高考化学与自然资源的开发利用

高考化学与自然资源的开发利用

‎7月28号讲义 化学与自然资源的开发利用、实验基础 一．金属矿物的开发利用 ‎1.金属元素在自然界存在的形态：‎ ‎（1）游离态：极少数的不活泼金属（金、铂等）以游离态存在（单质的形式）‎ ‎（2）化合态：绝大多数金属在自然界中是以化合态（化合物的形式）存在，如铝以铝土矿形式存在，铁以铁矿石形式存在。‎ ‎2.金属的冶炼：金属冶炼是工业上将金属从含有金属元素的矿石中还原出来的生产过程。‎ ‎（1）金属冶炼的一般方法：金属的活动性不同，冶炼的方法不同。‎ ‎①热分解法：对于不活泼金属（活动顺序中，Hg及Hg以后）可以直接用加热分解的方法将金属从其化合物中还原出来，例如： 2HgO2Hg+O2↑ 2Ag2O4Ag+O2↑‎ ‎②热还原法：在金属活动性顺序表中处于中间位置的金属（Zn-------Cu), 通常是在高温下用还原剂（C、CO、H2、活泼金属等）将金属从其化合物中还原出来，例如：‎ ‎ Fe2O3+3CO 2Fe + CO2↑ ZnO + C Zn + CO↑‎ Fe2O3+2Al 2Fe + Al2O3（铝热反应）‎ ‎ 【实验】铝热反应 I.操作：‎ ‎(1)把两张滤纸分别折叠成漏斗状套在一起（内层滤纸底部剪一小孔，用水 湿润）架在铁架台上，下面放置一盛沙子的蒸发皿。‎ ‎(2)将5g干燥的氧化铁粉末和2g铝粉均匀混合后放入纸漏斗中，混合物上面加少量氯酸钾固体，中间插一根用砂纸打磨过的镁条。‎ ‎(3)用燃着的小木条点燃镁条，观察现象。‎ Ⅱ.现象：‎ ‎(1)镁条剧烈燃烧，并发出耀眼的白光。‎ ‎(2)引起混合物剧烈燃烧，发光发热。‎ ‎(3)纸漏斗的下部被烧穿，有熔融物落入沙中。待熔融物冷却后，除去外层熔渣（Al2O3)，可以发现落下的是铁珠。‎ Ⅲ.反应： Fe2O3+2Al 2Fe+Al2O3（铝热反应）‎ ‎ Ⅳ.铝热剂及应用：‎ ‎ (1)铝热剂：铝粉与某些金属（比铝不活泼的金属）氧化物的混合物。在高温下发生反应，放出大量的热，其混合物称为铝热剂；反应称为铝热反应。‎ ‎(2)铝热反应的特点：在高温下引燃后剧烈反应，放出大量的热，产生高温，使被还原出来的金属熔化，与熔渣分离。体现铝的还原性、氧化铝高熔点的性质。‎ ‎(3)铝热反应的应用：①焊接钢轨 ②冶炼高熔点金属 ‎③电解法：非常活泼的金属（活动顺序中：K------ Al）用一般的还原剂很难将它们还原出来，通常采用电解熔融的金属化合物的方法冶炼活泼金属，例如：‎ ‎2NaCl（熔融） 2Na + Cl2↑ MgCl2（熔融） Mg + Cl2↑2Al2O3 （熔融）4Al + 3O2↑‎ ‎ ※有些金属可以利用氧气从其硫化物中冶炼出来，例如：冶炼铜Cu2S + O2 2Cu + SO2‎ - 11 -‎ ‎7月28号讲义 化学与自然资源的开发利用、实验基础 ‎【总结】金属活动顺序表中不同金属冶炼方法的选择 电解法 热还原法 热分解法 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag ‎ ‎ ‎ ‎ ‎ 常见金属的冶炼原理（表格看必修二课本P89）‎ 二、 海水资源的开发利用 ‎ ‎ ① 从海水中提取淡水——海水淡化 ‎ 海水资源的开发利用 ②海水提取食盐 ‎ ③从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品 ‎ ④海水提取镁 ‎ 1.