选修2 专题1.ppt

选修2化学与技术专题1化学与资源开发利用 一 获取洁净的水1 水的净化 1 基本流程 常用的混凝剂有 聚合铝等 常用的消毒剂有 ClO2 高铁酸盐等 明矾 Al2 SO4 3 FeSO4 漂白粉 液氯 2 明矾净水原理 明矾在水中发生电离 电离出的Al3 发生水解 氢氧化铝胶体能吸附水中的悬浮物而沉降 Al3 3H2OAl OH 3 胶体 3H 2 硬水的软化 1 硬水和软水 2 硬水的类型 暂时硬度 由钙 镁的 引起的硬度永久硬度 由钙 镁的 引起的硬度 3 硬水的软化方法 硬水软化的常用方法有 药剂法和离子交换法等 碳酸氢盐 硫酸盐或氯化物 加热法 Ca2 Mg2 Ca2 Mg2 3 污水处理基本流程 二 海水的综合利用1 海水淡化的四种方法海水淡化的方法有 2 氯碱工业 1 原料 2 生产设备 3 反应原理 阴极反应 阳极反应 总反应方程式 蒸馏法 电渗析法 反渗透法和冷冻法 精制饱和食盐水 阳离子交换膜电解槽 2H 2e H2 2Cl 2e Cl2 2NaCl 2H2O2NaOH Cl2 H2 通电 3 海水提镁 CaCO3 CaO CO2 CaO H2O Ca OH 2 MgCl2 Ca OH 2 Mg OH 2 CaCl2 Mg OH 2 2HCl MgCl2 2H2O MgCl2 熔融 Mg Cl2 通电 高温 三 煤的综合利用1 煤的综合利用 2 煤的脱硫处理 1 流化床 燃烧技术 流程 化学方程式S O2 SO2 CaCO3 CaO CO2 CaO SO2 CaSO3 2CaSO3 O2 2CaSO4 高温 高温 高温 高温 2 烟气净化技术 流程 烟气CaSO3CaSO4 化学方程式 Ca OH 2 SO2 CaSO3 H2O 2CaSO3 O2 2CaSO4 氧化 高温 3 微生物脱硫技术 流程 FeS2FeSO4 H2SO4 化学方程式 2FeS2 7O2 2H2O2FeSO4 2H2SO4 O2 H2O 微生物 四 绿色化学 一核心一目标 1 绿色化学 的核心 绿色化学 的核心内涵是在反应过程和化工生产中 2 绿色化学的目标 原子经济性原子经济性要求反应物的原子全部转变成最终产物 原子利用率达到 也就是说在化学反应过程中 尽量减少或彻底消除使用和产生有害物质 100 不产生任何废物 五 固体废弃物的处理1 生活垃圾的分类 2 生活垃圾的无害化处理 1 原则 无害化 减量化和资源化 2 方法 垃圾焚烧处理 焚烧炉中 垃圾卫生填埋 垃圾的堆肥处理 废旧电池的特殊处理 3 生活垃圾资源化 垃圾回收和利用 1 燃烧垃圾发电 2 用垃圾生产沼气 3 废弃塑料的回收 4 废玻璃的回收利用 六 沼气的产生1 原料植物秸秆 杂草 生活垃圾 人畜粪便 污泥 食品工业有机废水 2 设备沼气池 3 条件一定温度 湿度 酸碱度 各类厌氧微生物 如沼气菌 作催化剂 4 原理有机物在沼气菌作用下 一部分被彻底氧化 分解为CO2 一部分被还原为CH4 5 应用沼气是优质气体燃料 残渣是非常好的有机肥 沼液对病菌有抑制作用 可以杀灭害虫 思考辨析 1 硬水中加入适量石灰水后 由于生成Mg OH 2 CaCO3沉淀 水就软化了 分析 加入石灰水后 加入了Ca2 只能将Mg2 引起的硬度转化为Ca2 引起的硬度 仍然存在大量的Ca2 2 废水中的重金属离子Hg2 Pb2 Cu2 均可用加入强碱 NaOH 使其沉淀的方法除去 分析 Hg2 Pb2 Cu2 等重金属离子应用Na2S使其转化成硫化物沉淀而除去 3 离子交换膜电解槽电解食盐水时阴极产物是NaOH和氢气 分析 电解食盐水时 阳极产物是Cl2 阴极产物是H2和NaOH 4 将MgCl2 6H2O加热分解可制得无水氯化镁 分析 MgCl2 6H2O加热时MgCl2发生水解 生成Mg OH 2 故应在HCl的气流中加热MgCl2 6H2O才能得到无水MgCl2 5 