高中化学新人教版选修2系列课件化学与技术 第二单元化学与资源开发利用教学目标教学目标1.知道化学在水处理中的应用。2.了解化学在水污染处理中的具体应用，认识化学与社会发展的关系；掌握氯碱工业、海水提溴、海水冶炼镁的化学原理；了解海水的综合利用，认识化学科学发展对自然资源利用的作用。.掌握煤、石油和天然气等综合利用中基本的化学原理。.通过调查讨论煤、石油和天然气等综合利用的最新进展。.了解我国基本化工的生产资源、基本化工产品的主要种类和发展概况。第一节获取洁净的水 第二章化学与资源开发利用2、你认为水污染还有其它原因吗？、你认为水污染还有其它原因吗？一、天然水的净化一、天然水的净化 实实验验：在在一一杯杯浑浑浊浊的的黄黄河河水水中中撒撒入入一一药药匙匙明明矾矾粉粉末末，观观察察现现象象。写写出出有有关关的的离离子方程式。子方程式。KAlKAl（SOSO4 4）2 2= Al= Al3+3+ +K +K+ +2 SO+2 SO4 42-2-AlAl3+3+ + 3H + 3H2 2O O Al(OH)3+3H+ 分组实验分组实验2-1 2-1 结论：绿矾净水效果不如明矾绿矾溶于水呈酸性，但碱性条件下更易氧化，使用时将PH调至9，变成效果更好的三价铁离子水水中中呈呈胶胶体体状状态态的的污污染染物物质质，通通常常都都带带有有负负电电荷荷，若若向向水水中中投投加加带带相相反反电电荷荷的的电电解解质质（混混凝凝剂剂），可可是是污污水水中中的的胶胶体体颗颗粒粒失失去去稳稳定定性性，并并在在分分子子引引力力作作用用下下凝凝聚聚成成大大颗颗粒粒而而下下沉沉。通通过过混混凝凝法法可可除除去去污污水水中中细细分分散散固固体体颗颗粒粒、乳乳状状油油及及胶胶状状物物质质。目目前前常常用用的的混混凝凝剂剂有有：明明矾矾、碱式氯化铝、铁盐等。碱式氯化铝、铁盐等。注注意意：含含铝铝混混凝凝剂剂处处理理饮饮用用水水的的安安全全性。性。硬水和软水硬水溶有溶有较多量的多量的钙离子，离子，镁离子的水。离子的水。如如矿泉水，自来水，以及自然界中的泉水，自来水，以及自然界中的地面水和地地面水和地 下水等。下水等。软水只溶有少量或者不含只溶有少量或者不含钙离子，离子，镁离子的离子的水。水。如雨水，雪水，如雨水，雪水，纯净水等。水等。返回返回矿泉水和蒸馏水矿泉水和蒸馏水有什么区别？有什么区别？1实验2、化学软化、化学软化硬度 硬度*最初硬度是指水能溶解肥皂的程度最初硬度是指水能溶解肥皂的程度*现在主要指水中含钙离子镁离子的浓度现在主要指水中含钙离子镁离子的浓度硬度定义硬度定义1 1升水中含有升水中含有10mmgCaO 10mmgCaO 或者或者相当于相当于10mmgCaO)10mmgCaO)称为称为1 1度（度（1 1。) )硬度的种类暂时硬度J CaCO CaCO3 3+H+H2 2O+COO+CO2 2= Ca(HCO= Ca(HCO3 3) )2 2*定义：由Ca（HCO3)2和Mg（HCO3)2引起的硬度L思考：暂时硬度可以用什么方法消除？桂林地区有很多的溶洞，是怎么形成的？溶洞中和附近的水有什么特点？煮沸暂时硬水时的反应： Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2 CaCOCaCO3 3 +H+H2 2O OCOCO2 2Mg(HCOMg(HCO3 3) )2 2 MgMgCOCO3 3 +H+H2 2O OCOCO2 2请翻看书后的溶解度附表，请翻看书后的溶解度附表，说出说出CaCOCaCO3 3 和和MgMgCOCO3 3 溶解度溶解度的差别。的差别。CaCOCaCO3 3不溶，不溶， MgMgCOCO3 3 微溶微溶所以碳酸镁在进一步加热的条件下所以碳酸镁在进一步加热的条件下还可以与水反应生成更难溶的氢氧化镁。还可以与水反应生成更难溶的氢氧化镁。MgMgCOCO3 3 +H+H2 2O O = = Mg(OH)Mg(OH)2 2 +CO +CO2 2实验二所以水垢的主要成分是所以水垢的主要成分是CaCOCaCO3 3和和Mg(OH)Mg(OH)2 2 ，可以用稀盐酸洗，但是为了防止腐蚀设备，可以用稀盐酸洗，但是为了防止腐蚀设备，需要加入合适的缓蚀剂。需要加入合适的缓蚀剂。永久硬度？思考：钙和镁形成的可溶性盐还有哪些？思考：钙和镁形成的可溶性盐还有哪些？还有：硫酸钙还有：硫酸钙硫酸镁硫酸镁氯化钙氯化钙硝酸钙硝酸钙硝酸镁硝酸镁？思思考考：可可以以也也象象暂暂时时硬硬水水那那样样煮煮沸沸消消除除吗吗？提示：提示：用反证法思考用反证法思考比如说：假如氯化镁加热煮沸能反应的话，比如说：假如氯化镁加热煮沸能反应的话，生成什么物质？可能吗？生成什么物质？可能吗？ 定义：定义： 由钙镁硫酸盐和氯化物引起的，不能由钙镁硫酸盐和氯化物引起的，不能用煮沸法消除的硬度叫做永久硬度。用煮沸法消除的硬度叫做永久硬度。水的硬度, 看课本：水中有哪些阴离子？哪些阳看课本：水中有哪些阴离子？哪些阳离子？离子？, 水的硬度往往是暂时硬度和永久硬度水的硬度往往是暂时硬度和永久硬度的总和。的总和。？