1、第 4 章 化学与自然资源的开发利用 重难点专题突破一 金属的冶炼方法1金属冶炼方法与金属活动性的关系金属的活动性顺序 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au金属原子失电子能力 强弱金属离子得电子能力 弱强自然界中的存在形态 化合态 多数是化合态、极少数是游离态 游离态主要冶炼方法 电解法 热还原法 热分解法 物理方法由于金属的活动性不同，金属离子得到电子还原成金属单质的能力不同，因而不同的金属就有不同的冶炼方法。在金属活动性顺序表中，金属位置越靠后，越易被还原，用一般还原方法就能使金属还原。金属位置越靠前，越难被还原，最活泼的金属只能用最强的还
2、原手段来还原。总的说来，金属的性质越稳定，越容易将其从化合物中还原出来。金属应用的早晚就是由金属的活动性决定的，金属越活泼，冶炼越难，其使用时间就越晚。铝的应用比铁晚，就是因为铝难冶炼，只有发现用电解法冶炼后，才能大量冶炼铝。【典例 1】 金属材料在日常生活以及生产中有着广泛的运用。下列关于金属的一些说法中不正确的是( )A合金的性质与其成分金属的性质不完全相同B工业上金属 Mg、Al 都是用电解熔融的氯化物制得的C金属冶炼的本质是金属阳离子得到电子变成金属原子D越活泼的金属越难冶炼解析 合金的性质与其成分金属的性质不完全相同，如硬度、强度更大，熔点更低等，A 正确；因 AlCl3是共价化合物
3、，熔融时不导电，冶炼铝时应采用冰晶石(Na 3AlF6)作熔剂电解熔融 Al2O3的方法，B 错误；金属冶炼就是把金属阳离子还原为金属原子， C 正确；越活泼的金属，其金属阳离子的氧化性越弱，越难被还原，D 正确。答案 B2几种常用金属冶炼方法的比较方法名称 举例 主要特点热分解法2Ag2O 4AgO 22H= = = = = gO 2HgO 2= = = = = 适合冶炼活动性较差的金属热还 CO 作还 Fe2O33CO 2Fe3= = = = =高 温 冶炼的金属为合金(含原剂 CO2 碳 )，生产成本较低原法 H2 作还原剂WO33H 2 = = = = =高 温 W3H 2O冶炼金属纯
4、度较高，成本较高Na、Mg、Al 作还原剂Cr2O32Al 2CrAl 2= = = = =高 温 O34NaTiCl 4 4NaCl= = = = =高 温 Ti冶炼难熔金属，纯度较高，成本较高热还原法C 作还原剂2ZnO C 2ZnCO 2= = = = =高 温 2CuOC = = = = =高 温 CO22Cu冶炼金属成本较低，易形成合金(含碳)电解法 2Al2O3(熔融) = = = = =电 解 冰 晶 石4Al3O 2金属纯度高，耗电量大，生产成本高特别提示 炼铁时，CO 来源于焦炭与空气中 O2的反应，会在金属中含有碳元素，形成含碳的合金。【典例 2】 金属锂是密度最小的金属，
5、等质量的不同金属，锂可以释放出更多的电子，故常用来制造高性能电池。已知锂的金属性介于钠和镁之间，则冶炼金属锂应采用的方法是( )A电解法 B热还原法C热分解法 D铝热法解析 Na、Mg 都很活泼，常用电解法冶炼，而 Li 活动性介于 Na 与 Mg 之间，故 Li 也应采用电解法冶炼。答案 A二 海水资源的综合利用1海水水资源的利用海水水资源的利用主要包括直接利用和海水淡化。海水直接利用包括沿海工业冷却用水、生活用水和耐盐植物灌溉；海水淡化可解决淡水资源不足问题。海水淡化现有 20 多种技术方法。目前技术纯熟、经济效益较好的有蒸馏法、冷冻法、反渗透法、电渗析法等。(1)蒸馏法蒸馏法历史最久，技
