第八章 化学与可持续发展第一节 自然资源的利用与开发【学习目标】 1.理解金属冶炼的一般原理，掌握活泼性不同的金属冶炼的一般方法，形成金属冶炼方法知识模型，培养“证据推理与模型认知”能力。2.了解海水的主要组成元素，了解海水资源及开发利用的主要方式，掌握从海水中提取溴的化学反应原理及实验方法，培养“宏观辨识与变化观念”。3.通过对金属冶炼原理及海水资源综合利用的认识，培养“科学探究”精神，。4.了解煤、石油、天然气的组成及综合利用的意义，提高“宏观辨识与微观探析”的能力。5.了解煤、石油、天然气为原料综合利用的内容，培养“变化观念”的学科素养。6.了解节约能源及防止污染的重要性，培养关注社会可持续发展的“科学态度与社会责任”。【基础知识】一、金属矿物的开发利用1、金属元素在自然界中存在的形态（1）极少数的不活泼金属(金、铂等)以 游离 态的形式存在。（2）绝大多数金属元素以 化合物 的形式存在于自然界。（3）在地壳中，含量最高的金属元素是 铝 ，其次是 铁 。2、金属冶炼原理与实质（1）原理：金属从化合物中 还原 出来。（2）实质：化合物中金属 得到 电子被 还原 生成金属单质。3、金属冶炼方法（1）加热分解法：①制 Hg：2HgO===== 2Hg ＋ O 2↑ 。 ②制 Ag：2Ag2O===== 4Ag ＋ O 2↑ 。（2）电解法：①制 Mg：MgCl2(熔融)===== Mg ＋ Cl 2↑ 。 ②制 Al：2Al2O3(熔融)===== 4Al ＋ 3O 2↑ 。③制 Na：2NaCl(熔融)===== 2Na ＋ Cl 2↑ 。（3）热还原法：①常用还原剂有 焦炭、一氧化碳、氢气、铝等。②高炉炼铁：CO 还原 Fe2O3的化学方程式为 3CO＋Fe2O3===== 2Fe ＋ 3CO 2 。③铝热反应：Al 还原 Fe2O3的化学方程式为 2Al＋Fe2O3===== 2Fe ＋ Al 2O3 。4、合理开发和利用金属资源的主要途径（1）提高金属矿物的 利用率 ；（2）开发 环保 高效的金属冶炼方法； （3）防止金属的 腐蚀 ；(4)加强废旧金属的 回收 和再利用； (5)使用其他材料 代替 金属材料。二、海水资源的开发利用1、海水水资源的利用（1）海水水资源利用，主要包括 海水淡化 和直接利用海水进行循环冷却等。（2）海水淡化：通过从海水中提取淡水或从海水中把 盐 分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有 蒸馏法 、 电渗析法 、 离子交换法 等。其中 蒸馏法 的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高。2、海水的化学资源利用（1）海水中的化学元素：海水中含量最多的为 O 、 H 两种元素，还有Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F 等 11 种元素。（2）海水中化学资源的利用 （3）从海水中获取能源①从海水中提取 铀 和重水，用于 核能 开发。②开发 潮汐能 、 波浪能 等新型能源。3、海水提溴(1)主要流程(2)主要反应Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－(氧化)Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4(富集)Cl2＋2Br－=== Br2＋ 2Cl － (提取)三、煤、石油、天然气的综合利用（一）煤1、煤的组成2、煤的综合利用（二）天然气（三）石油的组成和综合利用1、组成：石油是由多种 碳氢化 合物组成的混合物。2、综合利用（1）分馏：利用石油中各组分 沸点 的不同进行分离的过程叫做石油的分馏。石油经分馏后可以获得汽油 、 煤油 、 柴油 等含碳原子少的轻质油。（2）催化裂化①目的：将重油裂化为 汽油 等物质。②例如：C16H34―――――→ C8H18＋ C 8H16 （3）裂解①目的：得到乙烯、丙烯、甲烷等重要的基本化工原料。②例如：C8H18―――――→ C4H10＋ C 4H8 ；C4H10―――――→ CH4＋ C 3H6 ；C4H10―――――→ C2H6＋ C 2H4 。