí)驗(yàn)中霍爾發(fā)現(xiàn)向氧化鋁中加入冰晶石，可以將氧化鋁的熔點(diǎn)溫度從20500C降低到9500C左右。這一創(chuàng)新方法大大降低了能耗，使人們能夠大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)鋁。[問題3]金屬元素在自然界中有哪些存在形式？如何從自然界中提取金屬？一、金屬礦物的開發(fā)利用金屬在自然界中的存在形式冶煉的方法舉例游離態(tài)很不活潑的金屬物理提取法金、鉑的提取化合態(tài)不活潑的金屬熱分解法HgS、HgO、Ag2O的分解活潑的金屬熱還原法用焦炭、H2、CO還原鐵礦石很活潑的金屬電解法電解NaCl、Mg2Cl、Al2O3①定義：將金屬從其化合物中還原出來用于生產(chǎn)和制造各種金屬材料的過程在工業(yè)上稱為金屬的冶煉。Mn++ne-

→M②原理：金屬的冶煉[問題4]為什么使用鐵器比使用銅器要晚？使用鋁制品又比使用鐵制品晚？③冶煉方法：電解法熱還原法熱分解法物理提取法

金屬離子得電子能力：弱→強(qiáng)KCaNaMgAlZnFeSnPb(H)CuHgAgPtAu

土爐里邊堆上柴火，上面放上鐵礦石，煉出的鐵水順爐內(nèi)通道匯聚于爐底，再從一小口流出，便可以作為生鐵使用了。古代煉鐵煉鐵的主要反應(yīng)過程

②還原鐵礦石：

Fe2O3+3CO==2Fe+3CO2

（鐵礦石）高溫

③造渣（除脈石）：

CaCO3==CO2+CaO

CaO+SiO2==

CaSiO3

高溫高溫①產(chǎn)生還原劑:C+O2==CO2CO2+C==2CO高溫高溫

我國西漢時(shí)的煉丹家劉安所著《淮南萬畢術(shù)》中記載“曾青得鐵，則化為銅?！币馑际钦f銅鹽遇到鐵時(shí)，就有銅生成。實(shí)質(zhì)是：鐵和可溶性銅鹽發(fā)生的置換反應(yīng)。這一發(fā)現(xiàn)要比西方國家早1700多年。濕法煉銅濕法煉銅的過程：含氧化銅的礦石銅鹽溶液銅酸鐵2.火（干）法煉銅：1.濕法煉銅：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu3.生物煉銅：利用微生物把不溶性的銅鹽轉(zhuǎn)化為可溶性的銅鹽。（99.95%~99.98%）（99.5%~99.7%）黃銅礦粗銅精銅電解煉銅的方法海水提取鎂1.貝殼煅燒成石灰：

CaCO3CaO+CO2↑2.石灰制成石灰乳：

CaO+H2O=Ca(OH)2

（石灰乳）3.石灰乳加入海水沉淀池中得到氫氧化鎂沉淀：

Ca(OH)2+MgCl2=Mg(OH)2

↓+CaCl2

4.氫氧化鎂與鹽酸反應(yīng):

Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O5.電解熔融的氯化鎂可以得到金屬鎂：

MgCl2Mg＋Cl2↑通電高溫物質(zhì)MgOAl2O3MgCl2AlCl3熔點(diǎn)/oC28522054714190（以分子形式存在）沸點(diǎn)/oC360029801412180已知有關(guān)物質(zhì)的熔沸點(diǎn)數(shù)據(jù)如下表:參考上述數(shù)據(jù)填空和回答問題.工業(yè)上為什么常用電解熔融MgCl2的方法生產(chǎn)金屬鎂,而不用電解MgO的方法生產(chǎn)鎂?因?yàn)镸gO的熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于MgCl2,所以電解熔融的MgO需要更多的能量,更高的溫度,成本更高。[補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)]兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀，將其中一個(gè)取出，在底部剪一個(gè)孔，用水潤濕，再跟另一個(gè)漏斗套在一起，使四周都有四層；架在鐵圈上，下面放置盛沙的蒸發(fā)皿，把混合均勻的氧化鐵和鋁粉放在紙漏斗中，上面加少量氯酸鉀，并在混合物中間插一根鎂條，點(diǎn)燃鎂條，觀察現(xiàn)象，鎂條、氯酸鉀有何作用？化學(xué)反應(yīng)方程式？標(biāo)明電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鎂條劇烈燃燒，發(fā)出耀眼的光芒；紙漏斗的下部被燒穿，有液態(tài)(Fe)的熔融物落入沙中。①鎂條：用鎂燃燒放出的熱量引燃鋁熱反應(yīng)---引燃劑。②氯酸鉀：氯酸鉀(產(chǎn)生O2)對鎂的燃燒起助燃的作用---助燃劑。