如如何何区区分分蒸蒸馏馏水水，暂暂时时硬硬水水和永久硬水（不止一种方法）和永久硬水（不止一种方法） 阴离子有：阴离子有：HCO3-，CO32-，Cl-，SO42-，NO3-等等阳离子有：阳离子有：Ca2+,Mg2+等等&硬水和软水硬水和软水z硬水：硬度大于硬水：硬度大于8 8度的水度的水z软水：硬度小于软水：硬度小于8 8度的水度的水 自然界中只有雨水、雪水这样的结晶水才是纯自然界中只有雨水、雪水这样的结晶水才是纯软水。软水。蒸馏水蒸馏水 暂时硬水暂时硬水 永久硬水永久硬水煮沸煮沸蒸馏水和永久硬水蒸馏水和永久硬水暂时硬水暂时硬水永久硬水永久硬水肥皂水肥皂水蒸馏水蒸馏水你还能想出其他方你还能想出其他方法来吗？法来吗？返回返回题33.3.有有一一最最硬硬水水，硬硬度度是是由由碳碳酸酸氢镁引引起起的的，测定定硬硬度度为3030度度。取取一一升升这种种水水，常常压下下加加热蒸蒸发，最最后后得得到到残残渣多少克？渣多少克？ 【分析【分析】硬度的计算是把镁离子折算成氧化钙，硬度的计算是把镁离子折算成氧化钙，只含有只含有碳酸氢镁的暂时硬水加热煮沸，的暂时硬水加热煮沸，最后最后得到的残渣是得到的残渣是氢氧化镁氢氧化镁。所以：所以： 水中相当于含有钙离子的质量：水中相当于含有钙离子的质量： m=30m=30度度*10*10毫克毫克/ /度度=300=300毫克毫克钙离子看成是以氧化钙的形式，所以钙离子的物钙离子看成是以氧化钙的形式，所以钙离子的物质的量为质的量为 n=300/56 n=300/56 毫摩尔毫摩尔一个钙离子由一个镁离子折算得到，所以一个钙离子由一个镁离子折算得到，所以n n镁离子镁离子=n=n钙离子钙离子=300/56=300/56毫摩尔毫摩尔=0.3/56=0.3/56摩尔摩尔最后镁离子转化为氢氧化镁，质量为：最后镁离子转化为氢氧化镁，质量为： 0.32/56*58=0.310.32/56*58=0.31克克返回 硬水的危害硬水的危害硬水与人体健康长期饮用硬度过高的水对人体健康不利 高硬度水中与结合SO有苦涩味，还会使人的肠胃功能紊乱，出现站是性的腹胀，排气多，腹泻等现象。久居南方的人初到北方，开始一段时间会出现“水土不服”的现象，是因为北方不少地方饮用硬度比较高的地下水，而时间长了，胃肠逐渐适应后，这种现象就会随之消失。那么硬水毫无是处了吗？不对，否则怎么会有那么多的人要买矿泉水喝呢？原来钙和镁都是生命必需元素中的宏量金属元素科学和医学家们还调查发现，人的某些心血管疾病，如高血压和动脉硬化性心脏病的死亡率，与饮水的硬度成反比，水质硬度低，死亡率反而高。长期饮用过硬或者过软的水都不利与人体健康。我国规定：饮用水的硬度不得超过我国规定：饮用水的硬度不得超过25度度硬水对我们的生产和生活也有很大的危害洗涤浪费肥皂锅炉结成水垢，危害生产所以，我们必须将硬水进行软化。那么，就让我们接着学习硬水软化的方法吧！返回硬水软化的方法煮沸法煮沸法离子交换法离子交换法石灰石灰- -纯碱法纯碱法其他方法其他方法返回返回煮沸法(复习)煮沸暂时硬水时的反应：煮沸暂时硬水时的反应：z MgCO MgCO3 3 H H2 2O O = = Mg(OH)Mg(OH)2 2 +CO +CO2 2z Ca(HCOCa(HCO3 3) )2 2 CaCOCaCO3 3 +H+H2 2O OCOCO2 2z Mg(HCO Mg(HCO3 3) )2 2 MgMgCOCO3 3 +H+H2 2O OCOCO2 2仅仅适用于软化 硬水暂时性暂时性返返回回离子交换法无机离子交换剂无机离子交换剂（例如沸石）（例如沸石）离子交换剂离子交换剂有机离子交换剂有机离子交换剂碳质离子交换剂碳质离子交换剂离子交换树脂离子交换树脂磺化煤磺化煤（黑色颗粒，不溶于酸碱）（黑色颗粒，不溶于酸碱）碳质离子交换剂：磺化煤碳质离子交换剂：磺化煤NaR烟煤和褐煤用发烟硫或烟煤和褐煤用发烟硫或浓硫酸处理后的产物浓硫酸处理后的产物钠离子可以交换水中的钙镁离子钠离子可以交换水中的钙镁离子交换交换：2NaR+Ca2+=CaR2+2Na2NaR+Mg2+=MgR2+2Na+交换过程离子交换柱硬水离子交换剂离子交换柱软水返回交换过程钠离子镁离子或钙离子磺化煤颗粒返回再生交换并非是无止境的。交换并非是无止境的。当交换后的水不再符合软水的标准时，当交换后的水不再符合软水的标准时，磺化煤就失效了，需要磺化煤就失效了，需要& 再生：再生： 用用8 81010的食盐水浸泡的食盐水浸泡 磺化煤交换剂。磺化煤交换剂。 CaRCaR2 2+2Na+2Na=2NaR+Ca=2NaR+Ca2+2+ MgRMgR2 2+2Na+2Na+ +2NaR+Mg2NaR+Mg2+2+再生过程是交换过程的逆过程。水质变化&思考回忆：经思考回忆：经思考回忆：经思考回忆：经过离子交换的水，过离子交换的水，过离子交换的水，过离子交换的水，水质有什么变化？水质有什么变化？水质有什么变化？水质有什么变化？ &交换：交换：2NaR+Ca2+=CaR2+2Na2NaR+Mg2+=MgR2+2Na+&思考回忆：经思考回忆：经思考回忆：经思考回忆：经过离子交换的水，过离子交换的水，过离子交换的水，过离子交换的水，水质有什么变化？水质有什么变化？水质有什么变化？水质有什么变化？ &交换：交换：2NaR+Ca2+=CaR2+2Na2NaR+Mg2+=MgR2+2Na+水质变化：水质变化： 原水硬度降低原水硬度降低 阴离子基本不变阴离子基本不变 钠离子数目大大增加钠离子数目大大增加 磺磺化化煤煤缺缺点点：不不耐耐热，交交换容容量量小小，再生再生剂消耗大。消耗大。 交交换容容量量和和原原水水硬硬度度以以及及再再生生水水平有关，影响因素平有关，影响因素较多。多。&优点：质量高，占地小，设备简单，操作方便。按类型分：按类型分： 阳离子交换树脂阳离子交换树脂 （NaNa型，型，H H型）型）离子交换树脂离子交换树脂 阴离子交换树脂阴离子交换树脂 （OHOH型）型）按结构分：交换剂本体 离子交换树脂 交换基团性状：透明或半透明，颜色有黄色，白色性状：透明或半透明，颜色有黄色，白色等，形状等，形状有交换膜，球状，柱状等有交换膜，球状，柱状等用途：纯水制取（用途：纯水制取（H型型OH型）硬水软化，型）硬水软化，原料提纯，有机合成等。原料提纯，有机合成等。缺点：原水硬度和碱度高时，经济效益不缺点：原水硬度和碱度高时，经济效益不好。好。返回离子交换树脂石灰纯碱法工业上也用化学药剂来软化硬水。工业上也用化学药剂来软化硬水。CaO白色粉末白色粉末CaO+H2O=Ca(OH)2(避免灰尘污染避免灰尘污染)返回返回想想还有哪些可能发生的反应？家用简易净水器家用简易净水器1、了解家用简易净水器、了解家用简易净水器的工作原理。的工作原理。2、利用滤纸、木炭粉、利用滤纸、木炭粉、细沙、沙砾、碎石、棉花细沙、沙砾、碎石、棉花等物品制作简易过滤器。等物品制作简易过滤器。每一层分别放上：每一层分别放上：滤纸、木炭粉、滤纸、木炭粉、细沙、沙砾、碎细沙、沙砾、碎石、棉花等石、棉花等第二节获取洁净的水 第二章化学与资源开发利用 浩瀚的海洋是个巨大的资源宝库，它不仅孕育着无数浩瀚的海洋是个巨大的资源宝库，它不仅孕育着无数的生命，还孕育着丰富的矿产，而海水本身含有大量的的生命，还孕育着丰富的矿产，而海水本身含有大量的化学物质，又是宝贵的化学资源化学物质，又是宝贵的化学资源 海水中储有大量的化学海水中储有大量的化学物质，储量可观的就有物质，储量可观的就有80多多种化学元素，其中种化学元素，其中70多种可多种可以被人类提取利用，海洋是地以被人类提取利用，海洋是地球上最大的矿产资源库。全世球上最大的矿产资源库。全世界每年都要从海洋中提取大量界每年都要从海洋中提取大量的食盐、镁、溴、碘、钾等有的食盐、镁、溴、碘、钾等有用物质，海水素有用物质，海水素有“液体工业液体工业原料原料”之美誉。之美誉。一、海水中盐的开发与利用一、海水中盐的开发与利用结晶池结晶池蒸发池蒸发池 盐是人类日常生活中的必需品，也是很多工业部门的原料之一，而海盐是人类日常生活中的必需品，也是很多工业部门的原料之一，而海盐又是盐的主要来源之一。盐又是盐的主要来源之一。 海水制盐的方法主要有三种，即：盐田法、电渗析法和冷冻法。盐田海水制盐的方法主要有三种，即：盐田法、电渗析法和冷冻法。盐田法历史最悠久，而且也是最简便和经济有效的方法，现在还在广泛采用。法历史最悠久，而且也是最简便和经济有效的方法，现在还在广泛采用。 2 2、食盐资源的利用、食盐资源的利用氯碱工业以食盐为原料制取以食盐为原料制取NaOHNaOH Cl Cl2 2 H H2 2 再进一步生再进一步生产一系列的化工产品的工业产一系列的化工产品的工业动手、动脑：分析图动手、动脑：分析图2-92-9所示实验，所示实验，溶液中离子的运动，两极的电极反溶液中离子的运动，两极的电极反应式应式（1）电解饱和食盐水反应原理 阴极：阴极： 阳极：阳极：总反应：总反应：2H+ + 2e- = H22Cl- -2e- = Cl22H2O + 2Cl- = H2 + Cl2 + 2OH- 电解电解2H2O + 2NaCl = H2 + Cl2 + 2NaOH电解电解思考？上述装置的弱点：上述装置的弱点：1.H2和和Cl2 混合不安全混合不安全2.Cl2会和会和NaOH反应，会使得到的反应，会使得到的NaOH不纯不纯1离子交换膜离子交换膜电解槽的简单电解槽的简单构造如何构造如何?2离子交换膜离子交换膜的作用是什么的作用是什么?3工业制碱的工业制碱的简单生产流程简单生产流程怎样怎样?思考：思考：(2)离子交换膜法制烧碱+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）离子交换膜 阳 极金属钛网阴 极碳钢网1、生产设备名称：离子交换膜电解槽、生产设备名称：离子交换膜电解槽阳极：金属钛网阳极：金属钛网(涂钛钌氧化物涂钛钌氧化物)阴极：碳钢网阴极：碳钢网(有镍涂层有镍涂层)阳离子交换膜：只允许阳离子交换膜：只允许阳阳离子通过，把电解离子通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。槽隔成阴极室和阳极室。2、离子交换膜的作用：、离子交换膜的作用：(1)防止氯气和氢气混合而引起爆炸防止氯气和氢气混合而引起爆炸(2)避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧化钠的产量响氢氧化钠的产量(3)(3)生产流程生产流程1用什么方法除去泥沙？用什么方法除去泥沙？