知识点一 自然资源的开发利用
1. 金属矿物的开发利用——金属冶炼
（1）金属冶炼的实质
金属冶炼的实质是使金属化合物中的金属离子得到电子被还原为金属单质的过程：
（2）金属冶炼方法的选择
金属的冶炼方法与金属的活泼性密切相关：
| 金属活泼性 | 冶炼方法 | 实例 |
|---|---|---|
| K、Ca、Na、Mg、Al（极活泼） | 电解法（电解熔融盐或氧化物） | 2Al₂O₃(熔融) →电解 4Al + 3O₂↑（冰晶石作助熔剂） |
| 2NaCl(熔融) →电解 2Na + Cl₂↑ | ||
| MgCl₂(熔融) →电解 Mg + Cl₂↑ | ||
| Zn、Fe、Sn、Pb、Cu（中等活泼） | 热还原法（用还原剂） | 还原剂：C、CO、H₂、Al 等 |
| Fe₂O₃ + 3CO →高温 2Fe + 3CO₂（高炉炼铁） | ||
| 2Al + Fe₂O₃ →高温 Al₂O₃ + 2Fe（铝热反应） | ||
| CuO + H₂ →Δ Cu + H₂O | ||
| Hg、Ag（不活泼） | 热分解法 | 2HgO →Δ 2Hg + O₂↑ |
| 2Ag₂O →Δ 4Ag + O₂↑ | ||
| Pt、Au（极不活泼） | 自然界中以游离态存在 | 通过物理方法（淘金）富集 |
💡 铝热反应：铝与某些金属氧化物在高温下发生的置换反应，放出大量热，可用于焊接钢轨。铝热剂是 Al 和 Fe₂O₃（或 Fe₃O₄、Cr₂O₃ 等）的混合物。
2. 海水的开发利用
海水是巨大的资源宝库，含有大量 Na、Mg、Cl、Br、I 等元素。
（1）海水淡化
| 方法 | 原理 |
|---|---|
| 蒸馏法 | 加热海水使水蒸发，再冷凝得到淡水 |
| 电渗析法 | 利用离子交换膜，在电场作用下分离海水中的离子 |
| 反渗透法 | 用半透膜在压力下使水分子通过，截留盐分 |
（2）海水制盐
海水晒盐是将海水引入盐田，利用太阳能蒸发水分，使 NaCl 结晶析出。得到的粗盐中含有 MgCl₂、CaCl₂、Na₂SO₄ 等杂质，需经提纯。
（3）海水提溴（Br₂）
海水中的溴以 Br⁻ 形式存在（浓度约 65 mg/L），提取流程：
（将氯气通入浓缩后的海水中，氧化 Br⁻ 为 Br₂，再用空气吹出，用 SO₂ 吸收富集，最后用 Cl₂ 氧化得到纯溴）
（4）海水提镁（Mg）
从海水中提取镁的流程：
- 将海水中的 Mg²⁺ 转化为 Mg(OH)₂ 沉淀（加石灰乳/碱）
- Mg(OH)₂ 溶于盐酸得到 MgCl₂ 溶液
- 蒸发浓缩、冷却结晶得到 MgCl₂·6H₂O
- 在 HCl 气流中加热脱水得到无水 MgCl₂
- 电解熔融 MgCl₂ 得到金属镁
⚠️ 注意：电解 MgCl₂ 溶液只能得到 Mg(OH)₂ 和 H₂、Cl₂，不能得到 Mg。必须电解熔融的 MgCl₂。
（5）海水提碘（I₂）
海带等海藻富含碘元素（以 I⁻ 形式存在），提取原理与提溴类似，用 Cl₂ 将 I⁻ 氧化为 I₂。
3. 煤、石油和天然气的综合利用
（1）煤的综合利用
煤是复杂的混合物，主要含碳元素，还含有 H、O、N、S 等元素。
| 加工方法 | 原理 | 主要产品 |
|---|---|---|
| 煤的干馏（焦化） | 将煤隔绝空气加强热使其分解 | 焦炭、煤焦油、焦炉气（含 H₂、CH₄、CO）、粗氨水 |
| 煤的气化 | 将煤转化为可燃性气体 | C + H₂O(g) →高温 CO + H₂（水煤气） |
| 煤的液化 | 将煤转化为液体燃料 | 直接液化：煤 + H₂ 催化剂；间接液化：煤 → 水煤气 → 甲醇等液体燃料 |
💡 说明：煤的干馏是化学变化，煤的气化和液化也是化学变化。这些加工方法提高了煤的利用效率，减少了污染。
（2）石油的综合利用
石油是复杂的混合物，主要含 C、H 元素（各种烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物）。
