第四章 化学与可持续发展

第四章 化学与可持续发展 第一节 开发利用金属矿物和海水资源

一、金属矿物的开发利用

1、金属的存在：除了金、铂等少数金属外，绝大多数金属以化合态的形式存在于自然界。

2、金属冶炼的涵义：简单地说，金属的冶炼就是把金属从矿石中提炼出来。金属冶炼的实质是把金属元素从化合态还原为游离态，即M

（游离态）。

3、金属冶炼的一般步骤： (1)矿石的富集：除去杂质，提高矿石中有用成分的含量。(2)冶炼：利用氧化还原反应原理，在一定条件下，用还原剂把金属从其矿石中还原出来，得到金属单质（粗）。(3)精炼：采用一定的方法，提炼纯金属。 4、金属冶炼的方法

(1)电解法：适用于一些非常活泼的金属。 2NaCl（熔融）

+n

电解

2Na＋Cl2↑ MgCl2（熔融）

电解

Mg＋Cl2↑ 2Al2O3（熔融）

电解

4Al＋3O2↑

(2)热还原法：适用于较活泼金属。 Fe2O3＋3CO

高温

2Fe＋3CO2↑ WO3＋3H2

高温

W＋3H2O ZnO＋C

高温

Zn＋CO↑

常用的还原剂：焦炭、CO、H2等。一些活泼的金属也可作还原剂，如Al， Fe2O3＋2Al

高温

2Fe＋Al2O3（铝热反应） Cr2O3＋2Al

高温

2Cr＋Al2O3（铝热反应）

(3)热分解法：适用于一些不活泼的金属。 2HgO

△

＋O2↑ 2Ag2O

△

4Ag＋O2↑

5、 (1)回收金属的意义：节约矿物资源，节约能源，减少环境污染。(2)废旧金属的最好处理方法是回收利用。(3)回收金属的实例：废旧钢铁用于炼钢；废铁屑用于制铁盐；从电影业、照相业、科研单位和医院X光室回收的定影液中，可以提取金属银。

二、海水资源的开发利用

1、海水是一个远未开发的巨大化学资源宝库 海水中含有80多种元素，其中Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr 11种元素的含量较高，其余为微量元素。常从海水中提取食盐，并在传统海水制盐工业基础上制取镁、钾、溴及其化合物。 2、海水淡化的方法：蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，蒸馏法的原理是把水加热到水的沸点，液态水变为水蒸气与海水中的盐分离，水蒸气冷凝得淡水。 3、海水提溴

浓缩海水 溴单质 氢溴酸 溴单质

有关反应方程式：①2NaBr＋Cl2＝Br2＋2NaCl ②Br2＋SO2＋2H2O＝2HBr＋H2SO4

③2HBr＋Cl2＝2HCl＋Br2

4、海带提碘

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将其氧化成I2，再萃取出来。证明海带中含有碘，实验方法：(1)用剪刀剪碎海带，用酒精湿润，放入坩锅中。(2)灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却。(3)将海带灰移到小烧杯中，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤。(4)在滤液中滴加稀H2SO4及H2O2然后加入几滴淀粉溶液。

证明含碘的现象：滴入淀粉溶液，溶液变蓝色。2I＋H2O2＋2H＝I2＋2H2O

第二节 化学与资源综合利用、环境保护

一、煤和石油

1、煤的组成：煤是由有机物和少量无机物组成的复杂混合物，主要含碳元素，还含有少量的氢、氧、氮、硫等元素。 －

＋

－

2、煤的综合利用：煤的干馏、煤的气化、煤的液化。

煤的干馏是指将煤在隔绝空气的条件下加强使其分解的过程，也叫煤的焦化。煤干馏得到焦炭、煤焦油、焦炉气等。 煤的气化是将其中的有机物转化为可燃性气体的过程。 煤的液化是将煤转化成液体燃料的过程。