废旧电池可进行填埋处理 分析 废旧电池中含有Cd Hg等重金属 填埋后会污染土壤 水源 故废旧电池要特殊处理 考点1氯碱工业 1 原料精制饱和食盐水 1 精制目的 除去泥沙 使Ca2 Mg2 Fe3 等离子的含量达到要求 2 精制原因 Ca2 Mg2 等在碱溶液中形成的沉淀及泥沙等会破坏离子交换膜 而使产品不纯 3 精制方法 用BaCl2除去 用NaOH除去Mg2 Fe3 用Na2CO3除去Ba2 及Ca2 所加沉淀剂需稍过量 最后加盐酸调节盐水的pH 4 有关离子方程式 Ba2 BaSO4 Mg2 2OH Mg OH 2 Fe3 3OH Fe OH 3 Ca2 CaCO3 Ba2 BaCO3 2H H2O CO2 5 工艺流程 粗盐水过滤离子交换树脂精盐水 在进入电解槽前需通过离子交换树脂进一步除去Ca2 Mg2 等离子 以防破坏离子交换膜 沉淀剂 加适量稀盐酸 2 原理2NaCl 2H2O 2NaOH H2 Cl2 3 主要设备离子交换膜电解槽 通电 阳极室 加入的是精制后的饱和食盐水阴极室 加入纯水 加入一定量的NaOH溶液 4 生产流程 误区警示 1 除去饱和食盐水中的Ca2 Mg2 S时 纯碱应在钡试剂之后加入 稀盐酸应在过滤后加入 2 电解饱和食盐水时要使用惰性电极而不能使用Fe Cu等活性电极 否则阳极得不到Cl2 3 阳离子交换膜既防止了Cl2与NaOH溶液的反应 又防止了Cl2与H2的反应 典例1 2012 浙江高考 1 氯碱工业是利用电解食盐水生产 为基础的工业体系 2 电解前 为除去食盐水中的Mg2 Ca2 等杂质离子 下列加入顺序合理的是 A 碳酸钠 氢氧化钠 氯化钡B 碳酸钠 氯化钡 氢氧化钠C 氢氧化钠 碳酸钠 氯化钡D 氯化钡 氢氧化钠 碳酸钠 3 盐泥 是粗盐提纯及电解食盐水过程中形成的工业 废料 某工厂的盐泥组成如下 为了生产七水硫酸镁 设计了以下工艺流程 装置1中加入的酸应选用 加入的酸应适当过量 控制pH为5左右 反应温度在50 左右 持续搅拌使之充分反应 以使Mg OH 2充分溶解并转化为MgSO4 在此过程中同时生成CaSO4 其中碳酸钙可以转化为硫酸钙的原因是 装置2中滤渣的主要成分为 装置3中通入高温水蒸气并控制温度在100 110 蒸发结晶 此时析出的晶体主要是 用装置6 真空干燥器 干燥七水硫酸镁晶体的理由是 解题指南 解答本题要注意以下2点 1 关注 盐泥 的主要成分 2 粗盐的提纯过程中试剂的滴加顺序 解析 1 由于电解饱和食盐水的过程中产生了Cl2 H2和NaOH 所以电解食盐水主要是为了制取以上三种物质 2 在粗盐提纯过程中 所加除杂试剂的顺序通常为先加BaCl2 再加NaOH 最后加入Na2CO3 加NaOH的顺序可以放在BaCl2的前面也可以放在Na2CO3的后面 但Na2CO3的加入顺序必须放在BaCl2的后面 因过量的BaCl2需用Na2CO3除去 3 由于最终的产品为MgSO4 7H2O 所以所加的酸应该是H2SO4 加入H2SO4后发生的反应有 Mg OH 2 H2SO4 MgSO4 2H2O CaCO3 H2SO4 CaSO4 CO2 H2O CaCO3和H2SO4的反应之所以能够持续进行 是因为该反应是在50 及持续搅拌的条件下进行的 该条件下CO2可以迅速从溶液中逸出而使平衡不断向正反应方向移动 CaSO4是一种微溶物 滤渣中除BaSO4 不溶于酸的物质外还应含有CaSO4 在真空干燥器中MgSO4 7H2O表面的水不需要加热烘干就能挥发掉 这样就能有效防止失去结晶水 答案 氯气 烧碱 氢气 只写出氯气 烧碱也可 D 稀 硫酸 搅拌过程中CO2不断逸出 使平衡CaCO3 H2SO4CaSO4 H2CO3 H2CO3H2O CO2 不断向右移动 CaSO4 BaSO4 其他不溶于酸的物质 氯化钠 防止失去结晶水 互动探究 电解前除去食盐水中的Mg2 Ca2 等杂质离子 