1、第一节第一节 自然资源的开发利用自然资源的开发利用一、金属矿物的开发利用一、金属矿物的开发利用 （一）金属元素在自然界的存在形态（一）金属元素在自然界的存在形态 1、游离态：、游离态： 极少数的不活泼金属（金、铂极少数的不活泼金属（金、铂等）以游离态的形式存在等）以游离态的形式存在 2、化合态：、化合态： 绝大多数金属以化合态的形式绝大多数金属以化合态的形式存在。在化合物中金属元素的存在。在化合物中金属元素的化合价都是正价化合价都是正价 （二）金属的冶炼（二）金属的冶炼 1、含义：、含义： 将金属矿物中的金属从其化合物中还将金属矿物中的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原出来用
2、于生产和制造各种金属材料的过程的过程 2、实质：、实质： 使金属元素从化合态还原为游离态，使金属元素从化合态还原为游离态，反应的一般表达式为：反应的一般表达式为：Mn+ne-=M 3、金属冶炼方法与金属活动性的关系、金属冶炼方法与金属活动性的关系 方法方法 适用金属适用金属 常用冶炼方法常用冶炼方法 电解法电解法K、Ca、Na、Mg、Al 2NaCl（熔融）（熔融）2Na+Cl2 MgCl2(熔融熔融)Mg+Cl2 2Al2O3 4Al+3O2冰晶石 电解热还原法热还原法 Zn、Fe、Sn、Pb、Cu 2Al+Fe2O3 2Fe+ Al2O3（铝热法炼铁铝热法炼铁） Fe2O3+3CO2Fe+
3、3CO2（高炉炼铁高炉炼铁） CuO+H2Cu+H2O CuO+CCu+CO CuSO4+Fe=Cu+FeSO4（湿法炼铜）（湿法炼铜） Cu2S+O22Cu+SO2（火法炼铜）（火法炼铜） 热分解法热分解法 Hg、Ag 2HgO2Hg+O2 2Ag2O4Ag+O2 物理提取法物理提取法 Pb、Au 淘金淘金 注：用电解法冶炼活泼金属时，电解的是熔融的金属化合物，而不是金属化合物的水溶液注：用电解法冶炼活泼金属时，电解的是熔融的金属化合物，而不是金属化合物的水溶液 （三）铝热反应（三）铝热反应1、概念：、概念： 铝和金属氧化物在高温下发生剧烈铝和金属氧化物在高温下发生剧烈反应并放出大量热的化学
4、反应反应并放出大量热的化学反应 2、原理：、原理： 铝做还原剂，另一种氧化物做氧化剂，铝做还原剂，另一种氧化物做氧化剂，用铝将氧化物中的金属元素置换出来用铝将氧化物中的金属元素置换出来 3、铝热剂：、铝热剂： 铝粉和某些金属氧化物（铝粉和某些金属氧化物（Fe2O3、Cr2O3、V2O5）组成的混合物）组成的混合物 4、反应特点：、反应特点： 在高温下进行；在高温下进行；反应迅速并放出大量的热；反应迅速并放出大量的热；新生成的金属单质易与新生成的金属单质易与Al2O3分离分离 5、应用：、应用： 冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如冶炼难熔的相对较不活泼的金属，如V、Cr、Mn等；等；金属焊接，如野
5、外焊接钢轨等金属焊接，如野外焊接钢轨等 6、实验注意事项：、实验注意事项： 铝热反应的引燃剂为镁条，助燃剂为铝热反应的引燃剂为镁条，助燃剂为KClO3 镁带表面的氧化膜要打磨干净，否则难以点燃。氧化铁镁带表面的氧化膜要打磨干净，否则难以点燃。氧化铁粉末与铝粉要选择干燥的，铝粉要用未被氧化的，否则反粉末与铝粉要选择干燥的，铝粉要用未被氧化的，否则反应难以进行应难以进行 Fe2O3与与Al的质量比要控制在的质量比要控制在3：1，且二者要混合均匀，铝，且二者要混合均匀，铝粉可稍过量，以保证粉可稍过量，以保证Fe2O3完全反应完全反应 内层滤纸要用水润湿，以防纸漏斗燃烧内层滤纸要用水润湿，以防纸漏斗燃