2用什么试剂除去用什么试剂除去Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-？3所用试剂只有过量才能除净这些杂质，所用试剂只有过量才能除净这些杂质，你能设计一个合理的顺序逐一除杂吗？你能设计一个合理的顺序逐一除杂吗？思考：思考：粗盐水（粗盐水（Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-）过量过量BaCl2Ba2+ + SO42- =BaSO4Ca2+、Mg2+、Fe3+、Ba2+BaSO4Ca2+ + CO32- = CaCO3Ba2+ + CO32- = BaCO3CaCO3BaCO3过量过量Na2CO3Mg2+、Fe3+、CO32-Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3过量过量NaOHFe(OH)3Mg(OH)2OH-、CO32-精制食盐水精制食盐水电解食盐水思考：电解食盐水思考：（1 1）以惰性材料作电极，电解滴有几滴酚）以惰性材料作电极，电解滴有几滴酚酞的饱和食盐水，观察实验现象？酞的饱和食盐水，观察实验现象？（2 2）以活性材料作电极，电解滴有几滴酚）以活性材料作电极，电解滴有几滴酚酞的饱和食盐水，观察实验现象？酞的饱和食盐水，观察实验现象？ 由此可得出什么结论？由此可得出什么结论？活性材料作电极活性材料作电极阴极上，阳离子的放电顺序同惰性电极阴极上，阳离子的放电顺序同惰性电极阳极上，电极材料的溶解阳极上，电极材料的溶解氯碱工业氯碱工业饱和食盐水饱和食盐水氢气氢气氯气氯气氢氧化钠氢氧化钠盐酸盐酸漂白剂漂白剂冶炼金属等冶炼金属等合成农药等合成农药等造纸、玻璃、造纸、玻璃、肥皂、纺织等肥皂、纺织等 电解饱和食盐水反应原理 阴极：阴极： 阳极：阳极：总反应：总反应：2H+ + 2e- = H22Cl- -2e- = Cl22H2O + 2Cl- = H2 + Cl2 + 2OH- 电解电解2H2O + 2NaCl = H2 + Cl2 + 2NaOH电解电解+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）离子交换膜 阳 极金属钛网阴 极碳钢网1、氧化、氧化工业上从海水中提取溴时，首先通氯气于工业上从海水中提取溴时，首先通氯气于pH为为3.5左右晒盐后留下苦卤左右晒盐后留下苦卤(富含富含Br-离子离子)中置换出中置换出Br2。Cl2+2Br-=Br2+2Cl-2、吹出、吹出然后用空气把然后用空气把Br2吹出，再用吹出，再用Na2C03溶液吸收，即得较浓的溶液吸收，即得较浓的NaBr和和NaBrO3溶液：溶液：3CO32-+3Br2=5Br-+BrO33-+3CO2最后，用最后，用硫酸硫酸将溶液酸化，将溶液酸化，Br2即从溶液中游离出来：即从溶液中游离出来：5Br-+BrO33-+6H+=3Br2+3H2O 3 3、吸收、吸收 用还原剂二氧化硫使溴单质变为用还原剂二氧化硫使溴单质变为HBrHBr，再用氯气将其氧化成溴产，再用氯气将其氧化成溴产品。品。Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4Cl2+2Br-=Br2+2Cl-思考：海水是一种混合溶液，其中主要含有哪思考：海水是一种混合溶液，其中主要含有哪些离子？些离子？Cl- Na+ Mg2+ Ca2+ SO42-结合海水资源的特点，我们从海水中提结合海水资源的特点，我们从海水中提取镁到底有没有实际意义？在提取过程中又取镁到底有没有实际意义？在提取过程中又可能会面临怎样的困难？可能会面临怎样的困难？三、海水提镁三、海水提镁思考：思考：、如何实现、如何实现Mg2+ 的富集和分离？的富集和分离？可以加入一种试剂使可以加入一种试剂使Mg2+ 沉淀沉淀、是不是直接往海水中加沉淀剂？、是不是直接往海水中加沉淀剂？不是，因为海水中的不是，因为海水中的Mg2+ 的浓度很小，直接加沉淀的浓度很小，直接加沉淀剂不利于剂不利于Mg2+ 的沉淀，而且会增大沉淀剂的用量，的沉淀，而且会增大沉淀剂的用量，我们可以先将海水浓缩，再加沉淀剂我们可以先将海水浓缩，再加沉淀剂、从综合角度考虑选用哪种试剂作、从综合角度考虑选用哪种试剂作沉淀剂好？沉淀剂好？Ca(OH)2思考思考：如何由贝壳制得氢氧化钙？如何由贝壳制得氢氧化钙？贝壳(CaCO3)煅烧煅烧CaOCa(OH)2、从沉淀效果看，澄清石灰水比氢氧化钠、从沉淀效果看，澄清石灰水比氢氧化钠效果差得多，如何解决这一矛盾？效果差得多，如何解决这一矛盾？、如何制得无水、如何制得无水MgCl2 ？、由、由MgCl2 到到Mg究竟用还原法还是电究竟用还原法还是电解法好？解法好？思考：用石灰乳代替石灰水用石灰乳代替石灰水先加盐酸反应，再浓缩得先加盐酸反应，再浓缩得MgCl26H2O晶体，然后再将晶体，然后再将MgCl26H2O晶体在晶体在HCl气氛中加热脱水即可得无水气氛中加热脱水即可得无水MgCl2 由于镁本身比较活泼，用还原法比较困难，工由于镁本身比较活泼，用还原法比较困难，工业上常使用电解熔融的氯化镁得到镁业上常使用电解熔融的氯化镁得到镁、请设计由、请设计由Mg(OH)2到到Mg的可能途径。