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第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的利用与开发
一、金属矿物的开发利用
1、金属元素在自然界中存在的形态
(1)极少数的不活泼金属(金、铂等)以 游离 态的形式存在。
(2)绝大多数金属元素以 化合物 的形式存在于自然界。
(3)在地壳中,含量最高的金属元素是 铝 ,其次是 铁 。
2、金属冶炼原理与实质
(1)原理:金属从化合物中 还原 出来。
(2)实质:化合物中金属 得到 电子被 还原 生成金属单质。
3、金属冶炼方法
(1)加热分解法:
①制Hg:2HgOeq \o(=====,\s\up9(△)) 2Hg+O2↑ 。 ②制Ag:2Ag2Oeq \o(=====,\s\up9(△)) 4Ag+O2↑ 。
(2)电解法:
①制Mg:MgCl2(熔融)eq \o(=====,\s\up9(电解)) Mg+Cl2↑ 。 ②制Al:2Al2O3(熔融)eq \o(=====,\s\up9(电解),\s\do9(冰晶石)) 4Al+3O2↑ 。
③制Na:2NaCl(熔融)eq \o(=====,\s\up9(电解)) 2Na+Cl2↑ 。
(3)热还原法:
①常用还原剂有 焦炭、一氧化碳、氢气、铝等。
②高炉炼铁:CO还原Fe2O3的化学方程式为3CO+Fe2O3eq \o(=====,\s\up9(高温)) 2Fe+3CO2 。
③铝热反应:Al还原Fe2O3的化学方程式为2Al+Fe2O3eq \o(=====,\s\up9(高温)) 2Fe+Al2O3 。
4、合理开发和利用金属资源的主要途径
(1)提高金属矿物的 利用率 ;
(2)开发 环保 高效的金属冶炼方法;
(3)防止金属的 腐蚀 ;
(4)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。
二、海水资源的开发利用
1、海水水资源的利用
(1)海水水资源利用,主要包括 海水淡化 和直接利用海水进行循环冷却等。
(2)海水淡化:通过从海水中提取淡水或从海水中把 盐 分离出去,都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有 蒸馏法 、 电渗析法 、 离子交换法 等。其中 蒸馏法 的历史最久,技术和工艺也比较成熟,但成本较高。
2、海水的化学资源利用
(1)海水中的化学元素:海水中含量最多的为 O、H 两种元素,还有Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11种元素。
(2)海水中化学资源的利用
(3)从海水中获取能源
①从海水中提取 铀 和重水,用于 核能 开发。
②开发 潮汐能 、 波浪能 等新型能源。
3、海水提溴
(1)主要流程
(2)主要反应
Cl2+2Br-===Br2+2Cl-(氧化)
Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4(富集)
Cl2+2Br-=== Br2+2Cl- (提取)
三、煤、石油、天然气的综合利用
(一)煤
1、煤的组成
2、煤的综合利用
(二)天然气
(三)石油的组成和综合利用
1、组成:石油是由多种 碳氢化 合物组成的混合物。
2、综合利用
(1)分馏:利用石油中各组分 沸点 的不同进行分离的过程叫做石油的分馏。石油经分馏后可以获得汽油 、 煤油 、 柴油 等含碳原子少的轻质油。
(2)催化裂化
①目的:将重油裂化为 汽油 等物质。
②例如:C16H34eq \o(―――――→,\s\up9(催化剂),\s\do9(加热、加压)) C8H18+C8H16
(3)裂解
①目的:得到乙烯、丙烯、甲烷等重要的基本化工原料。
②例如:C8H18eq \o(―――――→,\s\up9(催化剂),\s\do9(加热、加压)) C4H10+C4H8 ;C4H10eq \o(―――――→,\s\up9(催化剂),\s\do9(加热、加压)) CH4+C3H6 ;C4H10eq \o(―――――→,\s\up9(催化剂),\s\do9(加热、加压)) C2H6+C2H4 。
(4)催化重整:石油在加热和催化剂的作用下,可以通过结构调整,使 链状烃 转化为 环状烃 。
微点拨:石油的分馏为物理变化,石油的裂化、裂解、催化重整均为化学变化。
3、以煤、石油、天然气为原料生产合成材料
(1)三大合成材料: 塑料 、 合成橡胶 、 合成纤维 ,这三大合成材料,是以煤、石油和天然气为原料生产的。
(2)随着合成材料的大量生产和使用,急剧增加的 废弃物 对人类社会造成巨大的 环境 压力。
第二节 化学品的合理利用
一、化肥、农药的合理施用
1、合理施用
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