海水水资源的利用：海水中水的储量约占全球总水量的97％。海水中水资源的利用，主要包括 海水的淡化直接利用海水进行 循环冷却 。‎ ‎ 海水淡化的方法：主要有 蒸馏法 、电渗析法 、离子交换 法等。‎ ‎ ‎ ‎ 海水蒸馏原理示意图 ‎ ‎2.海水中的化学资源的开发利用：‎ I. 从海水中提取食盐的主要工艺流程：（粗盐提纯）必修一P5‎ Ⅱ.从海水中提取镁的主要工艺流程：镁是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁从海水中提取。‎ 溶液 主要步骤如下：‎ 海水（主要 含NaCl 和MgSO4）‎ Mg 无水 MgCl2‎ MgCl2‎ 溶液 Mg(OH) 2‎ 沉淀 ‎ 试剂①‎ 熔融 电解 ‎ 试剂②‎ （1） 为了使MgSO4转化为Mg（OH）2，试剂①可以选用 NaOH ，要使MgSO4完全转化为沉淀，加入试剂①的量应 过量 ；验证MgSO4已完全转化为Mg（OH）2的方法是 取上层清液，加入NaOH溶液，不生成沉淀 。‎ （2） 加入试剂①后，能够分离得到Mg（OH）2沉淀的方法是 过滤 。‎ （3） 试剂②可以选用  HCl  。‎ - 11 -‎ ‎7月28号讲义 化学与自然资源的开发利用、实验基础 （1） 无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl2，化学方程式为： MgCl2（熔融） Mg + Cl2↑ ‎ ‎ Ⅲ. 从海水中提取溴的主要工艺流程 ‎ （1）用蒸馏法将海水浓缩。用硫酸将浓缩的海水酸化。‎ ‎（2）向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质。反应的化学方程式为：‎ ‎2NaBr + Cl2 == Br2 + 2NaCl ；‎ ‎（3）向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的，反应的化学方程式为：Br2 + SO2 + 2H2O == 2HBr + H2SO4‎ ‎（4）向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气，得到高浓度的溴单质，反应的化学方程式为：2HBr+ Cl2 == 2HCl+ Br2‎ ‎（5）用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质，得到产品溴。‎ ‎◎根据上面的描述画出这一过程的流程图：‎ Ⅳ、从海带中提取碘 ‎（1）反应原理：海带中的碘元素主要以I-的形式存在，提取时用适当的氧化剂（如绿色氧化剂H2O2)将其氧化成I2，再用有机溶剂将I2萃取出来。‎ ‎ 用H2O2做氧化剂，反应的离子方程式是：2I-+ H2O2 + 2H+ == I2 + 2H2O 。‎ 实验时先将干海带灼烧去除有机物，剩余物再用H2O2、H2SO4处理，使得I—被氧化成I2。‎ ‎（2）操作步骤：‎ ‎①取约3g干海带，把表面的浮着物用刷子刷净（不要用水冲洗，以免洗去表面的碘化物），用剪刀剪碎后，‎ 用酒精湿润，放入坩埚中。