1、第八章第八章 化学与可持续发展化学与可持续发展 知识体系构建知识体系构建与核心与核心素养提升素养提升 一、自然资源的开发利用 1.金属矿物的开发利用 金属冶炼 本质：Mn ne=M 方法：热分解法，热还原法，电解法 合理开发利用金属资源 提高金属矿物利用率；开发环保高效的冶炼方法 加强金属的回收利用；其他材料代替金属材料 2海水资源的开发利用 水资源利用 海水淡化：蒸馏法，电渗析法，离子交换法 循环冷却水 化学资源的开发利用 海水提盐 从海水中提取单质 二、化学品的合理使用 三、环境保护与绿色化学 一、从海水中提取单质 (1)海水提溴 方法：吹出法 主要工艺 氧化：将海水酸化，向海水中通入氯气
2、，得到溴 2Br Cl 2=Br22Cl 吹出：用空气或水蒸气将生成的溴吹出 吸收：Br2SO22H2O=2HBrH2SO4 蒸馏：2Br Cl 2=Br22Cl (2)海水提镁 有关反应： MgCl2Ca(OH)2=Mg(OH)2CaCl2； Mg(OH)22HCl=MgCl22H2O； MgCl2(熔融)= 电解 MgCl2。 例 1 海水中有取之不尽的化学资源，从海水中可提取多种化工原料。如图是某工厂综合利 用海水资源的示意图。 试回答下列问题： (1)粗盐中含有 Ca2 、Mg2、SO2 4等杂质，精制后可得饱和 NaCl 溶液。精制过程中，通常在 溶液中依次加入过量的 BaCl2溶液
3、、过量的 NaOH 溶液和过量的 Na2CO3溶液进行过滤，最 后向滤液中加入盐酸至溶液呈中性。写出加入盐酸后滤液中可能发生反应的离子方程式： _ _。 (2)海水中提取食盐后的母液中含有 K 、Na、Mg2等。从离子反应的角度考虑，向母液中 加入石灰乳的作用是_。 (3)海水中的镁元素处于_(填“游离态”或“化合态”)，从海水中提取氯化镁的反应 _(填“是”或“不是”)氧化还原反应，用电解法冶炼金属镁的反应_(填“是” 或“不是”)氧化还原反应，原因是_。 (4)电解熔融的氯化镁所得的镁蒸气冷却后即为固体镁，可以冷却镁蒸气的气体氛围为 _(填字母)。 AH2 BCO2 C空气 DO2 答案
4、(1)OH H=H 2O、CO 2 32H =H 2OCO2 (2)将 Mg2 沉淀为 Mg(OH) 2 (3)化合态 不是 是 该反应过程中元素的化合价发生了变化 (4)A 解析 粗盐提纯加入试剂的顺序及目的： 过量 BaCl2溶液(沉淀 SO2 4)过量 NaOH 溶液(沉淀 Mg2 )过量 Na 2CO3溶液(沉淀 Ca 2、Ba2)适量盐酸(中和 Na 2CO3并调节溶液 pH)。 二、从矿物中提取金属单质 (1)金属冶炼的一般步骤 (2)金属活动性顺序与金属冶炼方法的关系 金属的活动性顺序 K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb (H) Cu Hg Ag Pt Au 在自
5、然界中的存在形态 化合态 多数是化合态，极少数是游离态 游离态 主要冶炼方法 电解法 热还原法 热分解法 物理方法 例 2 钛(Ti)因为具有神奇的性能越来越引起人们的关注。 常温下钛不与非金属、 强酸反应， 红热时，却可与常见的非金属单质反应。钛是航空、军工、电力等方面的必需原料。地壳中 含钛铁矿石之一是金红石(TiO2)，目前大规模生产钛的方法是： (1)第一步：金红石、炭粉混合，在高温条件下通入 Cl2制得 TiCl4和一种可燃性气体。该反应 的化学方程式为_ _， 该反应中的还原剂是_(填化学式)。 (2)第二步：在氩气的气氛中，用过量的镁在加热条件下与 TiCl4反应制得金属钛。 写
6、出此反应的化学方程式：_ _。 简述从上述所得产物中获取金属钛的步骤： _ _。 答案 (1)TiO22C2Cl2= 高温 TiCl42CO C (2)2MgTiCl4= Ar 2MgCl2Ti 将还原后的产物溶于过量的盐酸中，过滤、洗涤、干燥，即可得到纯净的钛 解析 (1)常温时钛不与非金属、强酸反应；红热时钛可与常见非金属单质反应。可类比一般 不活泼金属氧化物，选用碳作还原剂制得金属，金属再与 Cl2反应生成氯化物。再合并反应 的化学方程式为 TiO22C2Cl2= 高温 TiCl42CO。 (2)Mg 为活泼金属， 在氩气作为保护气的环境中还原 TiCl4： 2MgTiCl4= Ar 2
