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2019-2020年高三化學(xué)一輪復(fù)習(xí) 第10章 化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用教案 復(fù)習(xí)目標(biāo)： 1、了解金屬冶煉的基本方法，能夠選擇合理的方法冶煉金屬。 2、掌握海水資源的綜合開發(fā)與利用。能夠從海水中得到Mg、I2、Br2等物質(zhì)。了解氯堿工業(yè)。 基礎(chǔ)知識： 一、金屬的冶煉 1．金屬在自然界中存在的形態(tài) 除了Au、Pt等極少數(shù)金屬外，絕大多數(shù)金屬以化合態(tài)的形式存在于自然界中。在這些金屬化合物中，金屬元素都顯正化合價。 2．金屬冶煉的實質(zhì) 使金屬化合物中的金屬離子得電子被還原為金屬單質(zhì)的過程：Mn＋＋ne－=M。 3．金屬冶煉的一般步驟 4．金屬冶煉方法 金屬活動性順序與金屬冶煉方法的關(guān)系 金屬的活動性順序 K、Ca、Na、Mg、Al Zn、Fe、Sn、Pb(H)、Cu Hg、Ag Pt、Au 金屬原子失電子能力 強―→弱 金屬離子得電子能力 弱―→強 主要冶煉方法 電解法 熱還原法 熱分解法 物理方法 (1)熱分解法 例如：2HgO2Hg＋O2↑，2Ag2O4Ag＋O2↑。 用熱分解冶煉法冶煉金屬的特點是：金屬元素的金屬性弱，金屬元素的原子難失去電子，其金屬離子容易得到電子，該金屬元素所形成的化合物穩(wěn)定性較差。 (2)熱還原法冶煉金屬 ①焦炭還原法。例如：C還原ZnO、CuO，。 ②一氧化碳還原法。例如：CO還原Fe2O3、CuO。 (3)電解法冶煉金屬 例如：Al2O3、MgCl2、NaCl的電解反應(yīng)。 【鋁熱反應(yīng)】 (1)本質(zhì) 利用鋁的還原性，將難熔金屬從其氧化物中置換出來： 2mAl＋3MnOm mAl2O3＋3nM (2)實驗(以Al和Fe2O3的反應(yīng)為例) ①實驗過程 a．把兩張圓形濾紙分別折疊成漏斗狀，套在一起使四周都有四層。把內(nèi)層濾紙取出，在其底部剪一個孔，用水潤濕，再套回架在鐵圈上的玻璃漏斗上(如圖所示)，下面放置一盛沙子的蒸發(fā)皿。 b．把5 g干燥的氧化鐵粉末和2 g鋁粉混合均勻，放在紙漏斗上，上面加少量氯酸鉀固體并在混合物中間插一根鎂條。 c．用燃著的小木條點燃鎂條，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。 ②實驗現(xiàn)象：當(dāng)外露部分鎂條剛剛?cè)籍厱r，紙漏斗內(nèi)的混合物立即劇烈反應(yīng)，發(fā)出耀眼的光芒，產(chǎn)生大量的煙。紙漏斗被燒破，有紅熱狀態(tài)的液珠落入蒸發(fā)皿內(nèi)的細沙上，液珠冷卻后變?yōu)楹谏腆w。 ③實驗結(jié)論：在高溫下，鋁與氧化鐵反應(yīng)，放出大量的熱，化學(xué)方程式：Fe2O3＋2Al2Fe＋Al2O3。 (3)反應(yīng)特點 在高溫下進行，反應(yīng)迅速，放出大量的熱。新生成的金屬單質(zhì)呈液態(tài)且易與Al2O3分離。 (4)應(yīng)用 ①在生產(chǎn)上，可用于焊接鋼軌等。 ②在冶金工業(yè)上用于冶煉難熔金屬。 (5)鋁熱劑 ①在鋁熱反應(yīng)中，反應(yīng)混合物(鋁、金屬氧化物)稱為鋁熱劑。 ②能與Al組成鋁熱劑的金屬氧化物常見的有Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、MnO2、V2O5等。 二、海洋資源的開發(fā)利用 1．海水淡化 (1)海水淡化途徑：通過從海水中提取淡水或從海水中把鹽分離出去。 (2)海水淡化的方法及其特點 海水淡化的方法主要有蒸餾法(如圖所示)、電滲析法、離子交換法等。其中蒸餾法的歷史最久，技術(shù)和工藝也比較完善，但成本較高。 2．