6、烧 承接生成物的蒸发皿内垫适量细沙，一是防止蒸发皿炸裂，承接生成物的蒸发皿内垫适量细沙，一是防止蒸发皿炸裂，二是防止熔融的液体溅出伤人二是防止熔融的液体溅出伤人 实验装置不要距离人太近，且应远离易燃物实验装置不要距离人太近，且应远离易燃物 使用使用Fe3O4代替代替Fe2O3。因为。因为Fe2O3高温分解生成高温分解生成Fe3O4和和O2，气体易造成高温熔融物喷溅，发生危险，气体易造成高温熔融物喷溅，发生危险（四）金属矿物的合理开发和利用（四）金属矿物的合理开发和利用1、合理开发和利用金属矿物资源的原因：、合理开发和利用金属矿物资源的原因：（1）资源有限且分布不均）资源有限且分布不均（2）金属
7、的冶炼消耗许多能量）金属的冶炼消耗许多能量（3）金属冶炼造成环境污染）金属冶炼造成环境污染（4）金属腐蚀造成大量损失）金属腐蚀造成大量损失2、合理开发和利用金属矿物资源的措施：、合理开发和利用金属矿物资源的措施：（1）提高金属矿物的利用率）提高金属矿物的利用率（2）开发环保高效的金属冶炼方法）开发环保高效的金属冶炼方法（3）防止金属的腐蚀）防止金属的腐蚀（4）加强废旧金属的回收和再利用）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）使用其他材料代替金属材料启示启示1：从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收：从铝土矿制铝消耗的能量要远远高于回收铝质饮料罐得到铝消耗的能量，因而在实际生产
8、过铝质饮料罐得到铝消耗的能量，因而在实际生产过程中必须考虑投入与产出，要考虑成本程中必须考虑投入与产出，要考虑成本启示启示2：加强废旧金属的回收和再利用是合理开发：加强废旧金属的回收和再利用是合理开发和利用金属资源的重要途径。要树立金属垃圾也是和利用金属资源的重要途径。要树立金属垃圾也是一种宝贵资源的理念。在日常生活中，要大力倡导一种宝贵资源的理念。在日常生活中，要大力倡导金属垃圾的分类回收和再利用，养成自觉珍惜自然金属垃圾的分类回收和再利用，养成自觉珍惜自然资源、节约资源、爱惜环境和保护环境的意识资源、节约资源、爱惜环境和保护环境的意识启示启示3：实际工业生产中，从金属矿物到纯净金属：实际工
9、业生产中，从金属矿物到纯净金属的冶炼过程是一个复杂的过程，往往涉及许多其他的冶炼过程是一个复杂的过程，往往涉及许多其他物质和反应，在得到所需产品的同时，也会产生废物质和反应，在得到所需产品的同时，也会产生废弃物。因此必须考虑废弃物的处理和生产对环境的弃物。因此必须考虑废弃物的处理和生产对环境的影响，形成绿色化学观念和可持续发展的意识影响，形成绿色化学观念和可持续发展的意识二、海水资源的开发利用二、海水资源的开发利用 （一）海水水资源的利用（一）海水水资源的利用 1、海水水资源的利用主要包括：、海水水资源的利用主要包括： 海水淡化和直接利用海水进行循环冷却等海水淡化和直接利用海水进行循环冷却等