点燃酒精灯，灼烧海带至完全变为灰烬（注意通风）停止加热，冷却。‎ ‎②将海带灰转移到小烧杯中，向其中加入10ml蒸馏水，搅拌、煮沸2～3min ,过滤。‎ ‎ ③在滤液中滴入几滴稀硫酸（3mol/l）,再加入1mL H2O2（3%），现象：溶液 变棕黄色 。 再加入几滴淀粉溶 ‎ 液，现象是：溶液 变蓝色 。‎ ‎（3）提取I2流程：‎ ‎ 含碘单质的有机溶液 含碘单质的溶液 试剂 残渣 含碘元素的溶液 灼烧 干海带 溶解，过滤 海带灰 ‎ ‎ Ⅴ、海水提取镁Mg 必修二课本P93习题4‎ 三、煤、石油、天然气的综合利用 - 11 -‎ ‎7月28号讲义 化学与自然资源的开发利用、实验基础 ‎1．煤的综合利用 煤是由__________和少量__________组成的__________，主要含有____元素，还含有少量____、____、____、______等元素。‎ ‎(1)煤的干馏 原理：把煤______________使其分解的过程。煤的干馏是一个复杂的______________变化过程。‎ ‎(2)煤的气化 将煤中的____________转化为__________的过程，目前主要方法是碳和水蒸气反应制水煤气。化学方程式为________________________。‎ ‎(3)煤的液化 ‎①__________液化 煤＋氢气液体燃料 ‎② 液化 煤＋水水煤气甲醇等 ‎2．天然气的综合利用 天然气的主要成分是________，它是一种________的化石燃料，更是一种重要的化工原料。‎ ‎3．石油的综合利用 ‎(1)石油的成分 石油主要是由多种____________组成的混合物 ‎(2)石油的分馏、裂化、裂解的比较 分馏： ，属于 变化 裂化： ，属于 变化 裂解： ，属于 变化 ‎3、各种工业制气的主要成分 名称 来源 主要成分 用途 水煤气 水煤气炉 CO、H2等 燃料、化工原料 裂解气 裂解炉 ‎“三烯二烷”‎ 石油化工原料 焦炉气 炼焦炉 H2、CH4、C2H4等 燃料、化工原料 天然气 天然气田、油田 甲烷 燃料、化工原料 5. 三大合成材料是指 、 、 ‎ 四、实验基础 （一） ‎、常用的化学仪器的分类及使用方法 1. 可加热的仪器 (1) 可直接加热的玻璃或陶瓷的仪器：试管 坩埚 蒸发皿 硬质玻璃管 ‎ ‎ ‎①试管的主要用途：少量物质(溶液)之间的反应器、盛放少量药品、溶解少量物质、收集少量气体、固+固加热制气的反应器(如:O2、NH3等）、组装有关液体的简易装置 - 11 -‎ ‎7月28号讲义 化学与自然资源的开发利用、实验基础 ‎ ‎ ‎ ‎ ‎②坩埚的主要用途：高温灼烧固体 ‎【注意事项】1.把坩埚放在三脚架上的泥三角（上页最后一个图）上直接加热 2. 取、放坩埚时应用坩埚钳 3. 高温灼烧后的坩埚应放在石棉网上冷却 ‎③蒸发皿的主要用途：蒸发、浓缩、结晶 ‎【注意事项】1.把蒸发皿放在三脚架上的泥三角上或用铁圈直接加热 2. 蒸发或浓缩时要用玻璃棒不断搅拌 3.当有大量晶体析出时(或剩余少量溶液或溶液即将蒸干时)时停止加热.‎ (1) 可间接加热的玻璃仪器(垫石棉网)：烧杯、烧瓶、蒸馏烧瓶、锥形瓶 烧杯 蒸馏烧瓶 圆底烧瓶 平底烧瓶 锥形瓶 蒸馏烧瓶主要用途：蒸馏或分馏 ‎【注意事项】1.装液量不超过蒸馏烧瓶容积的2/3 ‎ ‎2.加碎瓷片或沸石防止暴沸 3.