3、石油的组成：石油主要是多种烷烃、环烷烃和芳香烃多种碳氢化合物的混合物，没有固定的沸点。 4、石油的加工：石油的分馏、催化裂化、裂解。 二、环境保护和绿色化学

环境问题主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。 1、环境污染 2、绿色化学

绿色化学的核心就是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。按照绿色化学的原则，最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物（即没有副反应，不生成副产物，更不能产生废弃物），这时原子利用率为100％。 3、环境污染的热点问题：

（1）形成酸雨的主要气体为NOx。

（2）破坏臭氧层的主要物质是氟利昂（CCl2F2）和NOx。 （3）导致全球变暖、产生“温室效应”

（4）光化学烟雾的主要原因是汽车排出的尾气中氮氧化物、一氧化氮、碳氢化合物。 （5）“白色污染”是指聚乙烯等塑料垃圾。

（6）引起赤潮的原因：工农业及城市生活污水含大量的氮、磷等营养元素。（含磷洗衣粉的使用和不合理使用磷肥是造成水体富营养化的重要原因之一。）

第三章 有机化合物复习

一、有机物的结构特点

1.成键特点：在有机物分子中碳呈四价。碳原子既可与其他原子形成共价键，碳原子之间也可相互成键；既可以形成单键，也可以形成双键或三键；碳碳之间可以形成长的碳链，也可以形成碳环。

[拓展]我们知道，当烃分子中的碳原子个数为n时，其中氢原子个数的最大数值为2n+2，这是氢原子个数的上限值。以链状烷烃分子结构和分子组成通式CnH2n+2为基础进行分析和比较：在结构中，若增加一个C＝C或C＝O双键，就少2H；在结构中若出现一个C≡C就少4H；在结构中若出现一个环状结构也少2H；所以，烯烃和环烷烃的分子组成通式都为CnH2n；炔烃和二烯烃的分子组成通式都为CnH2n-2；苯和苯的同系物，结构中有苯环结构，苯环可以看成是具有3个C＝C双键和一个环状结构，氢原子个数应在烷烃的基础上减去4×2＝8个，故苯和苯的同系物的分子组成通式为：CnH（2n+2－4×2）即CnH2n-6 (n≥6)。 2.同系物：结构相似，在分子组成上相差一个或若干个CH2原子团的物质互称为同系物。

(1)同系物必须结构相似，即组成元素相同，官能团种类、个数与连接方式相同，分子组成通式相同。 (2)同系物相对分子质量相差14或14的整数倍。

(3)同系物有相似的化学性质，物理性质有一定的递变规律。 [练习1]下列各组物质中一定属于同系物的是：

A．CH4和C2H4 B．烷烃和环烷烃 C．C2H4和C4H8 D．C5H12 和C2H6

3.同分异构体：分子式相同，但分子结构不同，因而性质也不同的化合物互称同分异构体。同分异构体可以属于同一类物质，也可以属于不同类物质。可以是有机物，也可以是无机物。 中学阶段涉及的同分异构体常见的有三类：

(1)碳链异构 (2)位置(官能团位置)异构 (3)异类异构(又称官能团异构) [练习2]下列各组物质中，两者互为同分异构体的是 ( ) ①CuSO4·3H2O和CuSO4·5H2O ②NH4CNO和CO(NH2)2

③C2H5NO2和NH2CH2COOH ④[Pu(H2O)4]Cl3和[Pu(H2O)2Cl2]·2H2O·Cl A．①②③ B．②③④ C．②③ D．③④ 二、几种重要的有机反应

1．取代反应：有机物分子里的某些原子或原子团被其他原子或原子团所代替的反应叫做取代，取代反应与置换反应区别：

[练习3]1mol某烷烃可与8molCl2完全取代，求此烷烃的分子式。

2．加成反应：有机物分子里不饱和的碳原子跟其它原子或原子团直接结合生成新物质的反应称为加成反应。被加成的试剂如：H2、X2(X为Cl、Br或I)、H2O、HX、HCN、等能离解成一价原子或原子团的物质。通过有机物发生加成反应时反应物之间的量关系，还可定量判断该有机物分子结构中不饱和键的情况：是C==C键，还是C≡C键，或是苯环结构，以及它们具有的个数。