的可能途径。 过滤，加盐酸过滤，加盐酸 加热加热 电解电解海水 母液 b c 煅烧 a 浓缩浓缩贝壳 石灰乳 a ； b ； c 。MgCl2溶液练习练习根据讨论，在下列方框中填入合适的物质的化学式根据讨论，在下列方框中填入合适的物质的化学式完成工业上用海水提镁的工艺流程，完成工业上用海水提镁的工艺流程，并写出并写出a、b、c三个步骤的化学方程式：三个步骤的化学方程式：CaOMg(OH)2MgCl26H2OMgCl2MggCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2 +CaCl2Mg(OH)Mg(OH)2 2+2HCl=MgCl+2HCl=MgCl2 2+2H+2H2 2OOMgClMgCl2 2( (熔融熔融熔融熔融) )=Mg+ClMg+Cl2 2通电思考：电解产生的思考：电解产生的Cl2怎么处理？怎么处理？Cl2探究一：取一小段除去氧化膜的镁条投入盛有一定量稀盐探究一：取一小段除去氧化膜的镁条投入盛有一定量稀盐酸的试管中；酸的试管中；现象：现象： 结论或化学方程式结论或化学方程式： 镁条逐渐溶解，有大量气体产生镁条逐渐溶解，有大量气体产生 Mg+2HCl=MgCl2+H2探究二：取一小段除去氧化膜的镁条投入滴有酚酞的水中；探究二：取一小段除去氧化膜的镁条投入滴有酚酞的水中；现象：现象： 结论或化学方程式：结论或化学方程式： 有气体产生，滴有酚酞的水溶液变红有气体产生，滴有酚酞的水溶液变红(但比钠与但比钠与水反应缓和得多）水反应缓和得多）Mg+H2O=Mg(OH)2+H2探究三：取一根除去氧化膜的镁条，点燃后插入充满探究三：取一根除去氧化膜的镁条，点燃后插入充满CO2的的集气瓶中。的的集气瓶中。现象：现象： 结论或化学方程式：结论或化学方程式： 燃着的镁条在燃着的镁条在CO2中继续燃烧，发出耀眼的白光，中继续燃烧，发出耀眼的白光，生成白色固体，在集气瓶的内壁有黑色固体附着生成白色固体，在集气瓶的内壁有黑色固体附着2Mg + CO2=2MgO+C点燃四、四、Mg条与氮气的反应条与氮气的反应 3 Mg +N2= Mg3N2点燃1、海水中含的、海水中含的MgCl2是是Mg的重要来源之一的重要来源之一,从海水中提镁，从海水中提镁，可按如下步骤进行：可按如下步骤进行：（1）将贝壳制成石灰乳）将贝壳制成石灰乳（）在引入的海水中加入石灰乳、沉降、过滤、洗涤沉（）在引入的海水中加入石灰乳、沉降、过滤、洗涤沉淀物淀物（）将沉淀物与盐酸反应、结晶、过滤、干燥产物（）将沉淀物与盐酸反应、结晶、过滤、干燥产物（）将产物熔融后电解（）将产物熔融后电解关于提取镁，下列说法中不正确的是（关于提取镁，下列说法中不正确的是（ ）、此法的优点之一是原料来源丰富、此法的优点之一是原料来源丰富、进行（、进行（1）、（）、（2）、（）、（3）步的目的是从海水中提取）步的目的是从海水中提取MgCl2、第四步会产生氯气、第四步会产生氯气 D、以上过程中涉及到复分解反应、化合反应和置换反应、以上过程中涉及到复分解反应、化合反应和置换反应2、分析镁在空气中的燃烧产物，肯定不存在的物质是、分析镁在空气中的燃烧产物，肯定不存在的物质是 （ ） A、C B、 MgO C、MgCO3 D、Mg3N2CMgBr2+NaOH=2NaBr+Mg(OH)23、镁粉使溴水褪色后，再向溶液中滴加氢氧化钠溶液，、镁粉使溴水褪色后，再向溶液中滴加氢氧化钠溶液，产生白色沉淀，发生反应的化学方程式产生白色沉淀，发生反应的化学方程式为为小结、海水中的化学元素的存在与利用、海水提镁的工艺流程、镁的性质、镁的用途四、从海水中提取重水四、从海水中提取重水 海水中溶存着80多种元素，其中不少元素可以提取利用，具有重要的开发价值。据计算，每立方千米海水中含有3 750104 t固体物质，其中除氯化钠约3 000104 t外，镁约450104 t，钾、溴、碘、钍、钼、铀等元素也不少。 中中 国国 海海 域域 镁镁在海水中含量很高，仅次于氯和钠，居第3位。 溴溴的浓度较高，平均为6710-3 mL/L，地球上99以上的溴都储存在海水里，故溴有“海洋元素”之称。 碘碘在海水中的浓度只有0.06 10-6，属于微量元素。 钾钾在海水中的总量为500 1012 t以上。海水中所含钾的储量远远超过钾盐矿物储量。 铀铀海水中的总量非常可观，达45108 t，相当于陆地储量的4500倍。 一吨海水中所含重水的核聚变反应，可释放出相当于256t石油燃烧所产生的能量。 重水重水核聚变反应可释放出相当能量，海水中约有200108 t重水。 提取提取氘是氢的同位素。氘的原子核除包含一个质子外，比氘是氢的同位素。氘的原子核除包含一个质子外，比氢多了一个中子。氘的化学性质与氢一样，但是一个氘原氢多了一个中子。氘的化学性质与氢一样，但是一个氘原子比一个氢原子重一倍，所以叫做子比一个氢原子重一倍，所以叫做“重氢重氢”。氢二氧一化。氢二氧一化合成水，重氢和氧化合成的水叫做合成水，重氢和氧化合成的水叫做“重水重水”。重水主要赋。重水主要赋存于海水中，总量可达存于海水中，总量可达250250亿吨。