海水中鎂的提取 (1)流程 (2)有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式 MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2 Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O MgCl26H2OMgCl2＋6H2O↑ MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 3．海水提溴 (1)工藝流程：海水 Br2(l) (2)原理 ①用蒸餾法將海水濃縮，用硫酸將濃縮的海水酸化。 ②向酸化的海水中通入適量的氯氣，使溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)：2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－。 ③向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸氣，將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)以達到富集的目的：Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。 ④向吸收塔內(nèi)溶液中通入適量的氯氣：2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2。 ⑤用四氯化碳(或苯)萃取吸收塔內(nèi)溶液中的溴單質(zhì)。 ⑥若要得到純凈的液溴，采用的分離方法是蒸餾。 4．海帶中碘的提取 (1)流程 (2)主要化學(xué)原理：Cl2＋2KI=2KCl＋I2。 5．氯堿工業(yè) 以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)及產(chǎn)品的主要用途見下圖。 （1）食鹽水精制 由于粗鹽水中含有泥沙、Cu2+、Mg2+、Fe3+、SO雜質(zhì)，不符合電解要求，因此必須經(jīng)過精制。 　　精制食鹽水時經(jīng)常加入Na2CO3、NaOH、BaCl2等，使雜質(zhì)成為沉淀過濾除去，然后加入鹽酸調(diào)節(jié)鹽水的pH。例如： 　　加入Na2CO3溶液以除去Ca2+： Ca2++CO=CaCO3↓ 　　加入NaOH溶液以除去Mg2+、Fe3+等：Mg2+＋2OH-＝Mg(OH)2↓；Fe3+＋3OH-＝Fe(OH)3↓ 為了除去SO，可以先加入BaCl2溶液，然后再加入Na2CO3溶液以除去過量的Ba2+： Ba2++ SO=BaSO4↓ Ba2++CO=BaCO3↓ 　　這樣處理后的鹽水仍含有一些Ca2+、Mg2+等金屬離子，由于這些陽離子在堿性環(huán)境中會生成沉淀，損壞離子交換膜，因此該鹽水還需送入陽離子交換塔，進一步通過陽離子交換樹脂除去Ca2+、Mg2+等。這時的精制鹽水就可以送往電解槽中進行電解了。 （2）離子交換膜法電解 陽離子交換膜有一種特殊的性質(zhì)，即它只允許陽離子通過，而阻止陰離子和氣體通過，也就是說只允許Na+通過，而Cl-、OH-和氣體則不能通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。 　　精制的飽和食鹽水進入陽極室；純水（加入一定量的NaOH溶液）加入陰極室。通電時，H2O在陰極表面放電生成H2，Na+穿過離子膜由陽極室進入陰極室，導(dǎo)出的陰極液中含有NaOH；Cl-則在陽極表面放電生成Cl2。電解后的淡鹽水從陽極導(dǎo)出，可重新用于配制食鹽水。 　　離子交換膜法電解制堿的主要生產(chǎn)流程可以簡單表示如下圖所示： （3）基本原理 電解飽和食鹽水的總反應(yīng)可以表示為： 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2↑+Cl2↑ 陽極反應(yīng)：2Cl-－2e-=Cl2↑（氧化反應(yīng)） 陰極反應(yīng)：2H+＋2e-＝H2↑（還原反應(yīng)） 例題精講： 【例1】（xx天津）（18分）海水是巨大的資源寶庫，在海水淡化及綜合利用方面，天津市位居全國前列。