10、2、海水淡化的途径：、海水淡化的途径： 从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去 3、海水淡化的主要方法：、海水淡化的主要方法： 蒸馏法、电渗析法、离子交换法蒸馏法、电渗析法、离子交换法 （二）（二）海水中提取溴海水中提取溴 （1）流程流程空气吹出法空气吹出法 （2）主要的化学反应原理主要的化学反应原理： Cl2+2Br-=2Cl-+Br2 Br2+SO2+2H2O=4H+SO42+2Br 2、具体的步骤和原理：、具体的步骤和原理：步骤步骤原理或解释原理或解释浓缩浓缩海水晒盐和海水淡化后的母液中海水晒盐和海水淡化后的母液中Br-得到浓缩得到浓缩氧化氧化将海水
11、浓缩后，向酸化的海水中通入适量的氯气，使将海水浓缩后，向酸化的海水中通入适量的氯气，使Br-转化转化为为Br2。Cl2+2Br-=2Cl-+Br2吹出吹出利用溴的挥发性，在吹出塔中通入热空气，将溴从海水中吹利用溴的挥发性，在吹出塔中通入热空气，将溴从海水中吹出，进入吸收塔出，进入吸收塔吸收吸收吹出的吹出的Br2通入盛有通入盛有SO2和和H2O的吸收塔内，以达到富集的目的吸收塔内，以达到富集的目的：的：Br2+SO2+2H2O=4H+SO42+2Br氧化氧化与与蒸蒸馏馏向吸收塔反应后的溶液中通入适量的向吸收塔反应后的溶液中通入适量的Cl2，将，将HBr氧化生成氧化生成Br2，Cl2+2HBr=2
12、HCl+Br2。再利用水蒸气在蒸馏塔中蒸。再利用水蒸气在蒸馏塔中蒸馏分离出溴蒸气。最后通过冷凝器将溴蒸气冷凝，得到液馏分离出溴蒸气。最后通过冷凝器将溴蒸气冷凝，得到液溴溴注注（1）不能利用最初得到的含不能利用最初得到的含Br2的海水直接蒸的海水直接蒸馏获取液态溴，因为此时溶液中馏获取液态溴，因为此时溶液中Br2的浓度较低的浓度较低，若直接蒸馏，处理量大，成本高。需要将生，若直接蒸馏，处理量大，成本高。需要将生成的溴进一步转化为化合态以达到富集的目的成的溴进一步转化为化合态以达到富集的目的，然后再进一步将化合态的溴转变为，然后再进一步将化合态的溴转变为Br2，以达，以达到提取的目的。到提取的目的
13、。 （2）空气吹出法从海水中提溴，主要是利用）空气吹出法从海水中提溴，主要是利用Br2沸点低，易挥发，能被热空气和沸点低，易挥发，能被热空气和H2O(g)以以溴蒸气形式吹入吸收塔的原理。溴蒸气形式吹入吸收塔的原理。 （3）富集过程中的常见吸收剂还有纯碱溶液）富集过程中的常见吸收剂还有纯碱溶液，原理为：，原理为：吸收：吸收：3Br2+3Na2CO3=5NaBr+NaBrO3+3CO2酸化：酸化：3H2SO4+5NaBr+NaBrO3=3Br2+3Na2SO4+3H2O（三）海水资源的综合利用（三）海水资源的综合利用除此之外，从海水中提取铀和除此之外，从海水中提取铀和重水具有一定的战略意义；潮重水
14、具有一定的战略意义；潮汐能、波浪能等新型能源的开汐能、波浪能等新型能源的开发和利用也越来越受到重视发和利用也越来越受到重视三、煤、石油和天然气的综合利用三、煤、石油和天然气的综合利用 （一）煤的组成及综合利用（一）煤的组成及综合利用 1、煤的组成：、煤的组成： 煤是由有机物和少量无机物组成的复杂煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，其组成元素以碳元素为主，还混合物，其组成元素以碳元素为主，还含有少量的氢、氧、氮、硫等元素含有少量的氢、氧、氮、硫等元素 2、煤的分类：、煤的分类： 按照含碳量逐渐降低的顺序排列为：按照含碳量逐渐降低的顺序排列为： 无烟煤、烟煤、褐煤、泥煤无烟煤、烟煤、褐煤、泥
