1、第四章 化學與自然資源的開發利用第一節 開發利用金屬礦物和海水資源課標三維目標課標解讀常見題型真題鏈接1以金屬礦物的開發和利用為例，認識化學方法在實現物質間轉化中的作用。2了解海水資源開發和利用的前景及化學在其中可以發揮的作用。綜合題型選擇題2012江蘇卷，T1，2分2012山東基本能力，T21，2分三層完全解讀1知識能力聚焦1.金屬礦物的開發利用1.1 自然資源與可持續發展 (1)自然資源：指在一定時間、地點的條件下能夠產生經濟價值的，以提高人類當前和將來福利的自然環境因素和條件的總稱。 (2)可持續發展 目標：滿足人類的需要；強調人類的行為受到自然界的制約；強調人類代際之間、人類與其他生物

2、種群之間、不同國家和不同地區之間的公平。 內容：經濟可持續發展；社會可持續發展；資源可持續發展；環境可持續發展；全球可持續發展。 1.2 金屬的存在 游離態：如金、鉑等不活潑金屬 化合態：絕大多數金屬如鈉、鉀、鈣、鎂等 【特別提醒】金屬存在的形式與其活潑性有直接的關系，少數很不活潑的金屬以游離態形式存在。 1.3 常見金屬的冶煉 (1)冶煉原理金屬冶煉的實質是根據氧化還原反應，使金屬礦物中的金屬陽離子得到電子生成金屬單質的過程。 Mn+ne-M(2)治煉方法熱分解法分解HgO：2HgO2Hg+O2 分解Ag2O：2Ag2O4Ag+O2電解法冶煉納：2NaCl(熔融)2Na+Cl2 冶煉鎂：Mg

3、Cl2(熔融)Mg+Cl2 冶煉鋁：2Al2O3(熔融)4Al+3O2 熱還原法高爐煉鐵：Fe2O3+3CO2Fe+3CO2 鋁熱反應煉鐵：Fe2O3+2Al2Fe+Al2O3其他方法濕法煉銅：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu火法煉銅：Cu2S+O22Cu+SO2 【特別提醒】 同一種金屬有時可以用不同的冶煉方法，如銅可用熱還原法冶煉，也可以用濕法冶煉。【歸納小結】金屬活潑性與冶煉方法的關系1.4 鋁熱反應實驗裝置鎂帶：為鋁熱反應的起始反應提供高溫條件，作引發劑氯酸鉀：為鎂帶繼續燃燒提供氧氣氧化鐵和鋁粉的混合物實驗現象鎂帶劇烈燃燒，放出一定的熱，并發出耀眼的白光，氧化鐵和鋁粉在較高溫度下發生

4、劇烈的反應；紙漏斗的下部被燒穿，有熔融物落人沙中實驗結論常溫下，鋁與氧化鐵發生反應，放出大量的熱，反應的化學方程式為2Al+Fe203 Al2O3+2Fe原理應用制取熔點較高的金屬，如鉻、錳、鎢等，3MnO2+4Al3Mn+2Al2O3；金屬焊接，如野外焊接鋼軌等 【特別提醒】鋁熱反應實質上是用較活潑的鋁，把活潑性相對弱的金屬從其氧化物中還原出來。 鋁熱法通常用來冶煉一些高熔點的金屬，如鐵、錳、釩、鎢等。1.5 金屬冶煉方法與金屬活動性的關系金屬的活動性順序K、Ca、Na、Mg、AlZn、Fe、Sn、Pb、(H)、CuHg、AgPt、Au金屬原子失電子能力強弱金屬離子得電子能力弱強主要冶煉方法

5、電解法熱還原法熱分解法富集法還原劑或特殊措施強大電流提供電子H2、CO、C、Al等加熱加熱物理方法或化學方法【特別提醒】用電解法冶煉活潑金屬時，電解的是熔融的金屬化合物，而不是金屬化合物的水溶液。因為在其水溶液中，陰極放電的是H+，而不是金屬陽離子，故得不到金屬單質。 【思考1】存在于海底的大量多金屬結核礦，將是人類重要的金屬資源，請你推測目前開發這些海底金屬資源可能會遇到哪些主要問題，并將你的看法同大家交流。 【答案】目前海底礦藏資源的勘探和開采技術還不夠成熟，要投入使用將面臨更多問題。除了成本比陸地高外，還存在破壞生態環境等問題。有資料表明，開采海底礦藏作為一種產業將在20102030年才