鋁熱反應(yīng)[問題5]為何工業(yè)上制鎂用MgCl2固體電解，而制鋁卻用Al2O3固體電解？原因：MgO的熔點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于MgCl2的熔點(diǎn)，電解熔融狀態(tài)的MgO需要更高的溫度，消耗更多的能量，對條件、設(shè)備的要求更高；AlCl3的熔點(diǎn)雖然低但易升華，無法進(jìn)行電解。地球上的金屬礦物資源是有限的，我們必須合理開發(fā)和利用這些礦物資源，主要途徑有：（1）

；（2）

；（3）

；（4）

；（5）

。提高金屬礦物的利用率開發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法加強(qiáng)金屬資源的回收和再利用使用其他材料代替金屬材料,減少金屬的使用量防止金屬的腐蝕[問題6]為何要合理開發(fā)利用金屬資源？有哪些有效的途徑？---教材第99頁問1：冰晶石的作用？助熔劑，降低Al2O3的熔化溫度問2：為啥要定期更換碳素電極？高溫下，碳會被氧氣氧化問3：如何從鋁土礦制取氧化鋁？啟示1:從鋁土礦制鋁消耗的能量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于回收鋁質(zhì)飲料罐得到鋁消耗的能量，可知在實(shí)際生產(chǎn)過程中必須考慮投入與產(chǎn)出，要考慮成本。啟示2:加強(qiáng)度舊金屬的回收和再利用是合理開發(fā)和利用金屬資源的重要途徑。要樹立金屬垃圾也是一種寶貴資源的理念。在日常生活中，要大力倡導(dǎo)金屬垃圾的分類回收和再利用，養(yǎng)成自覺珍惜自然資源、節(jié)約資源、愛惜環(huán)境和保護(hù)環(huán)境的意識。啟示3:實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，從金屬礦物到純凈金屬的冶煉過程是一個(gè)復(fù)雜的過程，往往涉及許多其他物質(zhì)和反應(yīng)，在得到所需產(chǎn)品的同時(shí)，也會產(chǎn)生廢棄物。因此必須考慮廢棄物的處理和生產(chǎn)對環(huán)境的影響，形成綠色化學(xué)觀念和可持續(xù)發(fā)展意識。利用鋁土礦制取氧化鋁：a．酸溶法的工藝流程：上述過程中①、②反應(yīng)的離子方程式分別為①

；②

；反應(yīng)③的化學(xué)方程式：

。b．堿溶法的工藝流程：上述過程中①、②反應(yīng)的離子方程式分別為①

；②

。AlO2-＋2H2O＋CO2===Al(OH)3↓＋HCO3-

從太空觀察地球，看到地球上有七片陸地“漂浮”在一大片藍(lán)色的海洋之中。是“大自然給人類的資源儲備”海洋是美麗的，也是富饒的。二、海水資源的開發(fā)利用[問題7]海洋約占地球表面積的71%，海水中的水儲量占地球上總量的97%，為什么地球仍然缺水？如何從海水中獲得飲用水？

1、大海中的水資源利用二、海水資源的開發(fā)利用海水淡化蒸餾法電滲析法離子交換法最先使用，技術(shù)成熟，但成本高成本低，但未能大量生產(chǎn)目前正迅速發(fā)展，但需要不斷更新離子交換樹脂實(shí)驗(yàn)原理：加熱到水的沸點(diǎn)，使水汽化變成水蒸氣，再冷凝得淡水。實(shí)驗(yàn)裝置：實(shí)驗(yàn)儀器：鐵架臺、酒精燈、石棉網(wǎng)、蒸餾燒瓶、冷凝管、錐形瓶、牛角管、溫度計(jì)等。海水的蒸餾2.冷凝水，下口進(jìn)，上口出1.溫度計(jì)水銀球位于蒸餾燒瓶支管口處注意點(diǎn)：含80多種元素，含O、H及Cl、Na、S、C、F、B、Br、Sr共11種元素的質(zhì)量占總水量的99%，其余1%為70多種含量微少的元素。被稱為“元素的故鄉(xiāng)”。海水化學(xué)資源