[练习4]1mol有机物能与1molH2发生加成反应，其加成后的产物是2，2，3-三甲基戊烷，则此有机物可能的结构简式有_______________、__________________、____________． 3．酯化反应：羧酸和醇作用生成酯和水的反应叫酯化反应。

注意：

①酯化反应的脱水方式是：羧基脱羧羟基（无机含氧酸脱羟基氢）而醇脱羟基氢，即“酸脱羟基醇脱氢”（可用同位素原子示踪法证明。）。

②酯化反应是可逆的：羧酸+醇生成物方向移动。

酯+水 反应中浓硫酸的作用是作催化剂和吸水剂，除去生成物中的水使可逆反应向

③在酸化反应中使用饱和Na2CO3溶液的作用是吸收未反应的乙酸，溶解乙醇，降低酯的溶解度，增大水的密度，使酯浮于水面，容易分层析出，便于分离。

④乙酸乙酯中除乙酸杂质，只能用饱和的Na2CO3浓液，不能用NaOH溶液中和乙酸的方法。因为NaOH溶液碱性强，会促使乙酸乙酯水解，重新变成乙酸和乙醇，所以不能用NaOH溶液代替Na2CO3饱和溶液。

[练习5]怎样以H2O、H218O、空气、乙烯为原料制取 [练习]

6．下列化合物的分子式可能代表一种以上物质的是：

A．C3H8

（ ）

B．C4H10 C．CH3Cl D．CH2Br2

？写出有关反应的化学方程式。

7．等物质的量的下列烃，分别完全燃烧时，消耗O2最少的是：

A．C6H6 B．CH4 C．C2H4 D．C7H8 8．等质量的下列烃，分别完全燃烧时，消耗O2质量最少的是：

A．C6H6 B．CH4

C．C2H4 D．C7H8

（ ）

D．新戊烷

9．下列化合物中沸点最低的是

（ ） （ ）

A．己烷 B．戊烷 C．异戊烷 A．1种 B．2种

（ ）

C．3种

10．2－甲基丁烷与Cl2发生取代反应可得到一氯取代物有

D．4种

（ ）

11．把氢氧化钠溶液和硫酸铜溶液加入到某病人的尿液微热，如果观察到红色沉淀说明尿液 中含有：

A．食醋 B．白酒 C．食盐 D．葡萄糖

三、重要有机物结构、性质和用途：

［练习12］能证明淀粉已部分水解的试剂是下列的 ( ) A．淀粉碘化钾溶液 B．银氨溶液 C．碘水 D．碘化钾溶液 ［练习13］下列叙述中不正确的是 ( ) A．天然蛋白质水解的最终产物是多种α-氨基酸 B．所有蛋白质遇到硝酸后加热都会变黄

C．蛋白质盐析是可逆的物理过程，利用该性质可提纯和分离蛋白质 D．肥皂液、淀粉液、蛋白质溶液都可以产生丁达尔现象 ［练习］ 一、选择题

1.碳原子之间以单键结合的饱和链烃的通式为 （ ）

A．CnH2n＋2 B．CnH2n C．CnH2n-2 D．CnHn 2.苯与乙烯.乙炔相比较，下列叙述中正确的是

（ ）

A．都易发生取代反应 B．都易发生加成反应

C．乙烯和乙炔易发生加成反应，苯只有在特殊条件下才发生加成反应 D．乙烯和乙炔易被氧化剂氧化，苯不易被氧化 3.32g某一元醇跟足量的金属钠完全反应，可以得到11.2L（标准状况）氢气，该醇是（ ） A．CH3OH B．C2H5OH