除本题的 2 中的试剂加入顺序外 还有其他加入顺序吗 提示 还可以按以下顺序除去食盐水中的杂质离子 NaOHBaCl2Na2CO3 变式训练 2011 北京高考节选 氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如图所示 1 溶液A的溶质是 2 电解饱和食盐水的离子方程式是 3 电解所用的盐水需精制 除去有影响的Ca2 Mg2 c c Ca2 精制流程如下 淡盐水和溶液A来自电解池 盐泥a除泥沙外 还含有的物质是 过程 中将转化为N2的离子方程式是 BaSO4的溶解度比BaCO3的小 过程 中除去的离子有 经过程 处理 要求盐水c中剩余Na2SO3的含量小于5mg L 1 若盐水b中NaClO的含量是7 45mg L 1 则处理10m3盐水b 至多添加10 Na2SO3溶液kg 溶液体积变化忽略不计 解析 1 电解饱和食盐水时的两极反应分别为阳极 2Cl 2e Cl2 阴极 2H 2e H2 阳极产生Cl2 阴极产生H2 同时水的电离H2OH OH 由于H 浓度减小而得到促进 产生OH 因此溶液A为NaOH溶液 2 电解饱和食盐水时的离子方程式 2Cl 2H2O H2 Cl2 2OH 电解 3 将粗盐水与含Cl2的淡盐水混合后 溶液中的杂质微粒有Ca2 Mg2 Cl2 盐泥a中除泥沙外 还有加入NaOH溶液时反应产生的沉淀 即Mg2 发生反应生成Mg OH 2 Mg2 2OH Mg OH 2 过程 中加入NaOH溶液将转化为N2时 因氮元素化合价升高 因此发生氧化还原反应 N是还原剂 成分中氧化剂只有Cl2 故Cl2 N2 Cl 结合电荷守恒和原子守恒 配平反应即为3Cl2 8OH 2 N2 6Cl 8H2O 加入NaOH溶液调pH至11后 盐水a中的杂质离子中一定有Ca2 OH 还可能有过量Cl2与NaOH发生反应Cl2 2OH Cl ClO H2O生成的ClO 过程 中由于BaCO3的溶解度比BaSO4大 加入BaCO3时 发生反应 aq BaCO3 s BaSO4 s aq 由于c c Ca2 故反应产生的c c Ca2 发生反应 Ca2 CaCO3 从而除去Ca2 和 反应的化学方程式为Na2SO3 NaClO Na2SO4 NaCln NaClO 104L 7 45mg L 1 10 3g mg 1 74 5g mol 1 1mol 所以参加反应的n Na2SO3 1mol故参加反应的Na2SO3的质量为1mol 126g mol 1 126g 溶液中最多剩余的m Na2SO3 104L 5mg L 1 10 3g mg 1 50g所以最多加入Na2SO3的质量为 126g 50g 176g需要10 的Na2SO3溶液的质量为1 76kg 答案 1 NaOH 2 2Cl 2H2O H2 Cl2 2OH 3 Mg OH 2 3Cl2 8OH 2NH4 N2 6Cl 8H2O Ca2 1 76 电解 考点2水的净化与处理 1 硬水软化的方法 1 加热法 只能软化具有暂时硬度的水 其原理为Ca HCO3 2 CaCO3 CO2 H2O Mg HCO3 2 MgCO3 CO2 H2O 继续煮沸时 MgCO3可转化为更难溶的Mg OH 2 MgCO3 H2O Mg OH 2 CO2 2 药剂法 石灰纯碱法 反应原理 Ca HCO3 2 Ca OH 2 2CaCO3 2H2OMg HCO3 2 2Ca OH 2 2CaCO3 Mg OH 2 2H2OMgSO4 Ca OH 2 Mg OH 2 CaSO4 Ca2 CaCO3 3 离子交换法 利用了离子交换反应原理 软化水的质量高 常用离子交换树脂作离子交换剂 其软化硬水和再生的过程如图所示 2 污水处理的常用方法 误区警示 1 用药剂法软化硬水时一定要注意加入试剂的先后顺序 即Na2CO3应在Ca OH 2之后加入 2 