蒸馏时温度计水银球位置(支管口处) 4.冷却水流向：下进上出 ‎ ‎ ‎ (3)不能加热的玻璃仪器 ‎ ‎ ‎ 2. 用于物质分离的仪器：漏斗、蒸发皿、蒸馏烧瓶、分液漏斗 - 11 -‎ ‎7月28号讲义 化学与自然资源的开发利用、实验基础 ‎ ‎ （二） 基本实验操作 1、 气密性的检查（各种装置的气密性检查方法归纳）‎ 一般说来，无论采用那种装置制取气体，在成套装置组装完毕装入反应物之前，必须检查装置的气密性，以确保实验的顺利进行。 ‎ 一、基本方法：‎ ‎①受热法：将装置只留下1个出口，并先将该出口的导管插入水中，后采用微热（手捂、热毛巾捂、酒精灯微热等），使装置内的气体膨胀。观察插入水中的导管是否有气泡。停止微热后，导管是否出现水柱。‎ ‎②液差法：如启普发生器气密性检查 二、基本步骤：‎ ‎①观察气体出口数目，若有多个出口，通过关闭止水夹、分液漏斗活塞或用水封等方法，只装置只剩一个气体出口。‎ ‎②采用加热法、水压法、等进行检查 ‎③观察气泡、水柱等现象得出结论。‎ ‎【注】：若连接的仪器很多，应分段检查。‎ 三、实例 ‎【例1】如何检查图A装置的气密性 ‎ ‎ 图A 图B ‎ ‎ 方法：如图B将导管出口埋入水中，用手掌或热毛巾焐容积大的部位，看水中的管口是否有气泡逸出， 过一会儿移开焐的手掌或毛巾，观察浸入水中的导管末端有无水上升形成水柱。若焐时有气泡溢出，移开焐的手掌或毛巾，有水柱形成，说明装置不漏气。‎ ‎【例2】请检查下面装置的气密性 ‎ - 11 -‎ ‎7月28号讲义 化学与自然资源的开发利用、实验基础 方法：关闭分液漏斗活塞，将将导气管插入烧杯中水中，用酒精灯微热园底烧瓶，若导管末端产生气泡，停止微热，有水柱形成，说明装置不漏气。‎ ‎【例3】启普发生器气密性检查的方法， ‎ ‎ ‎ 图A 图B 图C ‎ 方法：如图所示。关闭导气管活塞，从球形漏斗上口注入水，待球形漏斗下口完全浸没于水中后，继续加入适量水到球形漏斗球体高度约1/2处，做好水位记号 静置几分钟，水位下降的说明漏气，不下降的说明不漏气。‎ ‎【例4】检查下面有长颈漏斗的气体发生装置的气密性。 ‎ ‎ ‎ 方法1：同启普发生器。…若颈中形成水柱，静置数分钟颈中液柱不下降，说明气密性良好，否则说明有漏气现象。‎ 方法2：向导管口吹气，漏斗颈端是否有水柱上升 用橡皮管夹夹紧橡皮管，静置片刻，观察长颈漏斗颈端的水柱是否下落若吹气时有水柱上升，夹紧橡皮管后水柱不下落，说明气密性良好。‎ ‎【例5】检查图A所示简易气体发生器的气密性。‎ ‎ ‎ ‎ 图A 图B 方法：关闭K，把干燥管下端深度浸入水中（图B所示），使干燥管内液体面低于烧杯中水的液面，静置一段时间，若液面差不变小，表明气密性良好。‎ ‎【例6】‎ ‎ ‎ 图A 图B 方法：如图所示。关闭导气管活塞，从U型管的一侧注入水，待U型管两侧出现较大的高度差为止， 静置几分钟，两侧高度差缩小的说明漏气，不缩小的说明不漏气。‎ ‎【例】如下图所示为制取氯气的实验装置：盛放药品前，怎样检验此装置的气密性？‎ A ‎ B ‎ C ‎ D ‎ - 11 -‎ ‎7月28号讲义 化学与自然资源的开发利用、实验基础 方法：向B、D中加水使导管口浸没在水面下，关闭分液漏斗活塞，打开活塞K，微热A中的圆底烧瓶，D中导管有气泡冒出；停止加热，关闭活塞K片刻后，D中导管倒吸入一段水柱，B中没入液面的导管口会产生气泡。