C．C3H7OH D．C4H9OH

4.下列叙述错误的是

（ ）

A．油脂是混合物

B．油脂水解制得甘油 C．油脂兼有酯类和烯烃的某些性质 D．油和脂互为同系物 5.下列说法中，正确的是

（ ）

A．油脂氢化的目的是提高油脂的熔点和稳定性 B．油脂是高级脂肪酸和甘油所生成的酯 C．油脂在酸性条件下的水解反应也叫皂化反应 D．“脂”一定是脂肪

6.下列关于乙烯和乙烷相比较的各说法中，不正确的是

（ ）

A．乙烯是不饱和烃，乙烷是饱和烃

B．乙烯能使高锰酸钾溶液和溴水褪色，乙烷则不能

C．乙烯分子中碳碳双键的键能是乙烷分子中碳碳单键的键能的两倍，因此乙烯比乙烷稳定

A．通入足量溴水中 B．与足量的溴反应 C．点燃 A．物质的量

D．在催化剂存在的条件下与H2反应

（ ）

（ ）

7.既可以用来鉴别乙烯和甲烷，又可以用来除去甲烷中混有的乙烯的方法是 （ ）

8.在相同状况下，质量相同的乙烯和一氧化碳具有相同的

B．原子个数 C．体积和密度 D．燃烧产物

9.异戊烷和新戊烷互为同分异构体的依据是

A．具有相似的化学性质 B．具有相同的物理性质

C．分子具有相同的空间结构 D．分子式相同，碳原子的空间结构不同

10.下列烷烃分子中的一个氢原子被氯原子取代后，不能产生同分异构体的是

A．丙烷

B．2，2—二甲基丙烷

D．异戊烷

C．丁烷

（ ）

11.从油脂皂化后的液态混合物中把肥皂分离出来，应采用的方法是 （ ）

A．蒸馏 B．过滤 C．萃取 D．盐析 二、填空题

12.（1）乙烯的分子式为________，电子式为________，结构式为_________。（2）乙烯分子中的__________键的键能并不是碳碳单键键能的两倍。（3）乙烯与高锰酸钾溶液的反应是__________反应，与溴水的反应是___________反应。 13.（1）写出下列微粒的电子式：羟基_________，氢氧根__________。

（2）将一螺旋状的铜丝放在酒精灯上灼烧，铜丝表面的颜色____________，立即将热的铜丝插入盛有乙醇的试管中，铜丝的表面颜色变为_________________色，试管内有__________气味产生。反应的化学方程式为____________________________。 14.写出乙酸跟下列物质起反应的化学方程式：

（1）金属镁，（2）生石灰，（3）苛性钠溶液，（4）纯碱溶液，（5）甲醇。

三、实验题

15. 实验室用下图制取少量溴苯，试填写下列空白。

（1）在烧瓶a中装的试剂是____________、____________、____________。 （2）导管b的作用有两个：一是____________，二是____________的作用。 （3）导管c的下口可否浸没于液面中？为什么？

（4）反应过程中在导管c的下口附近可以观察到的现象是有__________出现， 这是由于反应生成的_____________遇水蒸气而形成的。

（5）反应完毕后，向锥形瓶d中滴加AgNO3溶液有____________生成，反应的离子方程式：________________________。 （6）烧瓶a中发生反应的化学方程式是_________________________。 四、计算题

16、乙烯跟氯化氢加成可以生成氯乙烷（C2H5Cl），写出反应的化学方程式。按理论计算每吨乙烯能生产多少吨氯乙烷。 17、已知某种烃含碳的质量分数为85.7％，含氢的质量分数为14.3％，在标准状况下它的密度是 1.25g/L。试求这种烃的分子量和分子式。