（4）催化重整：石油在加热和催化剂的作用下，可以通过结构调整，使 链状烃 转化为 环状烃 。微点拨：石油的分馏为物理变化，石油的裂化、裂解、催化重整均为化学变化。 3、以煤、石油、天然气为原料生产合成材料（1）三大合成材料： 塑料 、 合成橡胶 、 合成纤维 ，这三大合成材料，是以煤、石油和天然气为原料生产的。（2）随着合成材料的大量生产和使用，急剧增加的 废弃物 对人类社会造成巨大的 环境 压力。【考点剖析】考点一　金属冶炼的原理与方法1．有关金属的冶炼原理，下列说法正确的是(　　)A．肯定发生的是置换反应B．肯定发生的是分解反应C．肯定发生的是还原反应D．只能用金属作还原剂冶炼金属答案　C解析　金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子生成金属单质，发生了还原反应，即：Mn＋＋ne－===M，发生的反应可能是置换反应，如：2Al＋Fe2O3=====Al2O3＋2Fe，也可能是分解反应，如 MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl2↑，也可能是其他类型反应，如：Fe2O3＋3CO=====2Fe＋3CO2。2．从石器、青铜器到铁器时代，金属的冶炼体现了人类文明的发展水平。下图表示了三种金属被人类开发利用的大致年限，之所以有先后，主要取决于(　　)A．金属的化合价高低B．金属的活动性强弱C．金属的导电性强弱D．金属在地壳中的含量多少答案　B解析　金属开发利用的先后顺序与金属冶炼的难易程度有关，而金属冶炼的难易程度取决于金属的活动性强弱。3．中华民族有着光辉灿烂的发明史，下列发明创造不涉及化学反应的是(　　)A．用胆矾炼铜 B．用铁矿石炼铁C．烧结黏土制陶瓷 D．打磨磁石制指南针答案　D解析　胆矾为 CuSO4·5H2O，冶炼得到 Cu 的过程中发生氧化还原反应，A 项错误；铁矿石的主要成分为铁的化合物，炼铁也需要发生氧化还原反应，B 项错误；烧制陶瓷过程中发生复杂的物理和化学变化，C 项错误；打磨磁石制指南针的过程中没有化学变化，D 项正确。4．在冶金工业上，均不能用通常的化学还原剂制得的一组是(　　)A．Na、Ca、Mg、Al、KB．Na、K、Zn、Fe、HgC．Zn、Fe、Cu、Ag、SnD．Mg、Al、Zn、Fe、Pb答案　A解析　A 项中的金属均为活泼金属，通常用电解法冶炼。5．化学学科的发展对人类文明进步起到了极为重要的作用。下列认识正确的是(　　)A．人类对金、银、铜、铁、铝的认识与其在自然界的分布无关B．人类解决吃、穿、住、行最有效的方法就是大力开发石油及其产品C．工业上可用电解熔融态的 MgCl2、AlCl3来制备 Mg、AlD．工业上可用空气、Cu、稀硫酸来制备 CuSO4答案　D解析　选项 A，人类对金属的认识与其在自然界中的分布有着密切的关系；选项 B，石油是不可再生资源，总有一天，石油会消耗殆尽，它不是解决人类吃、穿、住、行最有效的方法；选项 C，AlCl3是共价化合物，电解熔融 AlCl3得不到 Al；选项 D，将铜粉放在稀硫酸中，不断通入空气，加热即可生成 CuSO4。考点二　铝热反应与特殊金属的冶炼方法6．金属锂是密度最小的金属，等质量的金属锂能释放出更多的电子，故常用来制造高能量电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则下列能冶炼出金属锂的方法是(　　) A．电解法 B．热还原法C．热分解法 D．铝热法答案　A解析　可以根据金属活动性与金属冶炼方法之间的联系来判断，锂的金属性介于钠和镁之间，应该与钠、镁的冶炼方法相同，用电解法才能得到金属锂。7．铝用来焊接钢轨是利用(　　)A．铝与氧气反应生成稳定的保护层B．铝是热的良导体C．铝是强还原剂，铝热反应放热D．铝合金强度大答案　C解析　铝是强还原剂，铝热反应放出大量的热，可达到很高的温度，生成了 Al2O3和液态铁，从而将钢轨焊接在一起。考点三　海水资源的利用、海水提溴8．若将海水淡化作饮用水使用，下列方法在原理上完全不可行的是(　　)A．