有这些现象说明气密性良好。储气作用、防堵塞防倒吸安全瓶作用 ‎【例7】如何检查下面装置的气密性？‎ 分析：较复杂的实验装置，一次性检查效果不好，可以分段检查气密性。如用止水夹夹住b、C装置间的导管的橡皮管，并关闭分液漏用酒精灯在a装置下微热，若b装置中的导管产生一段水柱，表明止水夹前面的装置气密性良好。再在C处的锥形瓶中用酒精灯微热，若e处出现气泡，停止微热，插在e处液面下的导管产生一段液柱，表明这部分装置的气密性良好。‎ 1、 分液漏斗的使用（必修一P9）‎ 2、 容量瓶的使用（必修一P16）‎ 3、 洗涤沉淀 (三) 常见的离子检验 ‎1、常见阳离子检验 离子 检验试剂 实验步骤 实验现象 离子方程式  ‎ H+‎ ‎①酸度计②pH试纸③石蕊试液 ‎①将酸度计的探头浸泡在待测液中②用玻璃棒蘸取少量待测液滴到干燥的pH试纸上③取样，滴加石蕊试液 ① ‎、②pH<7‎ ‎③石蕊变红 K+‎ 焰色反应 ‎①铂丝用盐酸洗涤后在火焰上灼烧至原火焰色②蘸取溶液，放在火焰上灼烧，观察火焰颜色。‎ 浅紫色（通过蓝色钴玻璃片观察钾离子焰色）‎ Na+‎ 焰色反应 火焰分别呈黄色 NH4+‎ NaOH溶液(浓)‎ 取少量待测溶液于试管中，加入NaOH浓溶液并加热，将湿润红色石蕊试纸置于试管口 加热，生成有刺激性气味、使湿润红色石蕊试纸变蓝的气体 Ag+‎ 稀HNO3、稀盐酸（或NaCl）‎ 取少量待测溶液于试管中，加入稀HNO3再加入稀盐酸（或NaCl）‎ 生成白色沉淀，不溶于稀HNO3‎ Ag++Cl－＝AgCl↓‎ - 11 -‎ ‎7月28号讲义 化学与自然资源的开发利用、实验基础 Ba2+‎ ‎①稀H2SO4或可溶性硫酸盐溶液②稀HNO3‎ 取少量待测溶液于试管中，加入稀H2SO4再加入稀HNO3‎ 产生白色沉淀，且沉淀不溶于稀HNO3‎ Ba2++ SO42-=BaSO4↓‎ Fe3+‎ KSCN溶液 取少量待测溶液于试管中，加入KSCN溶液 变为血红色溶液 Fe3++3SCN－＝Fe(SCN)3 ‎ 加苯酚 取少量待测溶液于试管中，加苯酚 溶液显紫色 淀粉KI溶液 滴加淀粉KI溶液 溶液显蓝色 ‎2Fe3++2I－＝2Fe2++ I2‎ 加NaOH溶液 加NaOH溶 产生红褐色沉淀 Fe3++3OH－＝Fe(OH)3↓‎ Fe2+‎ ‎①KSCN溶液，新制的氯水 ‎①取少量待测溶液于试管中，加入KSCN溶液，新制的氯水 ‎①加入KSCN溶液不显红色，加入少量新制的氯水后，立即显红色。‎ ‎2Fe2+ + Cl22Fe3+ + 2Cl-‎ Fe3++3SCN－＝Fe(SCN)3‎ ‎②加NaOH溶液 ‎②取少量待测溶液于试管中，加入NaOH溶液并露置在空气中 ‎②开始时生成白色Fe(OH)2沉淀，迅速变成灰绿色，最后变成红褐色Fe(OH)3沉淀。