《自然资源的开发利用》化学与可持续发展PPT(第1课时)
第一部分内容：必备知识·素养奠基
一、金属矿物的开发利用
1.金属冶炼原理与实质
(1)原理:将金属从其化合物中还原出来用于生产和制造各种金属材料的过程。
(2)实质:用还原剂使化合态的金属得到电子变成金属单质,即:Mn++ne-====M。
2.金属冶炼的常用方法
【情境·思考】
当铁轨有缝隙时,维修工人常将铝粉与氧化铁的混合物点燃,让熔融的铁水流入铁轨的裂缝,冷却后就将铁轨牢牢的黏结在一起。你知道其工作原理吗?
3.金属矿物资源的开发和利用措施
(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)使用其他材料代替金属材料,减少金属的使用量;
(5)加强废旧金属的回收和再利用。
二、海水资源的开发利用
1.海水资源的利用
(1)利用途径:海水的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_______、_________、___________和__________等。其中_______的历史最久,技术和工艺也比较成熟,但成本较高。
2.海水制盐
(1)从海水中制得的氯化钠,可以食用,同时也是生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸的工业原料。
(2)从海水中可以提取___________及其他化工产品。
(3)海水淡化与化工生产结合、与能源技术结合,成为海水综合利用的重要方向。如图为海水综合利用的示意图。
3.从海水中获取能量
(1)从海水中提取铀和重水,用于_____开发。
(2)开发_______、_______等新型能源。
【巧判断】
(1)海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、明矾净化法等。( )
(2) 海水中含有钾元素,仅通过物理变化就可以得到金属钾。( )
(3) 海水各种化学资源的开发过程中,必须都要发生化学反应。( )
(4) 实验室从海带中提取单质碘的方法是取样→灼烧→溶解→过滤→萃取。( )
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自然资源的开发利用PPT，第二部分内容：关键能力·素养形成
知识点一 金属的冶炼
【重点释疑】
1.金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系:
金属单质还原性、失电子能力依次减弱,金属阳离子氧化性、得电子能力依次增强。
【易错提醒】常见几种金属的冶炼误区
(1)工业上冶炼Al时用Al2O3而不用AlCl3,因为AlCl3为共价化合物,熔化后不导电。但冶炼Al时需加入冰晶石(Na3AlF6),以降低熔化温度。
(2)工业上冶炼Mg时用MgCl2而不用MgO,因为MgO的熔点很高,耗能大。
(3)Au、Pt一般用物理法提取。
(4)利用铝热反应不能冶炼还原性比Al强的金属,如Mg、Na等。
2.铝热反应实验
实验原理
Al作还原剂,金属氧化物作氧化剂,用铝将氧化物中的金属置换出来
实验现象
(1)镁条剧烈燃烧(2)氧化铁粉末和铝粉发生剧烈的反应(3)反应放出大量的热,并发出耀眼的白光(4)纸漏斗的下部被烧穿,有熔融物落入沙中
(1)铝热反应的引燃剂为镁条,助燃剂为氯酸钾。
(2)铝热剂为混合物,是由铝粉和金属氧化物(Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、V2O5、MnO2等)粉末组成的。
(3)镁条要打磨净表面的氧化膜,否则难以点燃;氧化铁粉末与铝粉要选择干燥的;铝粉要用没有被氧化的,否则反应难以进行。
(4)蒸发皿中的细沙要适量,既要防止蒸发皿炸裂,又要防止熔融的液体溅出伤人。
【思考·讨论】
(1)能否通过电解熔融的MgO制取金属镁?
提示:不能。MgO的熔点比MgCl2的熔点高,需要消耗很大的能量,成本太高。
(2)能否通过电解AlCl3制取金属铝?
提示:不能。氯化铝是共价化合物,熔融状态下以分子形式存在,没有自由移动的离子,不发生电离。
(3)如图是我国古代和现代冶金的两张图片,那么人类使用金属的年代先后顺序与金属的活动性有什么关系?
提示:金属冶炼方法的选择取决于金属在自然界中的存在状态和金属的活泼性。金属越活泼,冶炼时所需条件要求越高,在人类历史上出现的相对晚一些。金属越不活泼,冶炼的方法越简单,人们使用的时间越早,所以有青铜、铁器等时代的发展历程。
【迁移·应用】
1.冶炼金属一般有下列四种方法:①焦炭法 ②水煤气(或氢气,或一氧化碳)法 ③活泼金属置换法 ④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有(Ⅰ)火烧孔雀石炼铜;(Ⅱ)湿法炼铜;现代有(Ⅲ)铝热法炼铬;(Ⅳ)从光卤石中炼镁,对它们的冶炼方法的分析不正确的是( )
A.(Ⅰ)用① B.(Ⅱ)用②
C.(Ⅲ)用③ D.(Ⅳ)用④
2.如图所示,用两张圆形滤纸分别折叠成漏斗状套在一起,使四周都有四层。把内层漏斗取出,在底部剪一个孔,用水润湿,再跟另一纸漏斗套在一起,架在铁圈上,下面放置盛沙的蒸发皿。把5 g炒干的氧化铁粉末和
2 g铝粉混合均匀,放在纸漏斗中,上面加少量氯酸钾并在混合物中间插一根镁条,用小木条点燃镁条。
(1)写出该反应的化学方程式:_______________, 在该反应中________是氧化剂,________是还原剂,该反应称为________反应。
(2)选出该实验的实验现象:________(填写在横线上)。
①镁条剧烈燃烧;②放出大量的热,并发出耀眼的光芒,火星四射;③纸漏斗的下部被烧穿;④有红热状态的液珠落入蒸发皿内的细沙上,液珠冷却后变为黑色固体。
(3)写出下列操作或物质的作用:内层纸漏斗底部剪一个孔:________;蒸发皿盛沙:________;镁条: ________________;氯酸钾:________________。
(4)如何用简单的方法证明生成物中有金属铁?
【补偿训练】
下列说法中,正确的是( )
A.金属的冶炼是把金属单质从其矿物中分离出来
B.金属冶炼过程中,被冶炼的金属只能被氧化
C.金属冶炼过程中,被冶炼的金属只能被还原
D.金属冶炼过程中,被冶炼的金属既可被氧化,也可被还原
知识点二 海水提溴的工艺
【重点释疑】
1.工艺流程
2.主要过程
【思考·讨论】
(1)已知2Br-+Cl2====Br2+2Cl-,SO2+Br2+2H2O==== +2Br-+4H+,根据上述反应判断SO2、Cl2、Br2三种物质氧化性由强到弱的顺序是怎样的?
提示:氧化剂氧化性大于氧化产物,则氧化性为Cl2>Br2>SO2。
(2)有人说步骤①通入氯气氧化后直接用有机溶剂萃取出溴即可,你认为其建议是否合理?
提示:不合理,直接萃取单质溴不仅需要大量的萃取剂,还会造成一部分溴流失,使成本增加。
【案例示范】
【典例】海水中溴元素以Br-形式存在,工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如图所示:
(1)步骤①反应的离子方程式是______________。
(2)步骤③反应的化学方程式是______________。
(3)从理论上考虑,下列物质也能充分吸收Br2的是________(填字母)。
A.NaOH B.FeCl2 C.Na2SO3 D.H2O
(4)步骤⑤蒸馏过程中,温度应控制在80～90 ℃。温度过高或过低都不利于生产,若温度过高,大量水蒸气随溴排出,溴蒸气中水分增加;若温度过低,则__________________。
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