加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化B．利用太阳能使海水蒸馏淡化C．利用电渗析法可以获取淡化的饮用水D．将海水通过离子交换树脂，以除去所含离子答案　A解析　明矾在溶液中能生成胶体，不能与盐(MgCl2等)反应，不能使海水中的盐分沉淀而淡化，故 A错误；太阳能提供水蒸气需要的能量，则利用太阳能使海水蒸馏淡化，故 B 正确；利用电渗析法可以除去海水中的某些阳离子(Mg2＋、Na＋、K＋)和阴离子(Cl－、SO)从而获取淡化的饮用水，故 C 正确；通过离子交换树脂，使某些离子被选择吸收，而达到海水淡化的目的，故 D 正确。9．利用海水提取溴和镁的过程如下，下列说法不正确的是(　　)A．若提取 1 mol Br2，至少需要标准状况下 44.8 L 的 Cl2B．工业上常利用电解熔融 MgCl2冶炼金属镁C．富集溴元素过程中，空气吹出法利用了溴易挥发的性质D．工业溴中含少量 Cl2，可用 NaOH 溶液除去答案　D解析　因需要两次氧化溴离子，若提取 1 mol Br2，至少需要标准状况下 44.8 L 的 Cl2，A 正确；金属镁在工业上利用电解熔融 MgCl2冶炼，B 正确；富集溴元素过程中，利用了溴易挥发的性质使用空气吹出法，C 正确；卤素单质都能与 NaOH 溶液反应，故除去氯气的同时溴也反应了，D 错误。10．海洋是生命的摇篮，海水不仅是宝贵的水资源，而且蕴藏着丰富的化学资源。从海水中提取一些重要的化工产品的工艺流程如图所示。根据上述流程图回答下列问题：(1)海水淡化处理的方法有蒸馏法、冷冻法、________。(写出 1 种即可)(2)写出反应①化学反应方程式：________________________________________________。(3)标准状况下 22.4 L Cl2气体发生反应②，转移的电子数是________NA。(4)反应③中硫酸酸化可提高 Cl2的利用率，理由是_______________________________________________________________________________________________________。(5)过程③到过程⑤的变化为“Br－→Br2→Br－→Br2”，其目的是__________________。(6)写出过程④和过程⑤相应的离子方程式：____________________________________________________________________________________________________________。答案　(1)离子交换法(或电渗析法或反渗析法)(2)2NaCl＋2H2O=====2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ (3)1(4)酸化可抑制氯气、溴与水反应(5)富集溴(6)Br2＋SO2＋2H2O===2Br－＋SO＋4H＋，2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－考点四　煤、石油和天然气的综合利用11．下列有关说法正确的是(　　)A．煤干馏得到的焦炉气不能与溴水反应而使溴水褪色B．煤制煤气是物理变化，是高效、清洁地利用煤的重要途径C．煤经气化和液化两个物理变化过程，可变为清洁能源D．煤的液化就是将煤转化成甲醇等液态物质的过程答案　D解析　煤干馏得到的焦炉气主要成分为氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳，因含有乙烯故能使溴水褪色；煤的气化是将固态煤转化为一氧化碳和氢气等气体燃料(由煤制煤气)的过程，煤的液化是将煤转化成甲醇等液态物质的过程，二者都属于化学变化，其产物都是清洁能源。12．下列关于石油的说法不正确的是(　　)A．石油主要含 C、H 两种元素B．石油通过催化重整可得到环状烃C．石油裂化是物理变化D．石油分馏得到的汽油是混合物答案　C解析　石油裂化是化学变化。13．在石油工业中，将重油制成乙烯的方法是(　　)A．裂化 B．裂解C．干馏 D．