大陸架的淺海海底：石油、天然氣、煤、硫、磷等近岸帶的濱海砂礦：砂、貝殼等建筑材料和金屬礦產(chǎn)如何利用海水中的化學(xué)資源？海水因?yàn)榱刻?、面太廣，大多數(shù)元素盡管總量很大，但許多元素的富集程度很低很低。如：海水中金元素總含量約為50000000t（5千萬噸），但一噸海水中只含金元素0.000004g（10億分之四克）。海水淡化與化工生產(chǎn)相結(jié)合，提高經(jīng)濟(jì)效益1）、海水制鹽⑴定義：從海水中提取食鹽的傳統(tǒng)方法稱為“鹽田法”，又稱“灘曬法”，是最簡便和經(jīng)濟(jì)有效的方法。⑵原理：蒸發(fā)、結(jié)晶⑶過程：海水鹽田飽和食鹽水粗鹽精鹽風(fēng)吹日曬水分蒸發(fā)風(fēng)吹日曬水分蒸發(fā)引入提純⑷用途：制得的氯化鈉除食用也是生產(chǎn)燒堿、純堿、鈉、氯氣、鹽酸的工業(yè)原料。海水在常溫下蒸發(fā)得到粗鹽中常含有泥沙、Na2SO4、MgCl2、CaCl2等雜質(zhì)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案提純粗鹽？從海水中制得的氯化鈉除了食用，還作為化工原料用來生產(chǎn)燒堿、純堿、鈉、氯氣、鹽酸等。如利用飽和食鹽水制備純堿。寫出侯德榜制堿法的化學(xué)方程式。。二、海水資源的開發(fā)利用[問題8]溴是海洋元素，地球上99%的溴分布在海水中，海水中的溴以Br-的形式存在，海水中溴元素的含量約為67mg/L。溴及其化合物在醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料和阻燃劑等的生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用。目前工業(yè)上主要從海水和鹽湖水中提取溴單質(zhì)。閱讀教材101頁中的“吹出法”提溴技術(shù)回答：①為什么要先對海水中的溴元素進(jìn)行富集？如何將海水中的Br-轉(zhuǎn)化為Br2？②該工藝流程中涉及哪幾個(gè)步驟，每一步的作用分別是什么？③寫出該工藝流程中涉及的離子反應(yīng)方程式？用到了哪些分離和提純的操作？(1)制備化工產(chǎn)品：制備Mg、K、I2及其他化工產(chǎn)品。(2)獲取能量物質(zhì)：提取鈾和重水用來開發(fā)核能。(3)開發(fā)利用新型能源：潮汐能、波浪能等。海水中其他資源的開發(fā)利用

干海帶中含碘(有機(jī)碘化物)量：0.3%--0.5%，有的高達(dá)1%，約比海水中的碘濃度提高10萬倍！從海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)過程如下圖：1、海帶中提取碘（I2）--教材P106練習(xí)與應(yīng)用5(5)海帶灰中含有的硫酸鹽、碳酸鹽等，在實(shí)驗(yàn)步驟_______(填序號)中實(shí)現(xiàn)與碘分離。(1)實(shí)驗(yàn)步驟①會用到下列儀器中的________(填字母)。a.酒精燈b.漏斗c.坩堝d.泥三角(2)步驟③的操作名稱是_____________(3)步驟④中反應(yīng)的離子方程式為________________________(4)請?jiān)O(shè)計(jì)一種檢驗(yàn)水溶液中是否含有碘單質(zhì)的方法：_______________acdH2O2+2I-

+2H+=I2＋2H2O過濾

取少量水溶液于試管中，加入幾滴淀粉溶液，觀察是否出現(xiàn)藍(lán)色。如果變藍(lán)，則說明含有碘單質(zhì)。

⑤

鎂及其合金是一種用途很廣的金屬材料。大量的鎂是從海水中提取的，其中的主要步驟如下:2、海水提取鎂----教材P106練習(xí)與應(yīng)用6(1)為了使MgSO4轉(zhuǎn)化為Mg(OH).試劑①可以選用

，要使MgSO4完全轉(zhuǎn)化為沉淀，加入試劑①的量應(yīng)_______(2)加入試劑①后，能夠分離得到Mg(OH),沉淀的方法是_________(3)試劑②可以選用___________(4)無水MgCl2在熔融狀態(tài)下，通電后會產(chǎn)生Mg和Cl2，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_________Ca(OH)2

