《自然資源的開發利用》化學與可持續發展PPT(第1課時)
第一部分內容：必備知識·素養奠基
一、金屬礦物的開發利用
1.金屬冶煉原理與實質
(1)原理:將金屬從其化合物中還原出來用于生產和制造各種金屬材料的過程。
(2)實質:用還原劑使化合態的金屬得到電子變成金屬單質,即:Mn++ne-====M。
2.金屬冶煉的常用方法
【情境·思考】
當鐵軌有縫隙時,維修工人常將鋁粉與氧化鐵的混合物點燃,讓熔融的鐵水流入鐵軌的裂縫,冷卻后就將鐵軌牢牢的黏結在一起。你知道其工作原理嗎?
3.金屬礦物資源的開發和利用措施
(1)提高金屬礦物的利用率;
(2)開發環保高效的金屬冶煉方法;
(3)防止金屬的腐蝕;
(4)使用其他材料代替金屬材料,減少金屬的使用量;
(5)加強廢舊金屬的回收和再利用。
二、海水資源的開發利用
1.海水資源的利用
(1)利用途徑:海水的淡化和直接利用海水進行循環冷卻等。
(2)海水淡化:通過從海水中提取淡水或從海水中把鹽分離出去,都可以達到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有_______、_________、___________和__________等。其中_______的歷史最久,技術和工藝也比較成熟,但成本較高。
2.海水制鹽
(1)從海水中制得的氯化鈉,可以食用,同時也是生產燒堿、純堿、鈉、氯氣、鹽酸的工業原料。
(2)從海水中可以提取___________及其他化工產品。
(3)海水淡化與化工生產結合、與能源技術結合,成為海水綜合利用的重要方向。如圖為海水綜合利用的示意圖。
3.從海水中獲取能量
(1)從海水中提取鈾和重水,用于_____開發。
(2)開發_______、_______等新型能源。
【巧判斷】
(1)海水淡化的方法有蒸餾法、電滲析法、明礬凈化法等。( )
(2) 海水中含有鉀元素,僅通過物理變化就可以得到金屬鉀。( )
(3) 海水各種化學資源的開發過程中,必須都要發生化學反應。( )
(4) 實驗室從海帶中提取單質碘的方法是取樣→灼燒→溶解→過濾→萃取。( )
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自然資源的開發利用PPT，第二部分內容：關鍵能力·素養形成
知識點一 金屬的冶煉
【重點釋疑】
1.金屬活動性順序與金屬冶煉方法的關系:
金屬單質還原性、失電子能力依次減弱,金屬陽離子氧化性、得電子能力依次增強。
【易錯提醒】常見幾種金屬的冶煉誤區
(1)工業上冶煉Al時用Al2O3而不用AlCl3,因為AlCl3為共價化合物,熔化后不導電。但冶煉Al時需加入冰晶石(Na3AlF6),以降低熔化溫度。
(2)工業上冶煉Mg時用MgCl2而不用MgO,因為MgO的熔點很高,耗能大。
(3)Au、Pt一般用物理法提取。
(4)利用鋁熱反應不能冶煉還原性比Al強的金屬,如Mg、Na等。
2.鋁熱反應實驗
實驗原理
Al作還原劑,金屬氧化物作氧化劑,用鋁將氧化物中的金屬置換出來
實驗現象
(1)鎂條劇烈燃燒(2)氧化鐵粉末和鋁粉發生劇烈的反應(3)反應放出大量的熱,并發出耀眼的白光(4)紙漏斗的下部被燒穿,有熔融物落入沙中
(1)鋁熱反應的引燃劑為鎂條,助燃劑為氯酸鉀。
(2)鋁熱劑為混合物,是由鋁粉和金屬氧化物(Fe2O3、Fe3O4、Cr2O3、V2O5、MnO2等)粉末組成的。
(3)鎂條要打磨凈表面的氧化膜,否則難以點燃;氧化鐵粉末與鋁粉要選擇干燥的;鋁粉要用沒有被氧化的,否則反應難以進行。
(4)蒸發皿中的細沙要適量,既要防止蒸發皿炸裂,又要防止熔融的液體濺出傷人。
【思考·討論】
(1)能否通過電解熔融的MgO制取金屬鎂?
