第一節(jié)自然資源的開發(fā)利用

1|金屬礦物的開發(fā)利用1.金屬冶煉的原理和實(shí)質(zhì)(1)原理:將金屬礦物中的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。(2)實(shí)質(zhì):使金屬陽離子得到電子被還原為金屬單質(zhì)的過程,即Mn++ne-

M。2.金屬冶煉的常見方法

適用對(duì)象冶煉原理(舉例)

在金屬活動(dòng)性順序中排在銅之

后的不活潑金屬2HgO

2Hg+O2↑2Ag2O

4Ag+O2↑

在金屬活動(dòng)性順序中位于鋁之

后和汞之前的大多數(shù)金屬CuO+H2

Cu+H2OFe2O3+3CO

2Fe+3CO2(高爐煉鐵)2Al+Fe2O3

2Fe+Al2O3(鋁熱法煉鐵)

非?；顫姷慕饘?一般的還原劑

很難將它們從它們的化合物中

還原出來)2NaCl(熔融)

2Na+Cl2↑MgCl2(熔融)

Mg+Cl2↑2Al2O3(熔融)

4Al+3O2↑知識(shí)拓展因MgO的熔點(diǎn)很高,故冶煉金屬鎂采用電解熔融MgCl2的方法,而不采

用電解熔融MgO的方法。AlCl3屬于共價(jià)化合物,熔融態(tài)不導(dǎo)電,故冶煉金屬鋁采

用電解熔融Al2O3和Na3AlF6(冰晶石,作用是降低Al2O3的熔化溫度)混合物的方法,

而不采用電解熔融AlCl3的方法。3.鋁熱反應(yīng)及其實(shí)驗(yàn)(詳見定點(diǎn)1)4.合理開發(fā)和利用金屬資源原因①資源有限且分布不均②金屬冶煉消耗許多能量且易造成環(huán)境污染③金屬腐蝕造成大量損失措施①提高金屬礦物的利用率②開發(fā)環(huán)保高效的金屬冶煉方法③防止金屬的腐蝕④加強(qiáng)廢舊金屬的回收和再利用⑤使用其他材料代替金屬材料等1.海水水資源的利用

2

|海水資源的開發(fā)利用

①蒸餾法的歷史最久,技術(shù)和工藝也比較成熟。②冷卻水要從下口進(jìn),上口出,以保證冷凝管中的氣體充分冷卻。③碎瓷片的作用是防止液體暴沸。④工業(yè)上常將發(fā)電廠等工廠的余熱用于海水的蒸餾。鏈接拓展海水的蒸餾實(shí)驗(yàn)2.海水中化學(xué)資源的開發(fā)利用(1)海水制鹽利用濃縮、沉淀、過濾、重結(jié)晶等分離方法可制備多種鹽。例如,制備Na-

Cl、MgCl2等。(2)從海水中提取溴——空氣吹出法從海水中提取溴的工藝流程圖如下:主要反應(yīng)原理:①2NaBr+Cl2

Br2+2NaCl②Br2+SO2+2H2O

2HBr+H2SO4③2HBr+Cl2

Br2+2HCl3.海水資源的綜合利用途徑(詳見定點(diǎn)2)知識(shí)拓展從海水中獲取能量(1)從海水中提取鈾和重水,用于核能開發(fā)。(2)開發(fā)和利用潮汐能、波浪能等新型能源。1.煤的綜合利用(1)煤的組成

3|煤、石油和天然氣的綜合利用

(2)煤的綜合利用2.天然氣的綜合利用

3.石油的綜合利用

易錯(cuò)警示

(1)石油的分餾為物理變化;煤的干餾、氣化、液化,石油的裂化與裂解、催化重

裝均為化學(xué)變化。(2)裂解和裂化的原理相同,只是裂解選用的溫度比裂化的溫度更高,因此裂解又

被稱為深度裂化。4.化學(xué)“三餾”的比較

干餾蒸餾分餾原理隔絕空氣、高溫下使物質(zhì)分解根據(jù)液態(tài)混合物中各

組分沸點(diǎn)相差較大進(jìn)