| 加工方法 | 原理 | 主要产品 |
|---|---|---|
| 分馏（常压/减压） | 利用各组分沸点不同，加热分离 | 石油气、汽油、煤油、柴油、润滑油、重油等 |
| 裂化 | 将长链烃断裂为短链烃 | 提高汽油的产量和质量 |
| 裂解（深度裂化） | 在比裂化更高温度下深度裂解 | 乙烯、丙烯、丁二烯等基础化工原料 |
| 催化重整 | 将链状烃转化为环状烃或芳香烃 | 苯、甲苯、二甲苯等 |
💡 说明：石油的分馏是物理变化，裂化/裂解/重整是化学变化。
（3）天然气的利用
天然气的主要成分是 CH₄（甲烷），是清洁燃料和重要的化工原料。
知识点二 化学品的合理使用
1. 化肥的合理使用
（1）常见化肥
| 类型 | 常见物质 | 作用 |
|---|---|---|
| 氮肥 | CO(NH₂)₂（尿素）、NH₄NO₃、NH₄HCO₃、(NH₄)₂SO₄ | 促进植物茎叶生长（叶绿素合成需要氮） |
| 磷肥 | Ca(H₂PO₄)₂（过磷酸钙/普钙） | 促进根系发育，增强抗寒抗旱能力 |
| 钾肥 | KCl、K₂SO₄ | 促进淀粉和糖分的合成，增强抗倒伏能力 |
| 复合肥 | KNO₃、NH₄H₂PO₄、(NH₄)₂HPO₄ | 含两种或以上营养元素 |
（2）合理使用原则
- 根据土壤特性和作物需求选择合适的化肥
- 控制用量，避免过量施肥造成浪费和环境污染
- 铵态氮肥（如 NH₄HCO₃）不宜与碱性肥料混用（会放出 NH₃ 损失氮元素）
- 过量使用氮肥和磷肥会导致水体富营养化（水华、赤潮）
2. 农药的合理使用
农药包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂、植物生长调节剂等。
合理使用原则： - 对症下药，适时适量 - 交替使用不同类型的农药，防止病虫害产生抗药性 - 严格遵守安全间隔期（最后一次施药距收获的天数） - 发展高效、低毒、低残留的农药
3. 药品的安全使用
| 常见药品 | 作用 | 注意事项 |
|---|---|---|
| 阿司匹林 | 解热镇痛 | 化学名乙酰水杨酸，长期大量服用可能刺激胃黏膜 |
| 青霉素 | 抗生素（杀菌） | 使用前需做皮试（过敏反应） |
| 抗酸药（如 Al(OH)₃、NaHCO₃） | 中和胃酸过多 | 不可长期大量使用 |
| 麻黄碱 | 缓解鼻塞 | 属于国家管制的易制毒化学品 |
⚠️ 注意：处方药（R×）须凭医生处方购买，非处方药（OTC）可自行购买使用。滥用抗生素会导致细菌产生耐药性。
4. 食品添加剂
食品添加剂：为改善食品品质和色、香、味，以及为防腐、保鲜和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成或天然物质。
| 类别 | 常见物质 | 作用 |
|---|---|---|
| 防腐剂 | 苯甲酸钠、山梨酸钾、亚硝酸钠（限量） | 防止食品腐败变质 |
| 抗氧化剂 | 维生素 C（抗坏血酸）、维生素 E | 防止食品氧化变质 |
| 着色剂 | 胡萝卜素（天然）、胭脂红（合成） | 改善食品色泽 |
| 调味剂 | 味精（谷氨酸钠）、食醋、食盐 | 改善食品风味 |
| 膨松剂 | NaHCO₃、NH₄HCO₃、明矾 | 使食品疏松 |
| 营养强化剂 | 维生素、矿物质（如碘盐） | 补充营养成分 |
⚠️ 注意：食品添加剂必须在规定范围和用量内使用，不能滥用。三聚氰胺、苏丹红等不属于食品添加剂，是非法添加物。
知识点三 环境保护与绿色化学
1. 环境污染问题
（1）大气污染
| 污染类型 | 污染物 | 来源 | 危害 |
|---|---|---|---|
| 酸雨 | SO₂、NOₓ | 化石燃料燃烧 | 土壤酸化、腐蚀建筑、危害生态 |