重水现在已是核反应堆运亿吨。重水现在已是核反应堆运行不可缺少的辅助材料，也是制取氘的原料。行不可缺少的辅助材料，也是制取氘的原料。 制备重水有两种方法，蒸馏法：这种方法只能得到纯度为92%的重水；电解法：可得99.7%的重水，但消耗电能特别大。化学法：制备重水有两种方法，蒸馏法：这种方法只能得到纯度为92%的重水；电解法：可得99.7%的重水，但消耗电能特别大。化学法：制备重水有两种方法，蒸馏法：这种方法只能得到纯度为92%的重水；电解法：可得99.7%的重水，但消耗电能特别大。化学法：制备重水有两种方法，蒸馏法：这种方法只能得到纯度为92%的重水；电解法：可得99.7%的重水，但消耗电能特别大。化学法： 制备重水有两种方法，制备重水有两种方法， 蒸馏法：这种方法只能蒸馏法：这种方法只能得到纯度为得到纯度为92%92%的的重水；重水； 电解法：可得电解法：可得99.7%99.7%的重水，但消耗电能的重水，但消耗电能特别大。特别大。 化学法化学法：重重水水可可以以通通过过多多种种方方法法生生产产。然然而而只只有有两两种种方方法法已已证明具有商业意义：证明具有商业意义： 水水 - -硫硫 化化 氢氢 交交 换换 法法 （ 和和 氨氨 - -氢氢 交交 换换 法法 。 水水- -硫硫化化氢氢交交换换法法是是基基于于在在一一系系列列塔塔内内（通通过过顶顶部部冷冷和和底底部部热热的的方方式式操操作作）水水和和硫硫化化氢氢之之间间氢氢与与氘氘交交换换的的一一种种方方法法。在在此此过过程程中中，水水向向塔塔底底流流动动，而而硫硫化化氢氢气气体体从从塔塔底底向向塔塔顶顶循循环环。使使用用一一系系列列多多孔孔塔塔板板促促进进硫硫化化氢氢气气体体和和水水之之间间的的混混合合。在在低低温温下下氘氘向向水水中中迁迁移移，而而在在高高温温下下氘氘向向硫硫化化氢氢中中迁迁移移。氘氘被被浓浓缩缩了了的的硫硫化化氢氢气气体体或或水水从从第第一一级级塔塔的的热热段段和和冷冷段段的的接接合合处处排排出出，并并且且在在下下一一级级塔塔中中重重复复这这一一过过程程。最最后后一一级级的的产产品品（氘氘浓浓缩缩至至30%30%的的水水）送送入入一一个个蒸蒸镏镏单单元元以以制制备备反反应应堆堆级级的的重重水水（即即99.75%99.75%的的氧氧化化氘氘）。第三节石油、煤和天然气的综合利用第二章化学与资源开发利用必修必修2 2内容：内容： 石油主要是由各种石油主要是由各种烷烃、环烷烷烃、环烷烃烃和和环烷烃环烷烃所组成的混合物。石油的大部分所组成的混合物。石油的大部分是液态烃，同时在液态烃里溶有少量的气态是液态烃，同时在液态烃里溶有少量的气态烃和固态烃。石油主要含有碳和氢两种元素，烃和固态烃。石油主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元素同时还含有少量的硫、氧、氮等元素。一方面是将石油中的混合物进行一定程度一方面是将石油中的混合物进行一定程度的分离使它们物尽其用；另一方面。的分离使它们物尽其用；另一方面。将含碳原将含碳原子数较多的烃转变为含碳原子数较少的烃作为子数较多的烃转变为含碳原子数较少的烃作为化工原料，以提高石油的利用价值。化工原料，以提高石油的利用价值。汽油汽油C5C11煤油煤油C11C16柴油柴油C15C18常常压压蒸蒸馏馏塔塔重油重油C20以上以上减压蒸馏塔减压蒸馏塔燃料油燃料油沥青沥青石蜡石蜡润滑油润滑油燃料油燃料油石蜡石蜡润滑油润滑油燃料油燃料油石蜡石蜡润滑油润滑油催催化化裂裂化化石油气石油气C4以下以下LiquidpetroleumgasLPG原油原油 石油通石油通过分分馏获得的汽油、煤油、柴油等得的汽油、煤油、柴油等轻质油的油的产量比量比较低，低，仅占石油占石油总产量的量的2525左右。但社会左右。但社会需求量大的正是需求量大的正是这些些轻质油，油，为了提高了提高轻质油的油的产量，量，特特别是提高汽油的是提高汽油的产量，量，还可以采用裂化的方法从重油可以采用裂化的方法从重油中中获取取轻质油油。 裂化就是在一定的条件下，将相对分子质量较裂化就是在一定的条件下，将相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程。较低的烃的过程。例如，在加热、加压和催化剂存例如，在加热、加压和催化剂存在的条件下，十六烷裂化为辛烷和辛烯：在的条件下，十六烷裂化为辛烷和辛烯：裂化有裂化有热裂化热裂化和和催化裂化催化裂化。热裂化热裂化催化裂化催化裂化目的目的:提高汽油的质量和产量提高汽油的质量和产量目的目的:提高汽油的产量提高汽油的产量缺点：温度过高，发生结焦现象缺点：温度过高，发生结焦现象催化剂：硅酸铝，分子筛催化剂：硅酸铝，分子筛（铝硅酸盐）（铝硅酸盐）实验实验为获得有机化工的基本原料。在石油化工生产过程里，为获得有机化工的基本原料。在石油化工生产过程里，常用石油分馏产品（包括石油气）作原料，常用石油分馏产品（包括石油气）作原料，采用比裂化更采用比裂化更高的温度（高的温度（700800，有时甚至高达，有时甚至高达1000以上），使以上），使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃，具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃，以提供有机化工原料。