分馏答案　B解析　将重油制成气态不饱和烃，应采取比裂化更高的温度才可以实现，采用裂解的方法。14．合理利用燃料减小污染符合“绿色奥运”理念，下列关于燃料的说法正确的是(　　)A．“可燃冰”是将水变为油的新型燃料B．氢气是具有热值高、无污染等优点的燃料C．乙醇是比汽油更环保、不可再生的燃料D．石油和煤是工厂经常使用的可再生的化石燃料答案　B解析　可燃冰外观像冰，其化学组成是 CH4·nH2O，根据元素守恒知，水不能变为油；氢能源具有来源广、热值高，且燃烧后生成水对环境无污染；乙醇中含有碳、氢、氧三种元素，其燃烧产物是二氧化碳和水，但乙醇为可再生能源；石油和煤都属于化石燃料，且属于不可再生能源。15．煤的干馏和石油的分馏，两种变化在本质上的差别是(　　)A．加热的温度不同B．得到的产品不同C．前者要隔绝空气，后者不用隔绝空气D．干馏是化学变化，分馏是物理变化答案　D解析　石油的分馏为物理变化；煤的干馏为化学变化。考点五　煤、石油、天然气的综合利用与可持续发展16．乙烯的产量是衡量一个国家石油化工水平的重要标志。聚乙烯是以乙烯为原料合成的一种人们常用的高分子材料。下列有关聚乙烯的叙述中正确的是(　　)A．乙烯合成聚乙烯的变化属于化合反应B．乙烯合成聚乙烯的化学方程式是nCH2==CH2――→ CH2==CH2C．聚乙烯在自然界中很难降解，容易导致“白色污染”D．聚乙烯是纯净物答案　C解析　乙烯合成聚乙烯的反应属于加聚反应，聚乙烯的结构简式为CH2—CH2，高聚物均为混合物。17．在“绿色化学”工艺中，理想状态是反应中原子全部转化为要制取的产物，即原子利用率为100%。以下反应最符合绿色化学原子经济性要求的是(　　)A．氯乙烯发生加聚反应制得聚氯乙烯高分子材料B．用乙酸与乙醇制备乙酸乙酯 C．用淀粉发酵反应制得食用酒精D．用乙醇催化氧化制乙醛答案　A解析　A 项，氯乙烯发生加聚反应制得聚氯乙烯高分子材料，属于加聚反应，原子利用率为 100%，符合要求，正确；B 项，乙酸与乙醇反应制备乙酸乙酯，属于取代反应，伴随副产物，反应物没有全部转化为所需产物，错误；C 项，用淀粉制酒精，反应物没有全部转化为所需产物酒精，错误。18．利用水煤气(CO、H2)生产汽油、甲醇和氨等已经实现了工业化，合成气也可转化为醛、酸、酯等多种产物，下列叙述不正确的是(　　)A．以水煤气(CO、H2)为原料合成其他工业原料的反应都是化合反应B．以水煤气(CO、H2)生产液态烃或醇类是实现“煤变油”的有效途径C．以水煤气(CO、H2)为原料也可以合成烯烃D．煤的气化和液化提高了煤的综合利用效率答案　A解析　以水煤气(CO、H2)为原料的反应不一定都是化合反应。19．在一定条件下，动植物油脂与醇反应可制备生物柴油，化学方程式如下：下列叙述错误的是(　　)A．生物柴油由可再生资源制得B．生物柴油是不同酯组成的混合物C．动植物油脂是高分子化合物D．“地沟油”可用于制备生物柴油答案　C解析　短链醇(如乙醇)可由淀粉或纤维素制取，动植物油脂和短链醇均是可再生资源；生物柴油中R1、R2、R3不同，可形成混合物；动物油脂的相对分子质量一般都是几百，不属于高分子化合物。20．下图是实验室对煤进行干馏的装置图，回答下列问题：(1)指出图中仪器名称：c________，d________。(2)仪器 d 的作用是_________________________________________________________，c 中液体有________和________，其中无机物里溶有________，可用________检验出来。有机物可以通过________的方法使其中的重要成分分离出来。(3)e 处点燃的气体的主要成分有________，火焰的颜色为________。答案　(1)U 形管　烧杯(2)盛装冷水对蒸气进行冷却　粗氨水　煤焦油　氨　酚酞溶液　蒸馏(或分馏)(3)H2、CH4、C2H4、CO　淡蓝色解析　(1)c 是 U 形管，d 是烧杯。(2)煤的干馏产物主要有：焦炭(固体)、煤焦油、粗氨水(液体)、焦炉气(H2、CH4、C2H4、CO)等，利用 d 将蒸气冷却，无机物中溶有氨，可利用酚酞检验；有机物可利用蒸馏或分馏使其中的重要成分分离出来。(3)e 处点燃的气体是焦炉气，火焰呈淡蓝色。