用阳离子交换树脂HR除去硬水中的Ca2 Mg2 时 溶液中的酸性会增强 应再用碱性溶液中和H 3 污水处理中的酸性废水常用熟石灰中和而不用NaOH溶液中和 碱性废水常用CO2中和 典例2 2011 山东高考 水处理技术在生产 生活中应用广泛 1 含有较多离子的水称为硬水 硬水加热后产生碳酸盐沉淀的离子方程式为 写一个即可 2 将RH型阳离子交换树脂和ROH型阴离子交换树脂串接来软化天然硬水 应该先使硬水通过 填 RH 或 ROH 型离子交换树脂 原因是 3 通过施加一定压力使水分子通过半透膜而将大分子或离子截留 从而获得纯净水的方法称为 电渗析法净化水时 使离子通过半透膜的推动力是 4 检验蒸馏水的纯度时 最简单易行的方法是测定水的 解题指南 解答本题时注意如下3点 1 硬水应先通过 RH 再通过 ROH 防止生成Mg OH 2影响交换效果 2 电渗析法净化水时使离子通过半透膜的推动力是电势差 或电场力 3 水是一种极弱的电解质 纯度越高电导率越小或电阻率越大 解析 1 含有较多的钙 镁离子的水称为硬水 加热硬水产生碳酸盐的化学方程式为Ca HCO3 2 CaCO3 CO2 H2O Mg HCO3 2 MgCO3 CO2 H2O 故离子方程式为Ca2 2 CaCO3 CO2 H2O Mg2 2 MgCO3 CO2 H2O 2 先通过阳离子交换树脂RH 因溶液中镁离子易与ROH型阴离子交换树脂反应生成Mg OH 2影响交换效果 3 通过施加一定压力使水分子通过半透膜而将大分子或离子截留 获得纯净水的方法称为反渗透法 电渗析法净化水时 使离子通过半透膜的推动力是电势差 或电场力 4 水越纯 电导率越小或电阻率越大 可用于测定水的纯度 答案 1 钙 镁Ca2 2 CaCO3 CO2 H2O 或Mg2 2 MgCO3 CO2 H2O 2 RH先通过阴离子交换树脂可能产生Mg OH 2等沉淀而影响树脂交换效果 3 反渗透法电势差 或电场力 4 电导率或电阻率 互动探究 1 用蒸馏的方法可得到软水吗 提示 可以 水中钙 镁的化合物难挥发 水蒸气冷凝得到的水属于软水 2 用RH型阳离子交换树脂软化后的硬水 pH会发生什么变化 只用RH阳离子交换树脂软化的水可用于工农业生产吗 提示 水的pH会减小 酸性增强 不能直接应用于工农业生产 1 化学与能源开发 环境保护 资源利用等密切相关 下列说法正确的是 A 为提高农作物的产量和质量 应大量使用化肥和农药B 绿色化学的核心是应用化学原理对环境污染进行治理C 实现化石燃料清洁利用 就无需开发新能源D 垃圾是放错地方的资源 应分类回收利用 解析 选D 本题主要考查的知识点有 化学物质与生活的关系 绿色化学的概念 化肥 农药对人类生活的影响 A项 为了提高农作物的产量和质量 应研发高效低毒的农药 降低蔬菜的农药残留量 B项 绿色化学的核心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 C项 化石能源是有限的一次能源 为了长远的可持续发展 必须要开发新能源 D项 垃圾也是一项重要的资源 综上分析可知 本题选D项 2 2013 丽水模拟 下列说法中错误的是 A 检验天然水是否为硬水最简单的方法是用肥皂水检验B 冷冻法进行海水淡化是利用海水蒸发吸热使海水冷却形成冰晶 这种方法能耗小C 反渗透法进行海水淡化能大量快速生成淡水 其技术关键在于寻找理想的渗透膜D 处理污水主要是生物化学方法 这种方法的关键是培养好活性污泥中的微生物 并提高处理过程的曝气效率 解析 选B 冷冻法进行海水淡化 能耗较高 B说法错误 3 水是生命之源 但随着工业的发展 许多宝贵的水资源受到了污染 下面是对某自来水厂水源进行水质分析时得到的部分信息 水体浑浊 有一定异味 pH为6 5 细菌总数1mL水中含有250个 国家标准规定每亳升不得超过100个 1 为了达到饮用水标准 下列处理措施中不正确的是 