6、能形成。 【思考2】通過調查訪問和查閱資料，了解回收廢舊鋼鐵、鋁制品等在節約能源、保護環境、降低成本等方面的意義。 【答案】廢舊金屬資源的再生利用肩負著提供新資源、改善環境和保護人類生存條件等任務，是一項利在當代、功在千秋的社會性公益事業。我們應該形成節約資源、愛護環境、變廢為寶的意識。有資料表明，回收一個鋁合金飲料罐比制造一個新罐可便宜約20070，而且可節約約95%的能源；利用廢鋼煉1t鋼，可節約礦石約2t、焦炭約1t、石灰石約0.5 t。2.海水資源的開發和利用 2.1 海水資源 海水中的元素可分為以下幾種： 海水中的元素H、OH2O 常見元素：Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B

7、、Br、Sr微量元素 2.2 海水水資源的利用 海水水資源的利用主要包括海水的淡化和直接利用海水進行循環冷卻。 海水的淡化方法主要有：蒸餾法、電滲析法、離子交換法。 2.3 海水化學資源的開發利用 (1)以海水中NaCI為原料的相關化工產品相關化學反應： 2NaCl+2H2O2NaOH +Cl2+H2 2NaOH+Cl2=NaCl+NaClO+H2O 2Ca(OH)2 +2Cl2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O Cl2+H22HCl (2)海水提取溴：主要方法是空氣吹出法。主要流程：Cl2+2Br- =2Cl- + Br2 Br2+S02 +2H2O=2HBr + H2S04 2HBr

8、 +Cl2=2HCl+Br2 2方法技巧平臺3.常用于物質分離的幾種方法物質的分離是指通過適當的方法，把混合物中的幾種物質分開（要還原成原來的形式），分別得到幾種比較純凈的物質。 (1)蒸餾法：適用于分離互溶，但沸點不同的液態混合物。如酒精與水的分離、海水淡化等。 主要儀器：鐵架臺、酒精燈、石棉網、大燒杯、蒸餾燒瓶、冷凝器、錐形瓶、溫度計。裝置圖（如下圖）： 注意事項： a蒸餾燒瓶需墊石棉網加熱或水浴加熱。 b蒸餾燒瓶所盛液體不能超過燒瓶容量的1/2。 c需向蒸餾燒瓶中加幾粒沸石或幾片碎瓷片，以防液體暴沸。 d溫度計的量程應高于餾分的最高沸點，要使溫度計的水銀球在蒸餾燒瓶的支管口處。 e若對餾

9、分在冷凝器里用自來水冷卻，自來水要從冷凝器的水口的低口進、高口出。 (2)結晶法：適用于分離各組分均溶于水，但溶解度隨溫度變化差別較大的固體混合物。如NaCl與KN03的分離。 (3)過濾法：適用于分離一種可溶，另一種不溶的固態混合物。如NaCl與BaS04的分離。 (4)分液法：適用于分離兩種互不相溶的液態混合物。如苯和的分離。 (5)萃取法：適用于分離溶質在兩種互不相溶的溶劑中溶解度不同的混合物。如用CCl4萃取碘水中的碘。 (6)洗氣法：適用于分離各氣體與吸收劑作用不同的氣態混合物。如CO2與CO的分離。 (7)升華法：適用于分離其中一組分有升華特征的固體混合物。如碘與沙子的分離。3創新

10、思維拓展4.自然資源的開源和節流人類社會的發展對自然資源的依賴越來越大，緩解當前能源和資源緊張問題的途徑是開源和節流兩個方面。 (1)海洋資源的開發 海洋資源是指能在海水中生存的生物，溶解于海水中的化學元素和淡水，海水運動所產生的能量，海水中貯存的熱量，深層海底蘊藏的資源，特別是海底各種固態礦物，以及在深層海水中形成的壓力差，海水與淡水之間所具有的濃度差等。 按照資源的屬性，海洋資源又可分為“生物資源”、“礦產資源”、“化學資源”和“動力資源”四種。 (2)太陽能的開發太陽能是一個尚未完全開發的能源。太陽能的能量轉化途徑之一：太陽能葡萄糖纖維素或淀粉化石能源。這是太陽能的自然轉化過程，仿制和開