從海水中提取食鹽和溴的過程如下： （1）請列舉海水淡化的兩種方法： 、 。 （2）將NaCl溶液進行電解，在電解槽中可直接得到的產(chǎn)品有H2、 、 、或H2、 。 （3）步驟Ⅰ中已獲得Br2，步驟Ⅱ中又將Br2還原為Br，其目的為 。 （4）步驟Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可達95％，有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為 ，由此反應(yīng)可知，除環(huán)境保護外，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)解決的主要問題是 。 （5）某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組為了解從工業(yè)溴中提純溴的方法，查閱了有關(guān)資料，Br2的沸點為59℃。微溶于水，有毒性和強腐蝕性。他們參觀生產(chǎn)過程后，了如下裝置簡圖： 請你參與分析討論： ①圖中儀器B的名稱： 。 ②整套實驗裝置中儀器連接均不能用橡膠塞和橡膠管，其原因是 。 ③實驗裝置氣密性良好，要達到提純溴的目的，操作中如何控制關(guān)鍵條件： 。 ④C中液體產(chǎn)生顏色為 。為除去該產(chǎn)物中仍殘留的少量Cl2，可向其中加入NaBr溶液，充分反應(yīng)后，再進行的分離操作是 。 〖答案〗（1）蒸餾法、電滲析法、離子交換法及其其他合理答案中的任意兩種 （2）Cl2 NaOH NaClO （3）富集溴元素 （4）Br2＋SO2＋2H2O=4H＋＋SO42－＋2Br－ 強酸對設(shè)備的嚴重腐蝕 （5）①冷凝管 ②Br2腐蝕橡膠③控制溫度計b的溫度，并收集59℃的餾分④深紅棕色 分液（或蒸餾） 【例2】（xx江蘇）16.（10分）鋇鹽行業(yè)生產(chǎn)中排出大量的鋇泥[主要含有BaCO3、BaSiO3、BaSO3、Ba(FeO2)2等。某主要生產(chǎn)BaCl2、BaCO3、BaSO4的化工廠利用鋇泥制取Ba(NO3)2，其部分工藝流程如下： （1）酸溶后溶液中pH=1，Ba(FeO2)2與HNO3的應(yīng)化學(xué)方程式為 。 （2）酸溶時通?？刂品磻?yīng)溫度不超過70℃，且不使用濃硝酸，原因是 、 。 （3）該廠結(jié)合本廠實際，選用的X為 （填化學(xué)式）；中和Ⅰ使溶液中 （填離子符號）的濃度減少（中和Ⅰ引起的溶液體積變化可忽略）。 （4）上述流程中洗滌的目的是 。 〖答案〗（1）Ba(FeO2)2+HNO3=Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O （2）防止反應(yīng)速率過快 濃HNO3易揮發(fā)、分解 （3）BaCO3；Fe3+、H+ （4）減少廢渣中可溶性鋇鹽對環(huán)境的污染 第十章 化學(xué)與自然資源的開發(fā)利用 第一課時 資源綜合利用　環(huán)境保護 復(fù)習(xí)目標(biāo)： 1、了解煤、石油的綜合開發(fā)與利用。 2、了解環(huán)境保護相關(guān)的常識，能運用化學(xué)知識對環(huán)境保護做出貢獻。 基礎(chǔ)知識： 一、煤、石油、天然氣的綜合利用 1．煤的綜合利用 煤是由有機物和少量無機物組成的復(fù)雜混合物，主要含有C元素，還含有少量氫、氧、氮、硫等元素。 （1）煤的干餾 ①原理：把煤隔絕空氣加強熱使其分解的過程。煤的干餾是一個復(fù)雜的物理、化學(xué)變化過程。 ②煤的干餾產(chǎn)物 a．焦?fàn)t氣，b．煤焦油，c．焦炭，d．粗氨水。 （2）煤的氣化 將煤中的有機物轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的過程，目前主要方法是碳和水蒸氣反應(yīng)制水煤氣?；瘜W(xué)方程式為C＋H2O(g)CO＋H2。 （3）煤的液化 ①直接液化 煤＋氫氣液體燃料 ②間接液化 煤＋水水煤氣甲醇等 2．