高考化学一轮总复习 第十一单元 第2讲 化学与资源开发利用课件.ppt

第2节 化学与资源开发利用 1 了解海水的综合运用 了解科学发展对自然资源的作用 2 了解化学在水处理中的应用 3 了解煤 石油和天然气等综合运用的意义 4 了解化学资源对废旧物的再生和综合运用的作用 回归教材 一 多样化的水处理技术1 天然水的净化 1 概念 加入 形成 吸附天然水中的 聚集成较大颗粒而沉淀 然后过滤除去的 方法 混凝剂 胶体 悬浮物 胶体 2 常见混凝剂 硫酸铝 聚合铝 硫酸亚铁 硫酸铁等 明矾 混凝沉淀 过滤 杀菌 3 混凝法净水流程 2 硬水的软化 1 硬度的划分 暂时硬度是指水的硬度由 或 引起 永久硬度是指由 等引起 钙 镁的硫酸盐或氯化物 2 硬水的软化方法 加热法 原理 用化学方程式表示 是 适用范围是 ca hco3 2 mg hco3 2 ca hco3 2 caco3 h2o co2 mg hco3 2mgco3 h2o co2 mgco3 h2omg oh 2 co2 只能软化暂时硬度的水 阳离子 再生 纯碱 生石灰 caco3 mg oh 2 3 污水处理 1 基本流程 去 反应的离子方程式为hg2 s2 hgs pb2 s2 2 污水处理常用的化学方法 中和法 酸性废水常用熟石灰中和 碱性废水常用h2so4 或co2中和 蒸馏法 电渗析法 沉淀法 hg2 pb2 cu2 等重金属离子可用na2s除 pbs cu2 s2 cus 4 海水淡化 海水淡化的方法有 等 二 海水的综合利用1 氯碱工业 离子交换膜法电解食盐水 1 设备 离子交换膜电解槽 离子交换膜只允许 离 子通过 阳 2 原理 氯碱工业的生产原理用化学方程式表示为 过滤 3 工艺流程 粗盐水 精盐水 在进入电解槽前需通过阳离子交换塔进一步除去 等离子 以防破坏离子交换膜 2nacl 2h2o2naoh h2 cl2 ca2 mg2 4 粗盐的精制 目的 除去泥沙 使ca2 mg2 fe3 so4等离子的 含量达到要求 离子交换膜 5 产品 阳极室产品是 需补充 流出 阴极室产品是氢气和naoh 需补充纯水 加入一定量naoh稀溶液 流出naoh浓溶液 2 原因 ca2 mg2 fe3 等在碱溶液中形成沉淀 破坏 氯气 精制饱和食盐水 淡盐水 2 从海水中提取溴单质 1 工艺流程 3 从海水中提取镁单质 1 工艺流程 2 主要化学反应 制备石灰乳 沉淀mg2 制备mgcl2 电解mgcl2 cao h2o ca oh 2 mg2 ca oh 2 mg oh 2 ca2 mg oh 2 2hcl mgcl2 2h2o mgcl2 熔融 mg cl2 3 生产中应用的平衡原理 沉淀溶解平衡原理 向海水中加入沉淀剂ca oh 2 由于c oh 增大 mg oh 2的溶解度小于ca oh 2的 则最大限度地将mg2 转化为mg oh 2沉淀 水解平衡原理 在mgcl2 6h2o脱水变为mgcl2时 由 于mgcl2 2h2o mg oh 2 2hcl水解平衡的存在 在hcl 气体环境中 增大了c hcl 抑制了mgcl2的水解 避免了mg oh 2的生成 三 化石原料的综合利用 沸点 沸点 物理 1 石油的炼制 长链 短链 化学 化学 2 煤的综合利用 隔绝空气 可燃性气体 液体燃料 烃类燃料 醇类燃料 如ch3oh 3 煤化工和天然气化工的发展 碳化学 2co c h2o co h2 co 1 煤气化 2c o2 h2oh2 co2 2 天然气的重整 ch4 h2o co 3h2 自主测评 1 2015年江苏南京模拟 目前 我国城市供水处理技术由 a 传统的无机混凝剂按金属盐可分为铝盐系和铁盐系两大类b