6、术、工艺比较完善，是目前海水淡化的主要方法。蒸馏淡化过程的实质如同水蒸气的形成，使海水受热蒸发形成水蒸气，水蒸气在一定条件下遇冷形成不带咸味的水，但蒸馏法的弊端是消耗能量多并在仪器里产生大量的锅垢。(2)冷冻法冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态水变成固态冰的同时盐被分离出去。冷冻法与蒸馏法相比，耗能低、结垢轻，但得到的淡水味道不佳。(3)反渗透法反渗透法通常又称超过滤法，是 1953 年才开始采用的一种膜分离淡化法。该法是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的，其最大优点是节能。反渗透法正逐步取代蒸馏法成为最广泛的方法。(4)电渗析法电渗析法是将具有选择透过性的阳离子
7、膜与阴离子膜交替排列，组成多个相互独立的隔室，相邻隔室实现海水浓缩与淡化。电渗析法不仅可以淡化海水，也可以作为水质处理的手段，为污水再利用作出贡献。2海水化学资源的利用(1)海水制盐海水制盐又称海水晒盐。其方法是把海水引到盐滩上，利用日光和风力使水分蒸发，得到食盐(即蒸发海水，使食盐浓缩结晶)。食盐除在食品中作调味剂外，它还是一种工业原料：氯碱工业：2NaCl2H 2O 2NaOHH 2Cl 2= = = = =电 解 制钠和氯气：2NaCl(熔融) 2NaCl 2= = = = =电 解 制盐酸：H 2Cl 2 2HCl= = = = =点 燃 制漂白剂：Cl 22NaOH= =NaClNa
8、ClOH 2O制纯碱：NaClCO 2H 2ONH 3=NaHCO3NH 4Cl,2NaHCO3 Na2CO3CO 2H 2O= = = = = 特别提示 海水晒盐得到的是粗盐，含有 Ca2 、Mg 2 、SO 等杂质，精制后得到 NaCl 饱和24溶液，精制时通常在其中依次加入过量的 BaCl2溶液、过量的 NaOH 溶液和过量的 Na2CO3溶液，过滤后，再加适量盐酸调节至中性即可。(2)海水提镁反应流程：有关反应的化学方程式：CaCO 3 CaOCO 2= = = = =高 温 CaOH 2O=Ca(OH)2MgCl 2Ca(OH) 2=Mg(OH)2CaCl 2Mg(OH) 22HCl
9、= =MgCl22H 2OMgCl 26H2O MgCl26H 2O= = = = =HCl MgCl 2(熔融) MgCl 2= = = = =电 解 (3)海水提溴浓缩：海水晒盐和海水淡化的过程中副产物 Br 得到浓缩；氧化：向浓缩的海水中通入适量的 Cl2，将 Br 氧化为 Br2，反应的离子方程式为Cl22Br =Br22Cl ；富集：利用溴的挥发性，通入热空气和水蒸气，吹出的溴蒸气用 SO2 吸收。反应的化学方程式为 Br2SO 2 2H2O=2HBrH 2SO4；提取：再用 Cl2 将 HBr 氧化得到产品溴。(4)海带中提碘流程海带 海带灰浸泡过滤氧化提纯碘单质； 灼 烧 主要的
10、化学原理：2H 2I H 2O2=I22H 2O 或 Cl22KI= =2KClI 2。特别提示 海水中提取 Mg、Br 2、I 2时均有氧化还原反应发生，且在提取 Br2和 I2时，氧化剂均可为 Cl2，同样均用有机溶剂萃取水溶液中的 Br2或 I2，分液后再利用蒸馏法将 Br2或 I2与有机溶剂分开；利用在火力发电厂和核电站用于冷却的循环海水，以减少能耗。利用海水淡化后溴离子得到浓缩的浓海水，以提高制溴的效益。【典例 3】 海带含有丰富的碘。为了从海带中提取碘，某研究性学习小组设计并进行了以下实验：请填写下列空白：(1)步骤灼烧海带时，除需要三脚架外，还需要用到的仪器是_(从下列仪器中选择
11、所需的仪器，将标号字母填写在空白处)。A烧杯 B坩埚 C表面皿 D泥三角 E酒精灯F干燥器(2)步骤的实验操作名称是_；步骤的目的是从含碘的苯溶液中分离出碘和回收苯，该步骤的实验操作名称是_。(3)步骤反应的离子方程式是_。(4)步骤中，某学生选择用苯来提取碘的理由是_。(5)请设计一种检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘的简单方法：_。解析 (1)灼烧海带在坩埚里进行，坩埚放在泥三角上，用酒精灯加热，且要用玻璃棒搅拌，使其充分反应。(2)分离悬浊液得到含碘溶液和残渣，采用过滤法；碘溶于苯中，苯易挥发，碘固体易升华，可以通过蒸馏方法得到碘和苯。(3)联想二氧化锰氧化浓盐酸中氯离子，I 还原性