15、煤 3、煤的综合利用途径 （1）煤的干馏）煤的干馏 定义：定义： 煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使之分解的煤的干馏是指将煤隔绝空气加强热使之分解的过程，工业上也叫煤的焦化。属于化学变化过程，工业上也叫煤的焦化。属于化学变化 主要产品和用途主要产品和用途 产品产品 主要成分主要成分 用途用途 出炉出炉煤气煤气焦炉气焦炉气 粗氨水粗氨水 粗苯粗苯 氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳 气体燃料、化工原料气体燃料、化工原料 氨、铵盐氨、铵盐 苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯 煤焦油煤焦油 苯、甲苯、二甲苯苯、甲苯、二甲苯 化肥、炸药、染料、化肥、炸药、染料、医药、农药、合成材料医药、
16、农药、合成材料 酚类、萘酚类、萘 染料、医药、农药、合成材料染料、医药、农药、合成材料 沥青沥青 筑路材料、制碳素电极筑路材料、制碳素电极 焦炭焦炭 碳碳 冶金、合成氨造气、电石、燃料冶金、合成氨造气、电石、燃料 （2）煤的气化 定义：定义： 煤的气化是将煤转化为可燃性气体的过程，煤的气化是将煤转化为可燃性气体的过程，主要反应是碳与水蒸气反应生成水煤气等主要反应是碳与水蒸气反应生成水煤气等 主要反应：主要反应： C+H2O(g)CO+H2 CO和和H2的混合气体叫做水煤气的混合气体叫做水煤气 目的目的： 获得高效清洁燃料获得高效清洁燃料 （3）煤的液化定义定义： 煤的液化是把煤转化为液体燃料的
17、过程煤的液化是把煤转化为液体燃料的过程 分类：分类： 直接液化：直接液化： 煤煤+氢气氢气 液体燃料液体燃料 催化剂催化剂间接液化：间接液化： 煤煤一氧化碳和氢气一氧化碳和氢气 甲醇等液体燃料甲醇等液体燃料 催化剂催化剂化学变化化学变化（二）天然气的综合利用 1、主要成分、主要成分： CH4 2、用途、用途： 3、天然气的水合物可燃冰三、石油的综合利用1、石油的组成：、石油的组成： 石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，无石油是由多种碳氢化合物组成的混合物，无固定的熔沸点固定的熔沸点 注：石油的组成成分中，在常温常压下有的呈气态，有的呈液注：石油的组成成分中，在常温常压下有的呈气态，有的呈液 态
18、，还有的呈固态，即石油各组分之间沸点差距很大态，还有的呈固态，即石油各组分之间沸点差距很大 2、石油的综合利用途径、石油的综合利用途径 （1）分馏）分馏 定义：定义： 利用原油中各组分沸点的不同进行分离的过程利用原油中各组分沸点的不同进行分离的过程 分类：分类： 常压分馏：常压分馏： 、主要原料：原油、主要原料：原油、条件：常压加热、条件：常压加热 、目的：将原油分离成轻质油等各种产物、目的：将原油分离成轻质油等各种产物 、主要产品：石油气、汽油、煤油、柴油、重油等、主要产品：石油气、汽油、煤油、柴油、重油等 减压分馏：减压分馏： 、主要原料：重油、主要原料：重油 、条件：减压加热、条件：减压
19、加热 、目的：将重油充分分离并防止炭化、目的：将重油充分分离并防止炭化 、主要产品：柴油、润滑油、凡士林、石蜡、沥青等、主要产品：柴油、润滑油、凡士林、石蜡、沥青等 变化类型：变化类型： 物理变化物理变化 （2）裂化 定义：定义： 在一定条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂成在一定条件下，把相对分子质量大、沸点高的烃断裂成相对分子质量较小、沸点较低的烃相对分子质量较小、沸点较低的烃 目的：目的： 提高轻质油（特别是汽油）的产量和质量提高轻质油（特别是汽油）的产量和质量 主要原料：主要原料： 重油重油 条件：条件： 催化剂、加热催化剂、加热主要产品：主要产品： 汽油汽油 变化类型：变化类型：