| 温室效应 | CO₂、CH₄ | 化石燃料燃烧、农业 | 全球气候变暖、海平面上升 |
| 臭氧层破坏 | 氟利昂（CFCs） | 制冷剂、发泡剂 | 紫外线辐射增强、危害健康 |
| 光化学烟雾 | NOₓ、碳氢化合物 | 汽车尾气 | 刺激呼吸道、危害植物 |
| PM2.5 | 可吸入颗粒物 | 燃煤、汽车尾气、扬尘 | 危害呼吸系统 |
（2）水污染
| 污染类型 | 原因 | 危害 |
|---|---|---|
| 水体富营养化 | 含 N、P 的废水排入水体 | 藻类大量繁殖，水中溶解氧减少，鱼类死亡 |
| 重金属污染 | 含 Hg、Cd、Pb、Cr 等重金属的工业废水 | 通过食物链富集，危害人体健康 |
| 有机物污染 | 生活污水、工业有机废水 | 消耗水中溶解氧 |
（3）土壤污染
- 过量使用化肥和农药
- 工业废水和固体废弃物的排放
- 重金属在土壤中积累
2. 环境保护的措施
（1）工业"三废"的处理
| 三废 | 处理方法 |
|---|---|
| 废气 | 吸收法（如石灰石-石膏法脱硫）、吸附法、催化转化法（汽车尾气净化器） |
| 废水 | 中和法、沉淀法、氧化还原法、生物处理法 |
| 废渣 | 回收利用、填埋、焚烧、堆肥 |
（2）汽车尾气处理
汽车尾气中的有害成分（CO、NOₓ、碳氢化合物）通过催化转化器进行转化：
（CO 和 NO 在催化剂作用下转化为无害的 CO₂ 和 N₂）
（3）垃圾分类与回收
| 类别 | 内容 | 处理方式 |
|---|---|---|
| 可回收物 | 废纸、塑料、金属、玻璃等 | 回收利用 |
| 有害垃圾 | 废旧电池、废弃药品、废灯管等 | 特殊处理 |
| 厨余垃圾 | 剩菜剩饭、果皮等 | 堆肥 |
| 其他垃圾 | 以上之外的生活垃圾 | 填埋或焚烧 |
3. 绿色化学
（1）绿色化学的定义
绿色化学（又称环境无害化学、清洁化学）：利用化学原理从源头上减少或消除工业生产对环境的污染。
（2）绿色化学的核心理念——原子经济性
原子利用率：目标产物的质量占反应物总质量的百分比。
原子利用率越高，副产物越少，越符合绿色化学的要求。
（3）绿色化学的原则
- 从源头防止污染，而不是污染后再治理
- 设计高原子利用率的合成路线
- 尽量使用无毒无害的原料和溶剂
- 使用可再生的原料
- 开发节能环保的生产工艺
4. 可持续发展
可持续发展：既满足当代人的需求，又不危及后代人满足其需求的能力的发展。
化学在可持续发展中扮演重要角色： - 开发新能源（太阳能、氢能、风能等） - 提高能源利用效率 - 开发环保材料和绿色产品 - 治理环境污染，保护生态环境
重点例题
例题1 金属冶炼方法的选择
题目：下列金属的冶炼方法不正确的是（ ）
A. 电解熔融 NaCl 制取金属钠
B. 用 CO 在高温下还原 Fe₂O₃ 制取铁
C. 加热分解 HgO 制取汞
D. 电解 AlCl₃ 溶液制取金属铝
解析： - A 正确：Na 是活泼金属，用电解熔融 NaCl 法制取 - B 正确：Fe 是中等活泼金属，用热还原法（CO 还原 Fe₂O₃） - C 正确：Hg 是不活泼金属，用热分解法 - D 错误：制取 Al 应电解熔融的 Al₂O₃，不能电解 AlCl₃ 溶液（AlCl₃ 是分子晶体，且溶液电解得不到 Al）
答案：D
例题2 原子利用率
题目：下列制备环氧乙烷的方法中，原子利用率最高的是（ ）
A. CH₂＝CH₂ + Cl₂ + Ca(OH)₂ → 环氧乙烷 + CaCl₂ + H₂O
B. 2CH₂＝CH₂ + O₂ →催化剂 2环氧乙烷
解析： - A 中有副产物 CaCl₂ 和 H₂O，原子利用率较低 - B 中反应物全部转化为目标产物，原子利用率为 100%，符合绿色化学理念
答案：B
例题3 环境问题
题目：下列环境问题与二氧化硫的排放有关的是（ ）
A. 温室效应
B. 臭氧层破坏