第四章 化学与可持续发展 一、金属矿物的开发与利用

金属冶炼的原理与过程：除少数金属外，大多数金属以化合态的形式存在于自然界。由金属矿物转变为金属，一般要经过探矿、开采、选矿、冶炼等阶段。金属冶炼主要是利用矿物中的金属离子获得电子变成金属单质发生的氧化还原反应。 [练习]

1. 关于金属元素在自然界存在的情况的叙述中，正确的是 A.金属元素仅存在于矿物中。

B.金属元素存在于矿物和动物体內，但植物体內不含。

C.少数金属元素以游离态存在，大多数金属元素以化合态存在。 D.金属元素不仅存在矿物中，动物和植物体內也存在少量金属元素。 2. 下列化学方程式，能用于工业上冶炼金属镁的是 A.2Na+MgCl2====2NaCl+Mg B.MgCl2(熔化)

Mg+Cl2

C.2MgO

2Mg+O2 D.MgO+CMgO+C

二、海水资源的开发与利用

主要指海水资源和海水化学资源的利用。从海水中获得有用的物质和能量具有广阔的前景，但仍然是一个亟待研究的课题。 ［练习］

3. 1991年我国首创以铝－空气－海水电池作为能源的新型海水标志灯，以海水为电解质，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流，只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光，则电源负极材料为：___________，正极材料为：___________。正、负极反应分别为：_______________________、_______________________。

4. 从海水中提取金属镁的生产步骤有：①浓缩结晶，②加熟石灰，③加盐酸，④过滤，⑤熔融电解，正确的生产步骤是__________。 三、化石燃料的综合利用

煤石油天然气是重要的燃料，也是重要的化工原料。石油的炼制主要有分馏、裂化和裂解。煤的综合利用煤的干馏、汽化和液化。以石油煤天然气为原料通过聚合反应可以获得用途广泛的合成材料。 ［练习］

5.下列说法正确的是

A．煤、石油、天然气是当今世界上最重要的三大矿物燃料，是取之不尽的 B．煤是由无机物和有机物所组成的复杂的混合物，主要含有碳和氢两种元素 C．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

D．煤和石油都是由古代植物遗体埋在地层下或在地壳中经过一系列非常复杂的变化而形成的。

6. 从地下开采出的最主要的三种矿物燃料中，呈气态的燃料是______，主要成分的化学式为______；呈液态的燃料是______，主要含_____和______元素；呈固态的燃料是______，主要含有______元素。 [练习]

7.下列变化是化学变化的是

A．石油蒸馏 B．煤干馏 C．干冰升华 D．煤燃烧

8.冶炼金属一般有下列四种方法：①焦炭法；②水煤气（或氢气，或一氧化碳）法；③活泼金属置换法；④电解法。四种方法在工业上均有应用。古代有（Ⅰ）火烧孔雀石炼铜；（Ⅱ）湿法炼铜；现代有（Ⅲ）铝热法炼铬；（Ⅳ）从光卤石中炼镁，对它们的冶炼方法的分析不正确的是

A.（Ⅰ）用① B.（Ⅱ）用② C.（Ⅲ）用③ D.（Ⅳ）用④ 9．下列说法错误的是

A.石油中含有C5一C11的烷烃，可以通过石油的分馏得到汽油 B.已C18以的烷烃的重油经过催化裂化可以得到汽油 C.煤是由有机物和无机物组成的复杂的混合物

D.煤中含有苯和甲苯，可以先用干馏后用分馏的方法把它们分离出来 10．下列说法中正确的是

A.将煤加强热使它分解的过程叫干馏

B.煤经过干馏, 可生产出焦炭.煤焦油.粗氨水.焦炉气等 C.石油经过减压分馏, 可以得到更多的汽油

D石油通过裂化, 可以获得汽油.煤油.润滑油.凡士林和石蜡等

11. 1.6g某铁的氧化物用足量的一氧化碳还原，将生成的气体全部通入足量的石灰水中，得到3g白色沉淀，求此氧化物的化学式．

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