‎ Fe2++2OH — =Fe(OH)2↓　 ‎ ‎4Fe(OH)2十O2+2H2O=4Fe(OH)3‎ ‎③（无其它还原性物质如SO32-）酸性高锰酸钾 取少量待测溶液于试管中，加入酸性高锰酸钾溶液 加入酸性高锰酸钾溶液紫色褪去 Al3+‎ NaOH溶液 取少量待测溶液于试管中，逐滴加入NaOH溶液至过量 加入适量NaOH溶液后生成白色沉淀，该沉淀溶于过量NaOH溶液中 Al3++3OH－＝Al(OH)3↓‎ Al(OH)3+OH－＝AlO2-+ 2H2O Cu2+‎ NaOH溶液 取少量待测溶液于试管中，加入NaOH溶液 加入适量NaOH溶液后生成蓝色沉淀 Cu++2OH－＝Cu(OH)2↓‎ ‎2、常见阴离子的检验 离子 检验试剂 实验步骤 实验现象 离子方程式  ‎ OH-‎ ‎①pH试纸②酚酞或石蕊试液 ‎①用玻璃棒蘸取少量待测液滴到干燥的pH试纸上 ‎②取样，滴加石蕊试液 ‎①pH>7‎ ‎②酚酞变红或石蕊变蓝 CO32-‎ ‎①BaCl2溶液、稀盐酸 取少量待测溶液于试管中，加入BaCl2溶液再向沉淀中加入稀盐酸。‎ ‎1．加入BaCl2溶液后生成白色沉淀，沉淀溶于稀盐酸，并放出无色无味气体 Ba2++ CO32-=BaCO3↓‎ BaCO3+2H+＝Ba2++CO2↑+H2O ‎ - 11 -‎ ‎7月28号讲义 化学与自然资源的开发利用、实验基础 ‎②稀盐酸、Ca(OH)2溶液 取少量待测溶液于试管中，加入稀盐酸后放出的气体通入使澄清的Ca(OH)2溶液 ‎2．加入稀盐酸后放出无色无味气体，通入澄清的Ca(OH)2溶液变浑浊 CO32-+2H+=H2O+CO2↑‎ Ca2++2OH－+CO2＝CaCO3↓+H2O SO42-‎ BaCl2溶液、稀硝酸或稀盐酸 取少量待测溶液于试管中，加入BaCl2溶液再向沉淀中加入稀盐酸。‎ 生成不溶于稀硝酸或稀盐酸的白色沉淀 Ba2++ SO42-=BaSO4↓‎ SO32-‎ ‎①稀盐酸、品红溶液 取少量待测溶液于试管中，加入稀盐酸后放出的气体通入品红溶液 加入稀盐酸后放出的气体使品红溶液褪色 SO32-+2H+=H2O+SO2↑‎ ‎②BaCl2溶液、稀盐酸 取少量待测溶液于试管中，加入BaCl2溶液再向沉淀中加入稀盐酸。‎ 加入BaCl2溶液后生成白色沉淀，沉淀溶于稀盐酸，并放出刺激性气味的气体 SO32-+2H+=H2O+SO2↑‎ Cl－‎ AgNO3溶液、稀硝酸或稀盐酸 取少量待测溶液于试管中，加入AgNO3溶液，再向沉淀中加入稀盐酸。‎ 生成不溶于稀硝酸或稀盐酸的白色沉淀 Ag++Cl－＝AgCl↓‎ Br－‎ AgNO3溶液、稀硝酸或稀盐酸 生成不溶于稀硝酸或稀盐酸的浅黄色沉淀 Ag++Br－＝AgBr↓‎ I－‎ ‎①AgNO3溶液、稀硝酸 ‎①生成不溶于稀硝酸的黄色沉淀 Ag++I－＝AgI↓‎ ‎②新制氯水，淀粉溶液 取少量待测溶液于试管中，加入新制氯水，再加入淀粉溶液 ‎②滴入新制Cl2，振荡后再滴入淀粉溶液，变蓝 Ag++I－＝AgI↓‎ ‎2I-+Cl2=I2+2Cl- ‎ ‎ I2遇淀粉变蓝 ClO-‎ HCl、淀粉-KI 取少量待测溶液于试管中，加入HCl溶液，然后加入淀粉-KI溶液 淀粉-KI溶液变蓝 HCl、石蕊 取少量待测溶液于试管中，加入HCl溶液，然后加入石蕊试液 石蕊先变红后褪色 NO3—‎ 试液浓缩后加浓硫酸和铜片，加热 取少量待测液浓缩后置于试管中，加入浓硫酸和铜片，加热 有红棕色气体放出 （四） 高考常考的实验装置 ‎1、恒压装置 ‎ 2、防倒吸装置 ‎ ‎ ‎ ‎3、排水量气装置 - 11 -‎ ‎7月28号讲义 化学与自然资源的开发利用、实验基础 ‎4、安全瓶 ‎ ‎ - 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