行分離與蒸餾原理相同產(chǎn)物混合物單一組分的純凈物沸點(diǎn)相近的各組分組

成的混合物類型化學(xué)變化物理變化物理變化5.重要工業(yè)氣體的來源、成分及用途(詳見定點(diǎn)3)1.用熱還原法冶煉金屬時(shí),可以用H2將Mg從其化合物中還原出來。這種說法正確

嗎?提示:不正確。Mg是活潑金屬,在金屬活動(dòng)性順序中排在H前面,不能用H2將Mg從

其化合物中還原出來。知識(shí)辨析2.鋁熱反應(yīng)的本質(zhì)是用鋁將比鋁活潑性弱的金屬從其化合物中置換出來。這種

說法正確嗎?提示:正確。鋁熱反應(yīng)屬于置換反應(yīng),是利用金屬鋁的還原性將比鋁活潑性弱的

金屬從其化合物中還原出來。3.通過電解熔融NaCl、MgO和AlCl3可制備金屬Na、Mg、Al。這種說法正確嗎?提示:不正確。MgO熔點(diǎn)太高,用電解熔點(diǎn)較低的MgCl2的方法制備Mg;AlCl3為共

價(jià)化合物,熔融時(shí)不導(dǎo)電,用電解熔融Al2O3的方法制備Al。4.從海水中獲得任何化學(xué)物質(zhì)都要經(jīng)過化學(xué)變化。這種說法正確嗎?提示:不正確。通過海水曬鹽可獲得食鹽,是蒸發(fā)海水使NaCl析出的過程,為物理

變化。即從海水中獲得化學(xué)物質(zhì)不一定發(fā)生化學(xué)變化。5.在一定條件下,煤可以和氫氣直接反應(yīng)生成液體燃料。這種說法正確嗎?提示:正確。煤與氫氣作用可以生成液體燃料,該過程為煤的直接液化。6.煤的氣化、液化和石油的分餾都是物理變化。這種說法正確嗎?提示:不正確。煤的氣化和液化都為化學(xué)變化,而石油的分餾是物理變化。7.化石燃料燃燒產(chǎn)生的SO2、CO2都是大氣污染物,它們是導(dǎo)致酸雨的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

這種說法正確嗎?提示:不正確。SO2是典型的大氣污染物,可導(dǎo)致酸雨;而CO2不屬于大氣污染物,但

空氣中含量過多,可導(dǎo)致全球氣候變暖。8.石油裂解采用比裂化更高的溫度,是為了獲得大量的乙烯、丙烯等氣體產(chǎn)物。

這種說法正確嗎?提示:正確。石油裂解的原料是輕質(zhì)油,采用比裂化更高的溫度,是為了獲得大量

的乙烯、丙烯等氣體產(chǎn)物。

1鋁熱反應(yīng)及其實(shí)驗(yàn)?1.鋁熱反應(yīng)概念鋁和某些金屬氧化物在高溫下發(fā)生的劇烈并放出大量熱的化學(xué)反應(yīng)原理Al作還原劑,金屬氧化物作氧化劑,用鋁將金屬氧化物中的金屬置換出來鋁熱劑鋁粉和某些金屬氧化物(如Fe2O3、Cr2O3、V2O5等)組成的混合物反應(yīng)特點(diǎn)在高溫下進(jìn)行,反應(yīng)迅速并放出大量的熱,新生成的金屬單質(zhì)呈熔融態(tài)且易與Al2O3分離應(yīng)用冶煉難熔的、相對(duì)較不活潑的金屬,如V、Cr、Mn等;焊接鐵軌等2.鋁熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)裝置(以氧化鐵和鋁的反應(yīng)為例)

(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象①鎂條劇烈燃燒,發(fā)出強(qiáng)光;②氧化鐵粉末和鋁粉發(fā)生劇烈反應(yīng);③反應(yīng)放出大量