12、强于 Cl ，在酸性条件下二氧化锰一定能氧化 I ，MnO 22I 4H =I2Mn 2 2H 2O。(4)萃取剂必须具备三个条件：不溶于水，也不与水反应；被萃取的物质在该萃取剂中溶解度大于在水中的溶解度；被萃取的物质与该萃取剂不发生反应。苯符合萃取剂选用条件，苯不溶于水，且不与水反应；苯是非极性溶剂，碘是非极性分子，根据相似相溶原理，碘易溶于苯而在极性溶剂水中溶解度相对较小；碘与苯不反应。除苯作萃取剂外，四氯化碳等有机溶剂也可以作碘的萃取剂。(5)利用“碘与淀粉溶液混合，溶液呈蓝色”这一特征现象检验水层里是否有碘单质存在。设计实验方法包括步骤、现象、结论及解释。答案 (1)BDE (2) 过
13、滤 蒸馏(3)2I MnO24H =Mn2 I 22H 2O(4)苯与水互不相溶；碘在苯中的溶解度比在水中大(5)取少量提取碘后的水溶液于试管中，加入几滴淀粉试液，观察是否出现蓝色(如果变蓝，说明还有单质碘)三 两大化石燃料的综合利用1煤的综合利用将煤作为燃料，主要是利用其燃烧放出的热量，但是，将煤直接燃烧不但利用率较低，而且还会造成严重的环境污染。将煤进行加工后综合利用是合理用煤的重要发展方向，当前，煤的综合利用方法主要是煤的干馏、煤的气化和液化。(1)煤的干馏概念：煤的干馏是将煤隔绝空气加强热使其分解的过程，工业上也叫煤的焦化。理解这一概念，要注意以下两个方面：隔绝空气：这是煤的干馏的先决
14、条件，否则，强热条件下煤会燃烧生成 CO2 和 H2O 等物质。煤的干馏是化学变化，煤在干馏过程中生成了许多新的物质，如苯、萘等，发生的是分解反应，属于化学变化。煤干馏的主要产品及其用途干馏产品 主要成分 主要用途焦炉气氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳气体燃料、化工原料粗氨水 氨气、铵盐出炉煤气粗苯 苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料酚类、萘染料、医药、农药、合成材料煤焦油沥青 筑路材料、制碳素电极焦炭 碳冶金、合成氨造气、燃料、电石煤中不含苯、萘、蒽等物质：煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，苯、萘、蒽等物质是煤分解的产物。(2)煤的气化将煤中的有机物转化
15、为可燃性气体的过程，主要反应为C(s)H 2O(g) CO(g)H 2(g)。= = = = =高 温 (3)煤的液化煤的直接液化：使煤与氢气作用生成液体燃料。煤的间接液化：先将煤转化为 CO 和 H2，再在催化剂作用下合成甲醇等。【典例 4】 煤是重要的能源和化工原料，直接燃烧既浪费资源又污染环境。最近，某企业利用“煤粉加压气化制备合成气新技术”，让煤变成合成气(一氧化碳及氢气总含量 90%)，把煤“吃干榨尽”。下列有关说法正确的是( )煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化和物理变化煤粉加压气化制备合成气过程涉及化学变化但没有物理变化该技术实现了煤的清洁利用该技术实现了煤的高效利用A BC