11、發一個與植物光合作用相近的化學反應系統，是解決能源問題的研究方向之一。 (3)太空能源的開發太空其他星球上也可能存在極為豐富的可供人類生存所需的能源，我們的探月工程目標之一就是探測3He在月球上的儲量。第二節 資源綜合利用 環境保護課標三維目標課標解讀常見題型真題鏈接1認識化石燃料綜合利用的意義。2以酸雨的防治和無磷洗滌劑的使用為例，認識化學對環境保護的意義。3認識合成物對人類生活的影響，認識化工生產中遵循“綠色化學”思想的重要性。選擇題選擇題選擇題2011江蘇高考，T1,2分2012上海高考，T2：2分2012海南高考，T1，6分2011福建高考，T6，6分21013山東高考，T7，6分20

12、12四川高考，T29，16分三層完全解讀1知識能力聚焦1.煤、石油和天然氣的綜合利用1.1 煤的綜合利用(1)煤的組成【特別提醒】煤是多成分組成的混合物。煤是不可再生的化石燃料。(2)煤的綜合利用 【特別提醒】干餾和蒸餾是兩個不同的概念，前者是化學變化，后者是物理變化。 煤的氣化和液化都是化學變化，其目的都是把煤轉化成清潔能源，提高利用率。1.2 天然氣的綜合利用 【拓展】甲烷水合物是一種固態化合物，可表示為CH4nH2O，甲烷分子處于由多個水分子形成的籠中。有可燃性，故又稱為“可燃冰”，是新型潔凈能源。 1.3 石油的綜合利用 (1)石油的組成 石油主要是由多種碳氫化合物組成的混合物。石油的

13、組成成分中，在常溫常壓下有的呈氣態有的呈液態，還有的呈固態，即石油各組分之間沸點差距大。(2)石油的綜合利用 【特別提醒】石油的分餾是物理變化，由于石油中有些成分的沸點接近，因此餾分一般還是混合物。 裂化和裂解都是化學變化，但兩個概念不同，反應條件和反應產物均不同。裂解是更深度的裂化。 1.4 以煤、石油和天然氣為原料生產合成燃料 (1)三大合成材料：塑料、合成橡膠、合成纖維。它們都是以石油、煤和天然氣為原料生產的。 (2)合成高分子材料的重要反應加聚反應：縮聚反應： 【特別提醒】a加聚反應和縮聚反應都是形成、合成高分子材料的重要反應。 b加聚反應實質上是加成反應，只聚合成高分子化合物；縮聚反

14、應實質上是取代反應，除生成高分子化合物外還會有小分子生成。 (3)高分子化合物中幾個概念 單體：聚合成高分子化合物的小分子化合物，如CH2=CH2是聚乙烯的單體。 鏈節：高分子化合物中的最小重復結構單元，如聚乙烯的鏈節為CH2CH2一。2.環境保護與綠色化學 2.1 環境保護 (1)環境問題的含義 通常所說的環境問題，主要是指由于人類不合理地開發和利用自然資源而造成的生態環境破壞，以及工農業生產和人類生活所造成的環境污染。 (2)環境污染 大氣污染：大氣污染物主要來自化石燃料燃燒和工業生產過程中產生的廢氣及其攜帶的顆粒物。 水源污染：工業生產中的廢水（廢液）及生活排污。 廢渣等固體廢棄物的污染

15、。 “三廢”對環境的污染必須治理。 【思考1】硫氧化物（SOx）和氮氧化物(NOx)是形成酸雨的主要物質。工業上常利用它們與一些廉價易得的化學物質發生反應加以控制、消除或回收利用。請舉例說明這些方法的化學反應原理和類型。 【答案】酸雨是指pH5.6的酸性降水，其主要成分是硫酸和硝酸，屬于嚴重的大氣污染現象，因區域性或隨風漂移會形成對土壤肥力、森林、水生動植物和建筑物等的大范圍危害。酸雨主要是由化石燃料的燃燒、金屬礦物的冶煉、生產和使用硫酸、硝酸的工廠等排放的硫氧化物和氮氧化物所造成的。利用化學方法可以控制硫氧化物和氮氧化物的排放，進而控制酸雨的危害。例如，針對我國以煤炭為主、酸雨類型屬于硫酸型