ncl3可用于水消毒的原因是ncl3跟水反应生成了nh3c 用clo2代替cl2作消毒剂可减小水中有害氯代有机物的浓度d 新型水处理剂高铁酸钠 na2feo4 既是消毒剂又是混凝剂 解析 由信息 ncl3可用于水消毒 推知 ncl3跟水反应的生成物中有hclo b项错误 高铁酸钠 na2feo4 中的铁是高价铁有强氧化性 其还原产物是fe3 d项正确 答案 b 2 如图所示为海水综合利用的部分工艺流程 下列有关说法正确的是 a 氯碱工业是指在工业上电解熔融氯化钠制备金属钠与氯气b 步骤 中结晶出的mgcl2 6h2o应在hcl气流中分解制无水mgcl2c 步骤 是对溴元素的富集 质 加入的药品顺序为na2co3溶液 naoh溶液 bacl2溶液 过滤后加盐酸 解析 氯碱工业是指在工业上电解饱和氯化钠溶液制备氢氧化钠与氯气 氢气 再进一步生产一系列化工产品 a项错误 步骤 是对溴元素的富集 c项错误 粗盐提纯时要将na2co3溶液在bacl2溶液后面加入 以除去过量的ba2 d项 错误 答案 b 3 氯碱工业是传统的盐化工工业的重要组成部分 其技术和工艺相对比较成熟 请按要求回答下列有关氯碱工业的问题 1 氯气 烧碱是电解食盐水时按照固定的比率k 质量比 生成的产品 理论上k 要求计算表达式和结果 杂质 必须精制后才能供电解使用 精制时 粗盐溶于水过滤后 还要加入的试剂分别为 na2co3 hcl 盐酸 bacl2 这3种试剂添加的合理顺序是 填序号 3 氯碱工业是高耗能产业 一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺 可以节 电 能30 以上 在这种工艺设计中 相关物料的传输与转化关系如图所示 其中的电极未标出 所用的离子膜都只允许阳离子通过 图中x y分别是 填化学式 分析比较图示中氢氧化钠质量分数a 与b 的大小 分别写出燃料电池b中正极 负极上发生的电极反应 正极 负极 这样设计的主要节 电 能之处在于 写出两处 解析 1 根据电解饱和食盐水的化学方程式2nacl 2h2o 2naoh h2 cl2 即可得到 k m cl2 2m naoh 7180 1 1 13或0 89 3 b燃料电池 通空气一边为正极 还原反应 那么左边必然通h2 这样y即为h2 依据电解饱和食盐水的化学方程式可知 x为cl2 a中的naoh进入燃料电池正极再出来 依据o2 4e 2h2o 4oh 可知naoh浓度增大 答案 1 1 1 13或0 89 o2 4e 2h2o 4oh m cl2 2m naoh 7180 2 3 cl2 h2a 小于b h2 2e 2oh 2h2o 燃料电池可以补充电解池消耗的电能 提高产出碱液的浓度 任写两条其他合理答案也可 4 我国西部有丰富的天然气资源 以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示 图中某些转化步骤及生成物未列出 1 转化一氧化碳的过程中发生反应的化学方程式为 2 在合成氨的实际生产过程中 常采取的措施之一如下 将生成的氨从混合气体中及时分离出来 并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用 同时补充氮气和氢气 请运用化学反应速率和化学平衡的观点说明采取该措施的理由 3 尿素 硝酸铵等化肥的利用给农业生产带来了翻天覆地的变化 由上图可知 合成尿素反应的化学方程式为 在生产硝酸铵时 制取硝酸的尾气中含有no和no2等污染物 为了防止污染大气 可以用甲烷在催化剂作用下将氮的氧化物还原为空气的主要成分而除去 写出反应的化学方程式 解析 1 h2o将co氧化为co2 2 增大反应物浓度有利于增大反应速率 