7、MgCl2Ti。 还原出的 Ti 与 Mg 混合，分离时用强酸，因钛不与强酸反应，所以可将上述产物溶于过量 的盐酸中，然后过滤、洗涤、干燥，即可得到纯净的钛。 三、六大工业尾气的主要成分及对有害气体的处理 硫酸工厂尾气 SO2、O2、N2等，一般用氨水吸收 硝酸工厂尾气 NO、NO2、N2、O2等，一般用 NaOH 溶液吸收 高炉煤气 CO、CO2、N2等，一般回收利用 炼钢烟气 Fe2O3烟尘、CO 等，一般回收利用 焦炉气 CH4、CO、CO2、C2H4、N2等，可用作燃料 氯碱工业 Cl2，一般用 NaOH 溶液吸收 例 3 改善大气质量、污水处理等都要依靠化学等科学的发展。 (1)正常
8、雨水的 pH 约为 5.6，是因为溶解了_(填名称)气体的缘故；酸雨的 pH_(填“”“”或“”)5.6。SO2是形成酸雨的主要物质之一，生石灰可吸收煤 燃烧产生的 SO2，反应的化学方程式为_。 (2)治理汽车尾气中 NO 和 CO 的一种方法是在汽车的排气管上安装催化转化装置，使 CO 与 NO 反应， 生成无毒气体CO2和N2。 该反应的化学方程式为_。 (3)减少室内空气污染，下列措施不正确的是_(填字母，下同)。 a保持室内空气流通 b选用环保装饰材料，且不过度装修 c经常喷洒大量香水或空气清新剂 d在室内种植芦荟、常青藤等绿色植物 (4)污水处理的主要方法有：a.中和法 b化学沉淀
9、法 c氧化还原法 d过滤法，其中属 于物理方法的是_。 答案 (1)二氧化碳 CaOSO2=CaSO3 (2)2NO2CO= 催化剂 N22CO2 (3)c (4)d 解析 (1)酸雨是指 pH 小于 5.6 的雨水，正常雨水 pH 约为 5.6 是因为空气中的二氧化碳能与 水反应生成碳酸， 生石灰可吸收煤燃烧产生的 SO2， 反应的化学方程式为 CaOSO2=CaSO3。 (2)在催化剂条件下 NO 和 CO 反应生成 CO2和 N2，反应的化学方程式为 2NO2CO= 催化剂 N2 2CO2。 (4)在处理污水的过程中，中和法、化学沉淀法、氧化还原法等方法都有新物质生成，都属于 化学方法；
10、过滤可以把不溶于水的物质除去，过滤过程中没有新物质生成，属于物理变化， 即过滤法属于物理方法。 四、农药、化肥使用注意“四不混” (1)碱性肥料氨水、草木灰等不能与敌百虫、乐果、甲胺磷、速灭威、托布津井冈霉素、多菌 灵、叶蝉散、菊酯类杀虫剂等药混用，否则会降低药效。 (2)碱性农药石硫合剂、波尔多液、松脂合剂等，不能与碳酸氢铵、硫酸铵、硝酸铵、氯化铵 等铵态氮肥和过磷酸钙等化肥混用，否则会使氨挥发损失和生成沉淀，降低肥效。 (3)含砷的农药，如砷酸钙、砷酸铝等不能与钾盐、钠盐类化肥混用，否则会产生可溶性砷而 发生药害。 (4)化学肥料不能与微生物农药混用，因为化学肥料挥发性、腐蚀性很强，若与微
11、生物农药如 杀螟杆菌、青虫菌等混用，则易杀死微生物，降低防治效果。 例 4 关心人类健康是化学的重要任务之一。下列说法正确的是( ) A正确合理使用食品添加剂可有效改善食品品质 B人体需要的微量元素只能来自各种营养保健品 C长期使用青霉素等各种抗生素有利于人体健康 D蔬菜和水果中富含的维生素可提供人体需要的能量 答案 A 解析 合理使用食品添加剂既不会影响人体健康，又能有效改善食物品质和色、香、味，所 以 A 选项是正确的；食物中都含有微量元素，不只是来自各种营养保健品，故 B 错误；抗生 素有耐药性，不能长期使用，故 C 错误；维生素是人和动物为维持正常的生理功能而必需从 食物中获得的一类微
12、量有机物质，在人体生长、代谢、发育过程中发挥着重要的作用，不能 提供能量，故 D 错误。 例 5 历史经验告诉我们，合理地使用化学物质，有利于保护环境，实现可持续发展。下表 是一些化学物质对人类发展的贡献带来的问题及解决方法。 物质 贡献 带来问题 解决方法 硫酸铵等化肥 农作物增产 造成赤潮、土壤酸化 合理地使用化学肥料 含磷洗衣粉 容易洗去衣服上沾有 的油污等污物 水体富营养化、造成 赤潮 研制高效无磷洗衣粉 请回答下列问题： (1)硫酸铵的化学式为_，农业上通常使用_来改良酸性土壤。 (2)对于废弃的塑料制品(包括可降解塑料)宜采用_的措施，防止污染环境和 提高物质的利用率。 (3)不合理使用化学物质对环境造成危害，为保持可持续发展，应开展的研究课题有 _(填序号)。 研制高效低毒农药 研究无污染、高原子利用率的绿色化学物质的合成方法 寻求合成可快速降解的塑料和橡胶的方法 (4)煤是当今世界最重要的能源之一。煤中含有的氮、硫等元素在燃烧时会生成 NO、NO2和 _等气体，会对大气造成污染，而且是导致_形成的主要原因之一。可采取在 煤中加入适量石灰石等措施，以减少煤燃烧对大气造成的污染。 答案 (1)(NH4)2SO4 氢氧化钙或石灰水、熟石灰、Ca(OH)2 (2)回收利用 (3) (4)SO2 酸雨