16、的特點，主要采取燃料預脫硫、爐內脫硫和煙囪排氣除硫等措施，用CaCO3、CaO、Ca(OH)2、氨水等吸收硫氧化物。CaO(s)+SO2(g)CaSO3(s) 2CaSO3(s)+O2(g) 2CaSO4(s) SO2+2NH3+H2O= (NH4)2S03 再如，機動車輛的尾氣排放也同樣需要控制，其中的氮氧化物還是光化學污染的主要成因，它比硫氧化物的消除難度大，一般采用CH4、H2、NH3等在Pt、Pd等催化作用下使氮氧化物還原，轉化為N2、CO2、H2O等無害氣體。CH4+4NO24NO+CO2+2H2O CH4+4NO4N2+CO2+2H2O 【思考2】含氮、磷的大量污水任意排向湖泊、水

17、庫和近海海域，會出現水華、赤潮等水體污染問題。請查閱資料了解有關的污染及造成污染的原因。 【答案】工業生產中廢水和污水的不適當排放、化肥的不合理使用以及生活污水任意排放都會造成嚴重的水體和水源污染。例如，含有大量氮、磷的污水排向湖泊、水庫和近海海域，造成了水體的富營養化，出現藻類大量繁殖形成赤潮、水華等嚴重污染問題。我們日常使用的合成洗滌劑常用多聚磷酸鹽作為助洗劑，在水體中經微生物催化后，容易水解為磷酸鹽，成為引起水體富營養化的污染物。 2.2 綠色化學 (1)綠色化學的含義：綠色化學的理想在于不再使用有毒、有害的物質，不再產生廢物。從科學觀點看，綠色化學是化學科學基礎內容的更新；從環境觀點看

18、，它強調從源頭上消除污染；從經濟觀點看，它提倡合理利用資源和能源，降低生產成本。綠色化學示意圖： 【特別提醒】按照綠色化學的原則，最理想的“原子經濟”就是反應物的原子全部轉化為期望的最終產物，這時原子利用率為100%。 無機反應中的化合反應和有機反應中的加成反應、加聚反應的原子利用率均為100%。 (2)綠色化學的基本原則： 防止污染的產生優于治理產生的污染； 原子經濟性（設計的合成方法應將反應過程中所用的材料，盡可能全部轉化到最終產品中）； 只要可行，應盡量采用對人類和環境低毒或無毒的合成路線； 設計的化學產品應保留其功效，降低其毒性； 應盡可能避免使用輔助物質（如溶劑、分離試劑等），如果使

19、用也應是無毒的； 應考慮到能源消耗對環境和經濟的影響，并應盡量少使用能源（在常溫、常壓下進行）； 只要技術和經濟上可行，原料應是可再生的，而不是即將耗竭的； 盡量避免不必要的衍生步驟； 催化劑盡可能選擇優于化學計量的試劑； 化工產品在完成其使命后，應能降解為無害的物質，而不應殘留在環境中； eq oac(,11)應進一步發展分析方法，使有害物質在生成前能夠進行即時跟蹤和控制； eq oac(,12)在化學轉換過程中，所選用的物質和物質的形態應盡可能地降低發生化學事故的可能性（包括泄漏、爆炸、火災等）。 【思考3】以乙烯為原料生產環氧乙烷，經典的方法是氯代乙醇法，包括以下兩步反應：總的反應可表示

20、為：現代石油化工采用銀作催化劑，可以實現一步完成： 試計算兩種生產工藝的原子利用率分別是多少？你還能舉出其他原子利用率為100%的化學反應類型和實際例子嗎？原子利用率與產率相同嗎？【答案】以乙烯為原料通過氯代乙醇法生產環氧乙烷，其原子利用率為：M(環氧乙烷)M環氧乙烷+MCaCl2+M(H2O)=25.4%, 采用銀催化一步合成環氧乙烷的原子利用率為100%。 以具有高反應活性的GaP納米晶為催化劑直接以苯為原料，一步合成二聯苯。產率（生成物而言）=（實際產量/理論產量）100%，原子利用率=（預期產物的相對分子質量/全部生成物的相對分子質量總和）100%。2方法技巧平臺3.蒸餾、分餾、干餾的