工业上把这种方法叫做石油的裂解。以提供有机化工原料。工业上把这种方法叫做石油的裂解。所以说裂解就是深度裂化，以获得短链不饱和烃为主要成所以说裂解就是深度裂化，以获得短链不饱和烃为主要成分的石油加工过程。石油裂解的化学过程是比较复杂的，分的石油加工过程。石油裂解的化学过程是比较复杂的，生成的裂解气是一种复杂的混合气体，它除了主要含有乙生成的裂解气是一种复杂的混合气体，它除了主要含有乙烯、丙烯、丁二烯等不饱和烃外，还含有甲烷、乙烷、氢烯、丙烯、丁二烯等不饱和烃外，还含有甲烷、乙烷、氢气、硫化氢等。裂解气里烯烃含量比较高。因此，常把乙气、硫化氢等。裂解气里烯烃含量比较高。因此，常把乙烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志。把裂解产物烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志。把裂解产物进行分离，就可以得到所需的多种原料。这些原料在合成进行分离，就可以得到所需的多种原料。这些原料在合成纤维工业、塑料工业、橡胶工业等方面得到广泛应用。纤维工业、塑料工业、橡胶工业等方面得到广泛应用。裂解裂解定义：定义：使具有长链分子的烃在使具有长链分子的烃在700度以度以上高温时断裂成短链的烃的过程叫裂解上高温时断裂成短链的烃的过程叫裂解目的：目的：生产短链不饱和烃如工业生产短链不饱和烃如工业“三烯三烯”乙烯的产量作为衡量石油化工发展水乙烯的产量作为衡量石油化工发展水平的标志平的标志用途：用途：合成纤维，塑料，橡胶等合成纤维，塑料，橡胶等裂化、催化裂化、裂解的对比裂化、催化裂化、裂解的对比石油的炼石油的炼 制制方法方法分馏分馏裂化裂化石油的裂解石油的裂解常压常压 减压减压热裂热裂化化催化催化裂化裂化原理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加热或催化剂存在的条件下，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 成为各种短链的气态烃或液态烃。主要原料主要原料原油重油重油含直链烷烃的石油 分馏产品（含石油气）主要产品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石油焦抗震性能好的气油和甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯等乙烯、丙烯、丁二烯结合在必修化学所学内容，与同学交流：以乙结合在必修化学所学内容，与同学交流：以乙烯为原料合成那些产品：体会乙烯在工业合成中的烯为原料合成那些产品：体会乙烯在工业合成中的价值。价值。合成：乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、氯乙烷、聚乙烯等等合成：乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯、氯乙烷、聚乙烯等等学习第学习第40页第一自然段回答：天然气的来源用途。页第一自然段回答：天然气的来源用途。2 2、天然气的利用、天然气的利用合成氨所需的氢气、制乙烯合成氨所需的氢气、制乙烯、制甲醇、合成液体燃料、制甲醇、合成液体燃料、石油化工厂的景观无无烟烟煤煤泥煤泥煤褐褐煤煤 阅读课本阅读课本4040页第二段，页第二段，说出煤的主要元素，目前煤说出煤的主要元素，目前煤的综合利用方法。的综合利用方法。煤除了主要含碳外还含有少量的煤除了主要含碳外还含有少量的S、P、N、H、O等元素以及无机等元素以及无机矿物质（主要有硅、铝、钙、铁等矿物质（主要有硅、铝、钙、铁等元素）煤是有机物和无机物组成的元素）煤是有机物和无机物组成的复杂混合物复杂混合物1、煤的干馏、煤的干馏（）的过程的过程叫煤的干馏。是一个（叫煤的干馏。是一个（）过程）过程。把煤隔绝空气加强热使它分解把煤隔绝空气加强热使它分解石油的分馏是物理变化、煤的干馏是化石油的分馏是物理变化、煤的干馏是化学变化过程学变化过程。化学变化化学变化石油的分馏和煤的干馏的区别：石油的分馏和煤的干馏的区别：为了预防或减少煤燃料对环境和人体健康带来为了预防或减少煤燃料对环境和人体健康带来的危害，近二三十年来，世界各国大力开展了对煤的危害，近二三十年来，世界各国大力开展了对煤利用新技术的研究，其中主要包括对煤的液化和汽利用新技术的研究，其中主要包括对煤的液化和汽化技术。煤的汽化和液化就是使煤变成清洁能源的化技术。煤的汽化和液化就是使煤变成清洁能源的有效途径，与此同时煤的燃烧效率等也得到提高有效途径，与此同时煤的燃烧效率等也得到提高2 2、煤的汽化与液化、煤的汽化与液化（1 1）汽化）汽化 煤的汽化就是将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。煤的汽化就是将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。