16、 D解析 煤粉加压气化是将煤变成以 CO 和 H2为主要成分的合成气，此过程涉及化学变化和物理变化，减少了污染，提高了煤的利用率。答案 C2石油的综合利用石油直接应用的效益非常低，一般不直接使用，而是要加工成石油产品使用。石油加工的主要方法有石油的分馏、石油的裂化和裂解、石油的催化重整等。石油加工(炼制)方法比较分馏石油炼制的方法 常压 减压催化裂化 裂解原理用蒸发冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物在催化剂存在的条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂为相对分子质量小、沸点低的烃在高温下，把石油产品中具有长链分子的烃断裂为各种短链的气态烃或液态烃主要原料 原油 重油 重油含直链烷烃的石
17、油分馏产品(含石油气)主要产品溶剂油、汽油、煤油、柴油、重油润滑油、凡士林、石蜡、沥青、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、丁二烯等目的将原油分离成轻质油等各种产物将重油充分分离并防止炭化提高汽油的产量和质量获得短链气态不饱和烃主要变化类型物理变化 化学变化【典例 5】 用石油裂化和裂解过程得到的乙烯、丙烯来合成丙烯酸乙酯的路线如下：根据以上材料和你所学的化学知识回答下列问题：(1)由 CH2=CH2 制得有机物 A 的化学反应类型是_。(2)丙烯醛(CH 2=CHCHO)中含有的官能团 _(填名称) 。(3)A 与 B 合成丙烯酸乙酯反应的化学方程式是_；
18、该反应的类型是_。(4)由石油裂解产物乙烯合成聚乙烯塑料的化学方程式是_。答案 (1)加成反应 (2) 碳碳双键、醛基(3)CH2=CHCOOHCH 3CH2OH 浓 H2SO4 CH2=CHCOOCH2CH3H 2O 取代反应(或酯化反应)(4)nCH2=CH2 CH 2CH2 催 化 剂 四 六大环境问题及防治措施1六大环境问题及其危害环境问题 主要污染物 主要危害温室效应 CO2造成全球气候变暖，水位上升，陆地面积减小酸雨 SO2、NO x 土壤酸化、水源污染、建筑物被腐蚀等臭氧层破坏 氟氯代烷、NO x到达地球表面的紫外线明显增多，给人类健康及生态环境带来多方面危害光化学烟雾 碳氢化合
19、物、NOx刺激人体器官，特别是人的呼吸系统，使人生病甚至死亡白色污染 废弃塑料制品在土壤中影响农作物吸收水分和养分，导致农作物减产混入生活垃圾中难处理、难回收易被动物当作食物吞入，导致动物死亡赤潮和水华废水中含 N、P等营养物质使水体富营养化，导致水中藻类疯长，消耗水中溶解的氧，使水体变成绿色，浑浊，水质恶化2.防治措施(1)减少污染物的排放，在排放之前进行处理。(2)对资源进行回收再利用。(3)开发新的替代品。(4)实施清洁生产，从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。特别提示 居室污染来自建筑、装饰和家具材料散发出的甲醛、苯、氨气等污染起居空间的现象。甲醛对眼、鼻、喉有明显的刺激性，严重时
20、甚至致癌。苯则会损坏人体造血功能，长期在这种环境下人们会有头疼、失眠的症状，严重者则导致某些血液疾病。所以在家庭装修过程中一定要使用环保材料。【典例 6】 目前地球环境污染问题越来越严重。请回答下列问题：(1)臭氧层的破坏导致紫外线对地球表面辐射量的增加，从而使全球皮肤癌的发病人数明显增多。造成这一现象的主要原因是_(填字母，下同)。A人们大量使用了氟氯代烷B人们在炼钢时向空气中排放了大量的高炉煤气C石油炼制厂排放了大量的甲烷、氢气D硝酸、硫酸工厂排放了大量的二氧化硫和一氧化氮(2)1997 年夏季，拥有 80 万辆汽车的智利首都圣地亚哥发生了光化学烟雾事件。光化学烟雾产生的主要原因是_。A汽油的不完全燃烧 B大量使用农药、化肥C白色塑料垃圾的漂浮 D金属矿物的冶炼(3)化肥、农药的使用导致人类癌症发病率的增加，其中六六六粉曾经是广泛使用的一种农药，它是由苯与氯气通过加成反应制得的，写出该反应的化学方程式：_。答案 (1)A (2)A (3)