C. 酸雨
D. 光化学烟雾
解析： - A：温室效应主要与 CO₂、CH₄ 有关 - B：臭氧层破坏主要与氟利昂（CFCs）有关 - C：酸雨主要与 SO₂ 和 NOₓ 的排放有关（SO₂ 形成硫酸型酸雨） - D：光化学烟雾主要与 NOₓ 和碳氢化合物有关
答案：C
易错点提醒
- ⚠️ 不同金属冶炼方法的选择：K、Ca、Na、Mg、Al → 电解法；Zn、Fe、Sn、Pb、Cu → 热还原法；Hg、Ag → 热分解法；Pt、Au → 自然界以游离态存在
- ⚠️ 电解法制 Al 是电解 Al₂O₃ 而非 AlCl₃：AlCl₃ 是分子晶体，熔融态不导电；且电解 AlCl₃ 溶液也不得到 Al
- ⚠️ 煤的干馏是化学变化：煤的干馏、气化、液化都是化学变化；石油的分馏是物理变化，裂化/裂解是化学变化
- ⚠️ 化肥的合理使用：铵态氮肥不能与碱性物质混用（会放出 NH₃ 损失肥效）；过量使用化肥会导致水体富营养化
- ⚠️ 食品添加剂 ≠ 非法添加物：三聚氰胺、苏丹红等是非法添加物，不是食品添加剂
- ⚠️ 绿色化学 ≠ 污染治理：绿色化学的核心是从源头减少污染，而不是污染产生后再治理
- ⚠️ 原子利用率：原子利用率 = 目标产物质量/反应物总质量，是衡量绿色化学的重要指标
方法技巧
1. 金属冶炼方法的记忆
按金属活动性顺序表记忆： - K Ca Na Mg Al → 电解法（太活泼，只能用电解法） - Zn Fe Sn Pb (H) Cu → 热还原法 - Hg Ag → 热分解法 - Pt Au → 自然界存在，直接物理富集
2. 海水提溴、碘、镁的流程
核心思路：富集 → 氧化 → 提取 → 精制
- 溴/碘：先用 Cl₂ 氧化 Br⁻/I⁻ → Br₂/I₂，吹出/萃取，再富集，提纯
- 镁：先沉淀为 Mg(OH)₂ → MgCl₂ → 电解熔融 MgCl₂
3. 绿色化学的判断
绿色化学强调"从源头减少污染"，核心指标是原子利用率。化合反应和加成反应的原子利用率通常是 100%，而有副产物的反应（如取代反应）原子利用率较低。
本章知识框架
第8章（必修二第6章） 化学与可持续发展
├── 自然资源的开发利用
│ ├── 金属冶炼
│ │ ├── 实质：Mⁿ⁺ + ne⁻ → M
│ │ ├── 电解法（K~Al）
│ │ ├── 热还原法（Zn~Cu）
│ │ ├── 热分解法（Hg、Ag）
│ │ └── 游离态存在（Pt、Au）
│ ├── 海水资源利用
│ │ ├── 海水淡化（蒸馏法、电渗析法、反渗透法）
│ │ ├── 海水制盐
│ │ ├── 海水提溴、提碘（Cl₂氧化法）
│ │ └── 海水提镁（Mg(OH)₂ → MgCl₂ → 电解）
│ └── 煤、石油、天然气
│ ├── 煤：干馏、气化、液化
│ ├── 石油：分馏、裂化、裂解、重整
│ └── 天然气：主要成分CH₄
├── 化学品的合理使用
│ ├── 化肥（氮肥、磷肥、钾肥、复合肥）
│ │ └── 合理使用（避免过量，防止水体富营养化）
│ ├── 农药（高效低毒低残留）
│ ├── 药品（处方药 vs 非处方药，合理使用抗生素）
│ └── 食品添加剂
│ ├── 防腐剂、抗氧化剂、着色剂、调味剂等
│ └── 在限定范围和用量内使用
└── 环境保护与绿色化学
├── 环境污染
│ ├── 大气污染（酸雨、温室效应、臭氧层破坏、光化学烟雾、PM2.5）
│ ├── 水污染（富营养化、重金属污染）
│ └── 土壤污染
├── 环境保护措施
│ ├── 工业"三废"处理
│ ├── 汽车尾气净化（催化转化）
│ └── 垃圾分类与回收
└── 绿色化学
├── 核心理念：从源头减少污染
├── 原子利用率（原子经济性）
└── 可持续发展
📌 笔记区
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