减小生成物浓度有利于平衡右移 3 甲烷将no2还原为n2 本身转化为co2和h2o 答案 1 co h2o g co2 h2 3 2nh3 co2 co nh2 2 h2o 催化剂 2 增大n2 h2的 浓度有利于增大反应速率 减小nh3的浓度有利于平衡向正反 应方向移动 加热 加压 催化剂 2ch4 4no 2no2 2co2 3n2 4h2o 高温 5 海水中蕴藏着丰富的资源 海水综合利用的流程图如下 1 用nacl作原料可以得到多种产品 工业上由nacl制备金属钠的化学方程式为 实验室用惰性电极电解100mlnacl溶液 若阴阳两极均得到112ml气体 标准状况 则所得溶液的ph为 忽略反应前后溶液的体积变化 电解氯化钠稀溶液可制备 84消毒液 通电时氯气被溶液完全吸收 若所得消毒液仅含一种溶质 写出相应的化学方程式 2 分离出粗盐后的卤水中蕴含着丰富的镁资源 经转化后 可获得mgcl2粗产品 从卤水中提取镁的步骤为 a 将海边大量存在的贝壳煅烧成生石灰 并将生石灰制成 石灰乳 b 将石灰乳加入到海水沉淀池中经过滤得到mg oh 2沉 淀 c 在mg oh 2沉淀中加入盐酸得到mgcl2溶液 再经蒸 发结晶得到mgcl2 6h2o d 将mgcl2 6h2o在一定条件下加热得到无水mgcl2 e 电解熔融的氯化镁可得到mg 步骤d中的 一定条件 指的是 目的是 上述提取镁的流程中 为了降低成本 减少污染 可以采取的措施 请写出其中一点 c oh 有同学认为 步骤b后可加热mg oh 2得到mgo 再电解熔融的mgo制金属镁 这样可简化实验步骤 体现实验的简约性原则 你同意该同学的想法吗 为什么 解析 由电解熔融的nacl方程式可得 2oh h2 则 0 112l22 4l mol 1 2 0 1l 0 1mol l 1 ph 13 2na cl2 13 nacl 答案 1 2nacl 熔融 h2onaclo h2 2 在hcl气流中 抑制mgcl2水解 电解产生的cl2 用于制取hcl气体 不同意 因为mgo熔点很高 熔融时 因耗费大量的能量而增加生产成本 考点一考向1 多样化的水处理技术硬水及其软化 例1 下列说法中正确的是 a 软水中一定不含ca2 mg2 b 硬水经煮沸后就一定变为软水了c 水垢的主要成分是碳酸钙和氢氧化镁d 经过磺化煤处理过的水是不含离子的纯净水 解析 软水是含有较少ca2 和mg2 的水 故a项错 煮 沸法可以使硬水的暂时硬度降低 而永久硬度几乎是不会降低 的 经磺化煤处理的水 ca2 和mg2 的浓度降低了 但na 的 浓度增大了 答案 c 方法技巧 1 水垢的主要成分是caco3和mg oh 2 不是caco3和mgco3 原因是mg oh 2的溶解度小于mgco3的溶解度 加热煮沸和石灰纯碱法除去mg2 时都转化为更难溶的mg oh 2 2 石灰纯碱法软化后的硬水 仍然会有一定的硬度 原因 是生成的钙镁化合物仍然有一定的溶解度 3 鉴别硬水和软水可利用肥皂水 加肥皂水硬水会产生较 多的浮渣 软水会产生较多的泡沫 4 离子交换树脂不只有阳离子交换树脂 也有阴离子交换 树脂 考向2 污水的处理 例2 水处理主要包括水的净化 污水处理 硬水软化和海水淡化等 1 水的净化与软化的区别是 2 净化后的水还需杀菌消毒才能饮用 下列物质适用于自来水消毒的有 填字母序号 a kmno4c kal so4 2 12h2o b cl2d 活性炭 3 cu2 mns 3 化工生产中常用mns作为沉淀剂除去工业废水中的cu2 发生反应的离子方程式为 该反应能够发生的原因是 解析 2 cl2可以用于自来水的消毒 而明矾和活性炭主要用于自来水的净化 答案 1 