天然氣的綜合利用 （1）天然氣的主要成分是甲烷，它是一種清潔的化石燃料，更是一種重要的化工原料。 （2）天然氣與水蒸氣反應(yīng)制取H2 原理：CH4＋H2OCO＋3H2。 3．石油的綜合利用 （1）石油的成分 石油主要是由多種碳氫化合物組成的混合物。所含元素以C、H為主，還有少量N、S、P、O等。 （2）石油的分餾 利用原油中各組分沸點不同，將復(fù)雜的混合物分離成較簡單和更有用的混合物的過程叫做分餾。分餾是物理變化過程。其主要目的是得到汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油。 （3）石油的裂化 ①條件：催化劑催化、高溫。 ②過程：含碳原子數(shù)較多、沸點較高的烴斷裂為含碳原子數(shù)少，沸點低的烴，裂化是化學(xué)變化過程。 ③主要目的：將重油轉(zhuǎn)化為輕油。 （4）石油的裂解 ①定義 石油在更高的溫度下發(fā)生深度裂化，石油中的長鏈烴分子斷裂成以乙烯、丙烯為主的短鏈烴。 ②生產(chǎn)目的：生產(chǎn)乙烯、丙烯、甲烷等重要化工基本原料。 【比較】 石油的分餾、裂化、裂解的比較 石油煉制的方法 分餾 催化裂化 石油的裂解 常壓 減壓 原理 用蒸發(fā)冷凝的方法把石油分成不同沸點范圍的蒸餾產(chǎn)物 在催化劑存在的條件下，把相對分子質(zhì)量大、沸點高的烴斷裂為相對分子質(zhì)量小、沸點低的烴 在高溫下，把石油產(chǎn)品中具有長鏈分子的烴斷裂為各種短鏈的氣態(tài)烴或液態(tài)烴 主要 原料 原油 重油 重油 含直鏈烷烴的石油分餾產(chǎn)品（含石油氣） 主要產(chǎn)品 溶劑油、汽油、煤油、柴油、重油 潤滑油、凡士林、石蠟、瀝青、煤焦油 抗震性能好的汽油和甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯等 乙烯、丙烯、1,3丁二烯等 直餾汽油和裂化汽油的區(qū)別 獲得方法 主要化學(xué)成分 鑒別方法 直餾汽油 原油直接分餾，物理變化 一般是C5～C11的烷烴及少量的芳香烴等，性質(zhì)穩(wěn)定 能使溴的四氯化碳溶液褪色的是裂化汽油 裂化汽油 重油裂化，化學(xué)變化 含有C5～C11的烷烴和烯烴，性質(zhì)活潑 各種工業(yè)廠氣的主要成分 名稱 來源 主要成分 用途 高爐煤氣 煉鐵高爐 CO2、CO等 燃料 水煤氣 水煤氣爐 CO、H2等 燃料、化工原料 煉廠氣 石油煉制廠 低級烴 燃料、化工原料 裂解氣 裂解爐 “三烯二烷” 石油化工原料 焦?fàn)t氣 煉焦?fàn)t CO、H2、CH4、C2H4等 燃料、化工原料 天然氣 天然氣田、油田 甲烷 燃料、化工原料 二、環(huán)境保護與綠色化學(xué) 1．環(huán)境問題 環(huán)境問題主要是指由于人類不合理地開發(fā)和利用自然資源而造成的生態(tài)環(huán)境破壞，以及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活所造成的環(huán)境污染。 “三廢”的污染主要指： （1）大氣污染 大氣污染物主要來自化石燃料燃燒和工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢氣及其攜帶的顆粒物。 （2）水污染 工業(yè)廢水，生活污水，農(nóng)田過度施肥，噴灑農(nóng)藥都會對水源造成污染。 （3）固體廢棄物污染，如白色污染。 當(dāng)今環(huán)境污染存在以下幾方面問題： ①酸雨——形成原因主要是SO2和氮氧化合物。 ②光化學(xué)煙霧——主要是氮氧化合物、碳氫化合物造成的。 ③臭氧空洞——主要是氮氧化合物、氟氯烴等的排放引起的。 ④溫室效應(yīng)——主要是由于大氣中CO2含量的不斷增加造成的。 ⑤白色污染——聚乙烯塑料的大量使用。 ⑥赤潮——含磷洗衣粉的大量使用及其廢水的任意排放。 2．環(huán)境保護的措施 （1）工業(yè)廢氣攜帶顆粒物的回收利用。 （2）工業(yè)、生活污水經(jīng)處理達標(biāo)后排放，限制使用含磷洗滌劑。 （3）回收、限制廢棄塑料，研制可降解塑料。 