A 加混凝剂沉降B 用碱调节到中性C 用活性炭吸附D 注入液氯消毒 2 已知高铁酸钠 Na2FeO4 加入水中 能杀死水中的微生物和细菌 并能产生类似明矾的净水作用 写出其在净水过程中发生反应的离子方程式 3 刚出厂的自来水中含少量余氯 它在配水管中停留可有效地起到杀菌作用 并能保持较长时间 请解释其原因 4 水中可溶性钙及镁的化合物含量的高低可用水的硬度来表示 下列问题的出现与水的硬度无关的是 A 锅炉管道结垢B 肥皂去污效果降低C 水中溶解氧降低D 长期饮用造成尿道结石 解析 1 用碱调节污水到中性的方法不可取 因为这样只是换了一种污染水的方法 2 Na2FeO4中 6价的铁体现氧化性时变为 3价铁 而Fe3 会水解产生具有净水功能的Fe OH 3胶体 3 Cl2与H2O的反应是一个可逆反应 HClO具有杀菌消毒作用 当其被消耗后 由于剩余Cl2的存在 会使Cl2与H2O反应的平衡向生成HClO的方向移动 从而使水中的HClO能得到及时的补充 4 根据 水中可溶性钙及镁的化合物含量的高低可用水的硬度来表示 的意思 水中溶解氧的降低与水的硬度无关 答案 1 B 2 Fe3 3H2OFe OH 3 胶体 3H 3 Cl2 H2OHCl HClO 由于余氯的存在 当次氯酸被消耗后 上述反应的化学平衡向正反应方向移动 使水中的次氯酸得到了及时的补充 答出平衡移动即可 4 C 4 煤是重要的能源 也是化工生产的重要原料 1 煤燃烧产生的废气直接排放到空气中 可能导致的环境污染问题是 2 如图是对煤燃烧产生的废气进行脱硫处理的流程示意图 废气脱硫过程中 主要反应的化学方程式为 在煤中直接添加一种物质 可有效减少煤燃烧产生的SO2 该物质是 写出一种即可 石膏在工业生产中的用途是 写出一种用途即可 3 煤经过 填加工方法 可以得到出炉煤气 煤焦油和焦炭 煤焦油经过 填加工方法 可得到芳香族化合物 煤也可以用氢化法转化成燃油 氢化法的本质是 解析 1 煤燃烧会产生SO2 会导致酸雨的发生 2 废气中含有O2 CO2 N2和SO2 通入空气加入CaCO3发生反应 CaCO3 SO2 CaSO3 CO2 2CaSO3 O2 2CaSO4 3 煤干馏可得到焦炭 煤焦油和出炉煤气 煤焦油中含有苯 甲苯 二甲苯 萘等物质 经分馏后可得到甲苯 二甲苯等芳香族化合物 煤氢化的目的是将固体燃料转化为液体燃料 高温 答案 1 酸雨 粉尘污染 答出一项即可 2 SO2 CaCO3 CaSO3 CO22CaSO3 O2 2CaSO4 CaCO3 CaO或Ca OH 2 医用 建筑材料 模型 3 干馏分馏增加煤中氢元素含量 提高氢原子数与碳原子数的比值 高温 5 海洋是人类巨大的化学资源宝库 海洋资源的综合利用具有极为广阔的发展前景 1 蒸馏法是目前技术和工艺比较成熟的海水淡化方法 但由于使用大量燃煤 造成能耗多 排污量大 针对上述蒸馏法的缺点 请你提出一条改进建议 2 空气吹出法是目前从海水中提取溴的常用方法 流程如图所示 苦卤即海水蒸发结晶分离出食盐后的母液 反应 后通入 空气 水蒸气 的目的是 反应 后先加入四氯化碳 目的是 从四氯化碳中分离出单质溴的方法是 3 苦卤中含有NaCl MgCl2 KCl MgSO4等盐类物质 用简要的文字说明如何测定苦卤中MgCl2的含量 解析 1 潮汐能 风能 太阳能等均为绿色能源 可以代替燃煤 降低污染 2 反应 的目的是置换溴 溴被置换出来后溶解在水中 通入热的空气 水蒸气 温度升高 溴被吹出 吹出后的溴与二氧化硫反应 生成Br 反应 是氯气再次氧化Br 然后用四氯化碳萃取溴 最后通过蒸馏分离出溴 3 苦卤中有两种镁盐 即硫酸镁和氯化镁 答案 1 充分利用潮汐能 风能 太阳能等海边富有的洁净能源 2 使置换出的溴被吹出来 使生成的溴溶解在四氯化碳中 或答 萃取溴 蒸馏 3 先用足量BaCl2溶液沉淀 求出的总量 即求出