水的净化是用混凝剂 如明矾等 将水中的悬浮物 沉淀下来 而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子 2 b cus mn2 mns的ksp比cus的ksp大 方法技巧 污水处理的一般流程 考点练透 1 水是一种重要的自然资源 是人类赖以生存不可缺少的物质 水质优劣直接影响人体健康 请回答下列问题 1 天然水中溶解的气体主要有 2 天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是 填其中任何两种 其净水的原理是 3 硬度为1 的水是指每升水含10mgcao或与之相当的物质 如7 1mgmgo 若某天然水中c ca2 1 2 10 3mol l 1 c mg2 6 10 4mol l 1 则此水的硬度为 答案 1 o2 co2 或n2 2 明矾 硫酸铝 硫酸铁 硫 酸亚铁 任填两种 铝盐或铁盐在水中发生水解生成相应氢氧 化物胶体 它可吸附天然水中悬浮物并破坏天然水中的其他带 3 10 4 740 异种电荷的胶体 使其聚沉 达到净化目的1484 3 工业废水由酸性变为碱性的原因是 4 铁电极 填 能 或 不能 改用石墨电极 原因是 考点二 海水的综合利用 考向1 氯碱工业 例3 氯碱厂电解饱和食盐水制取naoh的工艺流程示意图如下 依据上图 完成下列填空 为 a 先加naoh 后加na2co3 再加钡试剂b 先加naoh 后加钡试剂 再加na2co3c 先加钡试剂 后加naoh 再加na2co3 5 脱盐工序中利用naoh和nacl在溶解度上的差异 通过 填写操作名称 下同 冷却 除去nacl 6 用隔膜法电解食盐水时 电解槽分隔为阳极区和阴极区 防止cl2与naoh反应 采用无隔膜法电解冷的食盐水时 cl2与naoh充分接触 产物仅是naclo和h2 相应的化学方程式为 解析 1 与电源正极相连的电极是电解池的阳极 应是溶液中的cl 发生氧化反应 而电解池的阴极反应为2h 2e h2 阴极附近c h 减小 导致水的电离平衡被破坏 使周围c oh 增大 3 要遵循除杂质不能带进新的杂质的原则 因此ba no3 2不能加入 而题中bacl2 ba oh 2两种试剂皆可 4 为使后加试剂有利于除去先加试剂的过量离子 应把na2co3放在加入钡试剂之后 而钡试剂与naoh加入的先后顺序可以颠倒 5 分析题中信息 脱盐前为10 naoh 16 nacl溶液 脱盐后为50 naoh溶液和nacl晶体 显然需要蒸发 过滤 6 因电解得到的cl2与naoh反应 可将nacl电解方程式与cl2和naoh反应的方程式合并 考向2 海水提取溴 例4 海洋是个巨大的资源宝库 海水资源的利用具有非常广阔的发展前景 海水中溴元素以br 形式存在 工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如下图 1 步骤 反应的离子方程式为 2 步骤 反应的化学方程式为 3 br的原子序数是 在元素周期表中位于第 周期第 族 4 步骤 蒸馏的过程中 温度应控制在80 90 温度过高或过低都不利于生产 原因是 5 为什么不直接用 溴水混合物 而要用 溴水混合 物 进行蒸馏 得到液溴 解析 空气吹出法是工业上海水提溴的常用方法 其中一种工艺是在预先酸化的浓缩海水中用氯气与海水中的溴离子反 应 使之成为单质溴 2br cl2 2cl br2 继而通入空气和水蒸气 将溴吹入吸收塔 使溴蒸气和吸收剂so2发生反应转化成氢溴酸 so2 br2 2h2o h2so4 2hbr 以达到富集的目的 然后 再用氯气将其氧化 2hbr cl2 2hcl br2 最后蒸馏得到液溴 