的熱;④紙漏斗的下部被燒穿,有熔融物落入細(xì)沙中。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)論在高溫下,鋁與Fe2O3發(fā)生反應(yīng),放出大量的熱。(4)注意事項(xiàng)鎂條要打磨干凈表面的氧化膜,否則難以點(diǎn)燃;氧化鐵粉末與鋁粉要干燥,鋁

粉要用未被氧化的,否則難以反應(yīng);內(nèi)層濾紙要用水潤(rùn)濕,以防紙漏斗燃燒;蒸發(fā)皿

中的細(xì)沙要適量,既要防止蒸發(fā)皿炸裂,又要防止熔融的液體濺出傷人;實(shí)驗(yàn)裝置

要與人有一定距離,防止人被燒傷。易錯(cuò)警示有關(guān)鋁熱反應(yīng)的兩個(gè)易錯(cuò)點(diǎn)(1)鋁熱反應(yīng)可以用于焊接鐵軌,但工業(yè)上不用該方法煉鐵,因?yàn)殇X比鐵的冶煉成

本更高。(2)由于鋁只能冶煉活潑性比其弱的金屬,所以并不是鋁與所有金屬氧化物的混

合物都叫鋁熱劑,如Al和MgO的混合物不能叫鋁熱劑。3.金屬活動(dòng)性順序與金屬冶煉方法的關(guān)系金屬活動(dòng)性順序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb、(H)、CuHg、AgPt、Au金屬原子失電子能力強(qiáng)→弱金屬離子得電子能力強(qiáng)→弱主要冶煉方法電解法熱還原法熱分解法物理方法

典例鋁熱反應(yīng)有廣泛的用途,實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示。下列說法不正確的是

(

)

圖1

圖2A.該鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Al+Fe2O3

Al2O3+2FeB.工業(yè)上可用鋁熱反應(yīng)的方法焊接鐵軌C.在該反應(yīng)過程中沒有涉及的化學(xué)反應(yīng)類型是化合反應(yīng)D.由圖2可推出鋁熱反應(yīng)是放熱反應(yīng)C思路點(diǎn)撥

解答本題需明確:鋁熱反應(yīng)是Al和金屬氧化物的置換反應(yīng),明確該實(shí)驗(yàn)的有關(guān)操作,結(jié)合圖2能判斷其熱效應(yīng)。解析

由圖1可知該鋁熱反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Al+Fe2O3

Al2O3+2Fe,A項(xiàng)正確;高溫下Al可將Fe2O3中的Fe置換出來,則工業(yè)上可利用鋁熱反應(yīng)焊接鐵軌,B項(xiàng)

正確;圖1中鎂條在空氣中燃燒生成MgO的反應(yīng)是化合反應(yīng),C項(xiàng)錯(cuò)誤;由圖2可知

反應(yīng)物總能量高于生成物總能量,則鋁熱反應(yīng)是放熱反應(yīng),D項(xiàng)正確。

1.海帶提碘(1)主要流程

(2)主要反應(yīng):2H++2I-+H2O2

I2+2H2O。2海水資源的綜合利用途徑2.海水提鎂(1)工藝流程

(2)主要過程及反應(yīng)①分解貝殼、制備Ca(OH)2:CaCO3

CaO+CO2↑、CaO+H2O

Ca(OH)2。②沉淀Mg2+:Ca(OH)2+MgCl2

Mg(OH)2+CaCl2。③制備MgCl2:Mg(OH)2+2HCl

MgCl2+2H2O。④制備Mg:MgCl2(熔融)

Mg+Cl2↑。3.海水資源的綜合利用

名稱來源成分用途

天然蘊(yùn)藏在地殼內(nèi)的

一種可燃性氣體由CH4、C2H6等小分子

組成的混合物作燃料、制炭黑等

水蒸氣通過熾熱的炭

層而生成的氣體:C+H2

O(g)

H2+COCO:4%,H2:50%,CO2、N2等共10%作燃