3．綠色化學(xué) （1）原子經(jīng)濟 原子經(jīng)濟要求反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)為期望的最終產(chǎn)物，原子的利用率達到100%，也就是說在化學(xué)反應(yīng)中不產(chǎn)生任何廢物。 原子的利用率＝100% （2）綠色化學(xué) 綠色化學(xué)的核心就是利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染。 綠色化學(xué)又稱環(huán)境無害化學(xué)，與其相對應(yīng)的技術(shù)稱為綠色技術(shù)、環(huán)境友好技術(shù)。理想的綠色技術(shù)應(yīng)采用具有一定轉(zhuǎn)化率的高選擇性化學(xué)反應(yīng)來生產(chǎn)目的產(chǎn)品，不生成或很少生成副產(chǎn)品或廢物，實現(xiàn)或接近廢物的“零排放”過程?；瘜W(xué)工藝過程中使用無毒無害原料、溶劑和催化劑。 關(guān)于“綠色化學(xué)”的具體要求見下圖： 4．可持續(xù)發(fā)展 可持續(xù)發(fā)展是指既滿足現(xiàn)代人的需求又不損害后代人滿足其需求的能力的發(fā)展，需要經(jīng)濟、社會、資源和環(huán)境保護協(xié)調(diào)發(fā)展?？沙掷m(xù)發(fā)展的要點是發(fā)展援助、環(huán)境保護、清潔水源、能源開發(fā)、綠色貿(mào)易。 可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護與綠色化學(xué)三者的關(guān)系： 環(huán)境保護是可持續(xù)發(fā)展的一個重要方面，綠色化學(xué)能從根本上為環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展提供一步到位、一勞永逸的技術(shù)支持。 例題精講： 【例1】如何從石油中獲得更多的輕質(zhì)燃油一直是化學(xué)家探索的課題，將石油分餾得到的重油進行裂化可以獲得更多的輕質(zhì)燃油。 資料一：石蠟是含有20～30個碳原子的烷烴的混合物，常溫下呈固態(tài)。 資料二：石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化劑。 某研究性學(xué)習(xí)小組在實驗室中模擬石油的催化裂化，裝置如圖：實驗過程中可觀察到燒瓶Ⅰ中固體石蠟先熔化，試管Ⅱ中有少量液體凝結(jié)，試管Ⅲ中酸性高錳酸鉀溶液褪色，實驗后聞試管Ⅱ中液體氣味，具有汽油的氣味。 (1)該裝置儀器連接的順序應(yīng)遵循的原則為__________________________________，為保證實驗成功，實驗前必須進行的操作是__________________________________，裝置中較長導(dǎo)管的作用是______________； (2)試管Ⅱ中有少量液體凝結(jié)說明了_____________； (3)試管Ⅲ中溶液褪色說明了___________________； (4)能否用試管Ⅱ中的液體萃取溴水中的溴，理由是_________________________________________。 (5)寫出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化學(xué)方程式___________________________。 (6)石油裂化的重要意義是__________________。 〖答案〗　(1)從下往上，從左往右　檢驗裝置的氣密性　導(dǎo)氣、冷凝氣體 (2)裂化生成了含有5個碳原子以上的烴 (3)裂化生成了碳原子數(shù)小于5的烯烴 (4)不能，因為裂化產(chǎn)物中有烯烴，易與溴發(fā)生加成反應(yīng) (5)C20H42C10H22＋C10H20 (6)可提高石油產(chǎn)品中輕質(zhì)燃油特別是汽油的產(chǎn)量和質(zhì)量