答案 1 2br cl2 br2 2cl 2 so2 br2 2h2o 2hbr h2so4 3 35四 a 4 温度过高 大量水蒸气随溴蒸气排出 溴蒸气中水增加 温度过低 溴不能完全蒸出 回收率低 5 溴水混合物 中虽然含有溴单质 但浓度低 如果直接蒸馏 处理量大 生产成本高 经过 空气吹出 so2吸收 氧化 等步骤实际上是将溴水浓缩了 考向3 海水提取镁 例5 2014年新课标卷 将海水淡化与浓海水资源化结合起来是综合利用海水的重要途径之一 一般是先将海水淡化获得淡水 再从剩余的浓海水中通过一系列工艺流程提取其他产品 回答下列问题 1 下列改进和优化海水综合利用工艺的设想和做法可行的是 填序号 用混凝法获取淡水 提高部分产品的质量 优化提取产品的品种 改进钾 溴 镁等的提取工艺 2 采用 空气吹出法 从浓海水中吹出br2 并用纯碱吸收 碱吸收溴的主要反应是br2 na2co3 h2o nabr nabro3 nahco3 未配平 吸收1molbr2时 转移的电子为 mol 3 海水提镁的一段工艺流程如下图 浓海水的主要成分如下 该工艺过程中 脱硫阶段主要反应的离子方程式为 产品2的化学式为 1l浓海水最多可得到产品2的质量为 g 4 采用石墨阳极 不锈钢阴极电解熔融的氯化镁 发生反应的化学方程式为 电解时 若有少量水存在会造成产品镁的消耗 写出有关反应的化学方程式 考点练透 3 海水是宝贵的自然资源 从海水中可以提取多种化工原 料 如图是某工厂对海水综合利用的示意图 所用的试剂有 盐酸 氯化钡溶液 氢氧化钠溶液 碳酸钠溶液 则加入试剂的先后顺序是 填编号 2 工业上电解饱和食盐水的离子方程式 3 步骤 中已获得br2 步骤 中又将br2还原为br 其目的是 步骤 用so2水溶液吸收br2 吸收率可达95 有关反应的离子方程式 4 从步骤 得到的mg oh 2沉淀中混有少量的ca oh 2 除去少量ca oh 2的方法是向沉淀中加入 溶液 充分搅拌后经 填操作方法 可得纯净的mg oh 2 5 在制取无水氯化镁时需要在干燥的hcl气流中加热mgcl2 6h2o的原因 6 电解无水氯化镁所得的镁蒸气在特定的环境里冷却后即为固体镁 下列物质中可以用作镁蒸气冷却剂的是 填序号 a h2 b co2 c 空气 d o2 e 水蒸气 4 海水是地球的元素宝库 即便在提取氯化钠 溴 镁后的 废液 中 仍然可以提取有用物质 如碘 应用这种 废液 提取碘的工艺流程如图所示 1 步骤 加fe粉的目的是 2 写出步骤 中反应的离子方程式 3 上述生产流程中 可以循环利用的副产物是 4 操作 的名称是 选用的试剂是 答案 1 使碘化银转化成碘化亚铁和单质银 或将难溶的碘化银转化成可溶的碘化亚铁 2 2fe2 4i 3cl2 2i2 2fe3 6cl 3 ag 或agno3 4 萃取 分液ccl4 考点三 化石原料的综合利用 例6 石油和煤炭加工过程涉及多种技术和设备 1 石油分馏时 在不断向 填工业设备名称 内投放原料的同时获得产品 该过程为 操作过程 2 石油裂化分为热裂化 和加氢裂化 裂化的目的是提高 的产量 3 煤的洗选是为了降低原煤中灰分和 的含量 煤的流化床燃烧是指空气从底部吹向煤炭颗粒 并使全部煤炭颗粒 进行燃烧的过程 4 煤的直接液化是煤与适当溶剂混合后在高温和 存在下与 作用生成液体燃料的过程 解析 1 石油的分馏是在分馏塔中进行的 该过程为连续操作过程 2 石油裂化分为热裂化 催化裂化和加氢裂化 裂化的目的是提高轻质燃料油 或汽油 的产量 3 煤的洗选是为了降低原煤中灰分和硫的含量 煤的流化床燃烧是指空气从底部吹向煤炭颗粒 并使全部煤炭颗粒浮动进行燃烧的过程 4 煤的直接液化是煤与适当溶剂混合