21、比較名稱蒸餾分餾干餾原理把液體加熱到沸騰變為蒸氣，再使蒸氣冷卻凝結成液體的操作對多組分混合物在控溫下先后、連續進行的兩次或多次蒸餾把固態混合物（如煤、木材）隔絕空氣加強熱使之分解的過程適用范圍被蒸餾混合物中至少含有一種組分為液體；各組分沸點差別較大多組分沸點不同的混合物煤、木材等固態混合物變化類型物理變化物理變化主要是化學變化常用裝置實驗舉例從自來水中提取蒸餾水，除去碘的CCl4溶液中的CCl4將石油分離為石油氣、汽油、煤油等干餾煤、干餾木材【特別提醒】蒸餾實驗的注意事項： (1)燒瓶中液體體積不能超過燒瓶容積的23； (2)溫度計的水銀球應與蒸餾燒瓶的支管口平齊； (3)為了防止暴沸，應在燒

22、瓶中加入少量碎瓷片（或沸石）； (4)冷凝管中冷卻水應從下口進、上口出（逆流原理），先通冷卻水，然后再加熱，停止加熱后，應繼續通冷卻水，以便將冷凝管中的蒸氣充分冷凝。3創新思維拓展4.酸雨成因及其危害 (1)酸雨的形成 酸雨中的酸度主要是由硫酸和硝酸造成的。它們占總酸度的90%以上。 我國的酸雨以硫酸型酸雨為主，主要是燃燒含硫物向大氣中排放SO2等酸性氣體導致，SO2H2OH2SO3O2H2SO4。 煤和石油中含有硫，在燃燒時，絕大部分硫轉變成SO2隨煙氣排人大氣中。 【特別提醒】a-般把pH小于5.6的雨水稱為酸雨，它包括雨、雪、霧、雹等降水過程。 b天然降水pH在6左右，這是由于大氣中溶有

23、CO2的緣故。正常雨水的微弱酸性可以促進土壤里養分的溶解，便于植物吸收，因此是有益的。 (2)我國酸雨的特點 酸雨分布面廣，根據23個省、市、自治區調查情況表明，有20個地區出現酸雨。 酸雨分布存在著明顯的區域性，主要集中在西南、中南和華東地區，并且有從北到南逐漸加重的趨勢。 不少地區的酸雨已相當嚴重，而且逐年加重。 酸雨的發展速度很快。 酸雨主要是由硫酸及硫酸鹽引起的。 (3)酸雨的危害 對人體健康的直接危害，硫酸霧和硫酸鹽霧的毒性比二氧化硫大得多，可以侵入肺的深部組織，引起肺水腫等疾病而使人死亡。 引起河流、湖泊的水體酸化，嚴重影響水生動植物的生長。 破壞土壤、植被、森林。 腐蝕金屬、油漆

24、、皮革、紡織品及建筑材料等。 滲入地下，可能引起地下水酸化，酸化的水中鋁、銅、鋅、鎘的含量比中性地下水中的高很多倍。 (4)酸雨的防治要防治酸雨的污染，最根本的途徑是減少人為的污染物排放。人為排放的二氧化硫主要是由于燃燒高硫煤(煤中一般含硫的質量分數為0.3%0.5%)造成的。因此，研究煤炭中硫資源的綜合開發與利用，是防治酸雨的有效途徑。具體做法是：大力進行煤炭加工，綜合開發煤、硫資源；對于高硫煤和低硫煤實行分產分運，合理使用；在煤炭燃燒過程中，采取排煙脫硫技術，回收二氧化硫，生產硫酸；發展脫硫煤、成型煤供居民使用；有計劃地進行城市煤氣化等。5.典型的環境污染(1)溫室效應 工農業生產及生活燃燒含碳化合物導致二氧化碳含量升高，造成全球氣溫上升，水位上升，陸地面積減少。 (2)赤潮 工農業生產（如石油化工、煉金、化肥等）的廢水中所含的氮、磷元素導致水體富營養化，從而使藻類大量繁殖，消耗水中大量的溶解氧，水質腐敗變質、變臭，水生生物因缺氧死亡或被污染。淡水中叫水華，海水中叫赤潮。(3)酸雨 煤炭燃燒排放的二氧化硫和機動車排放的氮氧化物是形成酸雨的主要因素。降水的pH5.6時，將會對森林、農作物、材料和建筑物產生明顯損害。(4)臭氧層空洞 氟氯代烴等物質的排放，使臭氧層被破壞。臭氧層被大量破壞后