提示:不能。MgO的熔點比MgCl2的熔點高,需要消耗很大的能量,成本太高。
(2)能否通過電解AlCl3制取金屬鋁?
提示:不能。氯化鋁是共價化合物,熔融狀態下以分子形式存在,沒有自由移動的離子,不發生電離。
(3)如圖是我國古代和現代冶金的兩張圖片,那么人類使用金屬的年代先后順序與金屬的活動性有什么關系?
提示:金屬冶煉方法的選擇取決于金屬在自然界中的存在狀態和金屬的活潑性。金屬越活潑,冶煉時所需條件要求越高,在人類歷史上出現的相對晚一些。金屬越不活潑,冶煉的方法越簡單,人們使用的時間越早,所以有青銅、鐵器等時代的發展歷程。
【遷移·應用】
1.冶煉金屬一般有下列四種方法:①焦炭法?、谒簹?或氫氣,或一氧化碳)法?、刍顫娊饘僦脫Q法?、茈娊夥?。四種方法在工業上均有應用。古代有(Ⅰ)火燒孔雀石煉銅;(Ⅱ)濕法煉銅;現代有(Ⅲ)鋁熱法煉鉻;(Ⅳ)從光鹵石中煉鎂,對它們的冶煉方法的分析不正確的是( )
A.(Ⅰ)用① B.(Ⅱ)用②
C.(Ⅲ)用③ D.(Ⅳ)用④
2.如圖所示,用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。把內層漏斗取出,在底部剪一個孔,用水潤濕,再跟另一紙漏斗套在一起,架在鐵圈上,下面放置盛沙的蒸發皿。把5 g炒干的氧化鐵粉末和
2 g鋁粉混合均勻,放在紙漏斗中,上面加少量氯酸鉀并在混合物中間插一根鎂條,用小木條點燃鎂條。
(1)寫出該反應的化學方程式:_______________, 在該反應中________是氧化劑,________是還原劑,該反應稱為________反應。
(2)選出該實驗的實驗現象:________(填寫在橫線上)。
①鎂條劇烈燃燒;②放出大量的熱,并發出耀眼的光芒,火星四射;③紙漏斗的下部被燒穿;④有紅熱狀態的液珠落入蒸發皿內的細沙上,液珠冷卻后變為黑色固體。
(3)寫出下列操作或物質的作用:內層紙漏斗底部剪一個孔:________;蒸發皿盛沙:________;鎂條: ________________;氯酸鉀:________________。
(4)如何用簡單的方法證明生成物中有金屬鐵?
【補償訓練】
下列說法中,正確的是( )
A.金屬的冶煉是把金屬單質從其礦物中分離出來
B.金屬冶煉過程中,被冶煉的金屬只能被氧化
C.金屬冶煉過程中,被冶煉的金屬只能被還原
D.金屬冶煉過程中,被冶煉的金屬既可被氧化,也可被還原
知識點二 海水提溴的工藝
【重點釋疑】
1.工藝流程
2.主要過程
【思考·討論】
(1)已知2Br-+Cl2====Br2+2Cl-,SO2+Br2+2H2O==== +2Br-+4H+,根據上述反應判斷SO2、Cl2、Br2三種物質氧化性由強到弱的順序是怎樣的?
提示:氧化劑氧化性大于氧化產物,則氧化性為Cl2>Br2>SO2。
(2)有人說步驟①通入氯氣氧化后直接用有機溶劑萃取出溴即可,你認為其建議是否合理?
提示:不合理,直接萃取單質溴不僅需要大量的萃取劑,還會造成一部分溴流失,使成本增加。
【案例示范】
【典例】海水中溴元素以Br-形式存在,工業上用空氣吹出法從海水中提取溴的工藝流程如圖所示:
(1)步驟①反應的離子方程式是______________。
(2)步驟③反應的化學方程式是______________。
(3)從理論上考慮,下列物質也能充分吸收Br2的是________(填字母)。
A.NaOH B.FeCl2 C.Na2SO3 D.H2O
(4)步驟⑤蒸餾過程中,溫度應控制在80～90 ℃。溫度過高或過低都不利于生產,若溫度過高,大量水蒸氣隨溴排出,溴蒸氣中水分增加;若溫度過低,則__________________。
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