20、 化学变化化学变化 （3）裂解： 定义：定义： 在高温下把石油分馏产物（包括石油气）中的长链烃断在高温下把石油分馏产物（包括石油气）中的长链烃断裂成乙烯、丙烯等短链烃。裂解就是深度裂化裂成乙烯、丙烯等短链烃。裂解就是深度裂化 目的：目的： 获得短链气态不饱和烃获得短链气态不饱和烃 主要原料：主要原料： 含有直链烷烃的石油分馏产物（包括石油气）含有直链烷烃的石油分馏产物（包括石油气） 条件：条件： 催化剂、高温催化剂、高温主要产品：主要产品： 乙烯、丙烯、丁二烯等气态烃与少量液态烃乙烯、丙烯、丁二烯等气态烃与少量液态烃 变化类型：变化类型： 化学变化化学变化 （4）催化重整定义：定义： 在加热和
21、催化剂的作用下，通过结构的重新调整，使链在加热和催化剂的作用下，通过结构的重新调整，使链状烃转化为环状烃的过程状烃转化为环状烃的过程 目的：目的： 获得苯、甲苯等产品获得苯、甲苯等产品 注：注：1、石油分馏所得的汽油为、石油分馏所得的汽油为直馏汽油直馏汽油，多为，多为饱和烃饱和烃。石油裂。石油裂化所得汽油叫化所得汽油叫裂化汽油裂化汽油，其中含有，其中含有不饱和烃不饱和烃，能与卤素单质反，能与卤素单质反应，因而当用汽油萃取水中卤素单质时，需选用直馏汽油应，因而当用汽油萃取水中卤素单质时，需选用直馏汽油2、石油裂化和裂解的主要反应：、石油裂化和裂解的主要反应：3、以煤、石油和天然气为原料生产合成材
22、料、以煤、石油和天然气为原料生产合成材料 （1）目前多数石油产品仍作为燃料使用，只有一部分转化为化）目前多数石油产品仍作为燃料使用，只有一部分转化为化工、纺织、建材、医药、日用化学品等行业的基本原料工、纺织、建材、医药、日用化学品等行业的基本原料（2）以煤、石油、天然气为原料，通过化学反应获）以煤、石油、天然气为原料，通过化学反应获得许多性能优异的合成高分子材料，如：塑料、合成得许多性能优异的合成高分子材料，如：塑料、合成橡胶、合成纤维橡胶、合成纤维四、“三馏”的比较 干馏干馏 蒸馏蒸馏 分馏分馏 原理原理 产物产物 反应反应类型类型 隔绝空气、高温下隔绝空气、高温下使物质分解使物质分解 根据
23、液态混合物中各根据液态混合物中各组分沸点不同进行分组分沸点不同进行分离离 与蒸馏原理相同与蒸馏原理相同 产物为混合物产物为混合物 产物为单一组分产物为单一组分的纯净物的纯净物 产物为沸点不同的各产物为沸点不同的各组分组成的混合物组分组成的混合物 化学变化化学变化 物理变化物理变化 物理变化物理变化 五、工业“六气”小结 名称名称 来源来源 主要成分主要成分 用途用途 高炉煤气高炉煤气 水煤气水煤气 石油气石油气 天然气天然气 裂解气裂解气 焦炉气焦炉气 炼铁高炉炼铁高炉 CO2、CO、N2、H2、CH4 燃料燃料 水煤气炉水煤气炉 CO、H2 燃料、化工原料燃料、化工原料 油田油田 C4 以下的以下的 燃料、化工原料燃料、化工原料 天然气田、油田天然气田、油田 甲烷甲烷 燃料、化工原料燃料、化工原料 裂解炉裂解炉 乙烯、丙烯、乙烯、丙烯、1，3-丁二烯、丁二烯、甲烷、乙烷甲烷、乙烷 化工原料化工原料 炼焦炉炼焦炉 H2、CH4、CO、C2H4 燃料、化工原料燃料、化工原料