煤汽化的主要化反应是指碳和水蒸气的反应。煤汽化的主要化反应是指碳和水蒸气的反应。 C+HC+H2 2O = COO = COH H2 2 这是一个吸热反应，所需热量一般都由同时进行的碳的这是一个吸热反应，所需热量一般都由同时进行的碳的燃烧反应来提供。燃烧反应来提供。 C CO O2 2 =CO =CO2 2 碳燃烧时可以使用空气，也可以使用氧气，但得到的煤碳燃烧时可以使用空气，也可以使用氧气，但得到的煤气成分、热值及用途都不同，分别叫低热值气和中热值气。气成分、热值及用途都不同，分别叫低热值气和中热值气。中热值气在适当催化剂的作用下，又可以转变成高热值气。中热值气在适当催化剂的作用下，又可以转变成高热值气。即把中热值煤气里的即把中热值煤气里的COCO和和H H2 2用催化剂合成甲烷。用催化剂合成甲烷。 COCO3H3H2 2 CH CH4 4H H2 2O O把煤粉和煤液化过程中产生的油跟氢气混合，在高把煤粉和煤液化过程中产生的油跟氢气混合，在高温下经催化剂催化，进行加氢解聚反应，同时脱去硫、温下经催化剂催化，进行加氢解聚反应，同时脱去硫、氮、氧等原子，生成固氮、氧等原子，生成固- -液混合物的油、液化的煤以及液混合物的油、液化的煤以及含有未液化的煤和炭等固态物质。经过分离可以得到油，含有未液化的煤和炭等固态物质。经过分离可以得到油，成为低氢、低硫的重质液体燃料。成为低氢、低硫的重质液体燃料。(2)(2)液化液化 煤的液化是将煤转化为液体燃料的过程。煤的液煤的液化是将煤转化为液体燃料的过程。煤的液化可以分为直接和间接两个途径。化可以分为直接和间接两个途径。 间接液化的气化间接液化的气化- -液化法液化法 首先把煤气化为首先把煤气化为H2H2、COCO和和CH4CH4。用催化剂把气态物质转变为液态。用催化剂把气态物质转变为液态。 nCOnCO2nH2nH2 2(CH(CH2 2)n)nnHnH2 2O O 2nCO 2nCOnHnH2 2(CH(CH2 2)n)nnCOnCO2 2 煤的液化是否能得到发展，决定于石油是否能满煤的液化是否能得到发展，决定于石油是否能满足不断增长的需要、煤跟石油的比价以及煤的液化足不断增长的需要、煤跟石油的比价以及煤的液化技术的成熟程度。从世界范围来看，由于石油价格技术的成熟程度。从世界范围来看，由于石油价格的增长，液化技术的日臻成熟，煤液化工业的再度的增长，液化技术的日臻成熟，煤液化工业的再度兴起是可能的。对我国来说，目前汽油和煤的比价兴起是可能的。对我国来说，目前汽油和煤的比价比国外更有利于发展以合成高级汽油为主要目的的比国外更有利于发展以合成高级汽油为主要目的的煤的液化。在有煤地区发展煤的液化还是可以探索煤的液化。在有煤地区发展煤的液化还是可以探索的。的。碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物如碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等) )为原料，为原料，用化工的方法制造一系列化工原料和燃料的化学。用化工的方法制造一系列化工原料和燃料的化学。2CO=2COC+H2O=COH2CO+H2O=CO2H2高温条件，天然气重整：CH4H2O=CO3H2煤汽化的主要反应：三、煤化工和天然气化工的发展三、煤化工和天然气化工的发展碳化学碳化学大量的化工产品可以以合成气作为起始原料。使用不大量的化工产品可以以合成气作为起始原料。使用不同的催化剂，可以从合成气制出不同的有机化合物产物，同的催化剂，可以从合成气制出不同的有机化合物产物，这就组成了所谓的合成气化学。由这就组成了所谓的合成气化学。由CH4CH4、CH3OHCH3OH等含一个碳等含一个碳原子的分子，也可以通过催化反应直接生成新的化合物。原子的分子，也可以通过催化反应直接生成新的化合物。这就形成了所谓的甲烷化学和甲醇化学，它们都是由一系这就形成了所谓的甲烷化学和甲醇化学，它们都是由一系列典型的化学合成反应所组成的。列典型的化学合成反应所组成的。由CO加氢合成一系列化合物的化学称合成气化学 由甲烷直接合成的称甲烷化学 由甲醇为原料合成一系列下游产品的为甲醇化学典型例题例1：工业上合成氨的原料气之一H2有一种来源是取自石油气，如丙烷。（1）有人设计了以下反应途径（假设反应都能进行），你认为最合理的是A、D、B、C、（2）按照所选反应途径，理论上用1mol丙烷最多可制得氨A、4mol B、4.7mol C、10mol D、2.7mol（3）所选反应途径最显著的特点是A、简单易行B、所得H2纯度高C、所得H2产量高D、可获得大量热能例2：如何用化学方法检验一瓶裂化汽油里是否含有甲苯、二甲苯等芳香烃？写出实验步骤。取约5ml汽油，滴加溴水至溴水不褪色为止，再加入适量NaOH溶液除去剩余Br2，分液。取油层液体，滴加酸性KMnO4稀溶液，振荡。若KMnO4溶液褪色，则说明含有苯的同系物（甲苯、二甲苯）。例3：C8H18在一定条件下受热裂化，可生成CH4、C2H6、C2H4、C3H6、C4H8五种混合气体，此混合气体的平均分子量为A、14 B、57 C、38 D、无定值 作业作业 P45 8P45 8、9 9