過量

過濾

鹽酸

MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑電解三、煤、石油和天然氣的綜合利用[問題9]煤、石油和天然氣在使用過程中存在哪些面臨的問題？綜合利用、提高利用率、減小環(huán)境污染等---化石燃料的不可再生性[問題10]閱讀教材第102頁，了解煤的組成及煤有哪些綜合利用的途徑？(1)煤的組成物質(zhì)組成：元素組成：由有機(jī)物和少量無機(jī)物組成的復(fù)雜混合物主要含有C元素，另有少量H、O、N、S等元素煤干餾氣化控制燃燒液化焦炭煤焦油焦?fàn)t煤氣可燃?xì)怏wH2高溫、催化劑H2O(g)高溫燃料油水煤氣O2、H2O(g)水煤氣液態(tài)烴、甲醇等含氧有機(jī)物天然氣的綜合利用一線工程沿途經(jīng)過主要省級行政區(qū)：新疆—甘肅—寧夏—陜西—山西—河南—安徽—江蘇—上海二線工程沿途經(jīng)過主要省級行政區(qū)：新疆—甘肅—寧夏—陜西—河南—湖北—江西—廣東三線工程沿途經(jīng)過主要省級行政區(qū)：新疆、甘肅、寧夏、陜西、河南、湖北、湖南、江西、福建、廣東等10個(gè)?。▍^(qū)）

千年的希望－“可燃冰”可燃冰是天然氣（甲烷等）的水合物CH4·H2O，它易燃燒，外形似冰，被稱為“可燃冰”?！翱扇急眱α枯^大，可燃冰將成為最理想替代能源。

閱讀材料:

在全球石油儲量僅夠再用50年的今天一種可以取代石油的天然能源——“可燃冰”進(jìn)入了人們的視野。早些時(shí)候，廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局宣布中國南海海域“可燃冰”調(diào)查獲得重大進(jìn)展，將于明年實(shí)施鉆探工作以獲得實(shí)物樣品，并有望在2020年進(jìn)行商業(yè)開采。截至目前，中國已經(jīng)在南海北部陸坡南沙海槽和東海陸坡等3處發(fā)現(xiàn)“可燃冰”科學(xué)家們稱，青藏高原羌塘盆地多年凍土區(qū)也可能蘊(yùn)藏著大量的“可燃冰”中國南海海域的“可燃冰”能源總量相當(dāng)于中國陸地石油天然氣資源的一半。迄今為止，世界上已探明“可燃冰”所含有的有機(jī)碳總資源量相當(dāng)于全球已知煤、石油和天然氣的兩倍以上，可滿足人類未來1000年的能源需求。石油：多種碳?xì)浠衔锝M成的混合物。黑色或深棕色粘稠液體，比水稍輕，不溶于水，有特殊氣味，無固定沸點(diǎn)。石油中含有1~50個(gè)碳原子的烷烴及環(huán)烷烴。一般不含烯烴。

石油的綜合利用三、煤、石油和天然氣的綜合利用[問題12]石油是由多種碳?xì)浠衔锝M成的混合物，成分復(fù)雜，需要先在煉油廠進(jìn)行精煉，閱讀必修二教材第103-104頁，了解叫石油的分餾和裂化。(1)石油的組成①組成：由多種烷烴、環(huán)烷烴等碳?xì)浠衔锝M成的復(fù)雜混合物。②狀態(tài)：液態(tài)，是多種液態(tài)烴溶解了部分氣態(tài)烴和固態(tài)烴而形成的。③特點(diǎn)：沒有固定的熔、沸點(diǎn)，只能在一定溫度范圍內(nèi)熔化或汽化。(2)石油的加工催化裂化：獲得更多汽油裂解：獲得乙烯、丙烯、甲烷等重要的化工原料C16H34

C8H18+C8H16催化劑加熱、加壓

C8H18

C4H10+C4H8

催化劑加熱、加壓C4H10

CH4+C3H6催化劑加熱、加壓C4H10

C2H4+C2H6催化劑加熱、加壓烷烴烷烴烯烴問：石油的裂化和裂解有何區(qū)別和聯(lián)系?裂化和裂解的原理相同,只是裂解選用的溫度比裂化溫度更高,因此裂解又稱之為深度裂化。分餾與裂化、裂解的對比方法石油的分餾石油的裂化石油的裂解概念主要原料原油重油、石蠟石油分餾產(chǎn)品（包括石油氣）主要產(chǎn)品石油氣、汽油、煤油、柴油及重油等抗震性能好的汽油和甲烷、乙烷、丙烷、乙烯等乙烯、丙烯等主要反應(yīng)類型物理變化化學(xué)變化化學(xué)變化煉制主要目的制得不同用途的石油分餾產(chǎn)品提高輕質(zhì)液體燃料的產(chǎn)量和質(zhì)量將長鏈斷裂成小分子烴用作有機(jī)化工原料備注它們得到的產(chǎn)物仍是混合物小結(jié)(1)煤的干餾、氣化、液化均發(fā)生的是化學(xué)變化。(2)石油分餾屬于物理變化，由于石油中有些物質(zhì)的沸點(diǎn)很接近，所以分餾產(chǎn)物一般為混合物。常壓蒸餾的原料為石油，減壓蒸餾的原料為