海水资源的开发利用 环境保护与绿色化学

1、4.5 海水资源的开发利用 环境保护与绿色化学【高考新动向】 【考纲全景透析】一、海水资源的综合利用 1.海水水资源的利用海水水资源的利用主要包括海水淡化和直接利用。海水淡化的途径有:从海水中提取淡水或从海水中把盐分分离出去。海水淡化的方法主要有:蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久。技术和工艺也比较完善,是目前海水淡化的主要方法。2.海水化学资源的综合利用(1氯碱工业、溴工业、镁工业、钾工业等的发展. 电解NaCl 溶液:(写出化学方程式,下同 2NaCl +2H 2O=电解2NaOH +Cl 2+H 2; 产物制盐酸:H 2+Cl 2=点燃2HCl ;制漂白液:Cl 2+2

2、NaOH = NaCl +NaClO +H 2O. 电解熔融NaCl :2NaCl(熔融=电解2Na +Cl 2 (2海水中提取镁、溴、碘 海水提镁先将海水中的镁富集,再电解熔融氯化镁。 最后一步反应:22(M g+Cl MgCl 熔融电解 海水提镁先将海水中的溴富集,再通过氧化还原反应将溴提取出来。最后一步反应:2Br-+Cl2=2Cl-+Br2(3核能原料铀和重水的开发利用.(4新型能源潮汐能、波浪能的开发利用.二、环境保护与绿色化学1.常见的环境污染问题与化学相关的环境污染问题主要包括如下几个方面。一是大气污染问题:这是指由空气中的颗粒物、硫的氧化物(SO2、SO3、氮的氧化物(NO、N

3、O2等、CO、碳氢化合物、氟氯代烃等造成的污染(其中SO2、NO x主要来源于化石类燃料的大量使用。大气污染的具体表现主要有:形成酸雨、酸雾;臭氧层空洞;光化学烟雾;室内空气污染(指家用燃料的燃烧、烹调、吸烟产生的CO、CO2、NO、NO2、SO2等,各种建筑材料和装饰材料释放出的甲醛、苯等有机物造成的污染等,其中CO与血红蛋白作用会使血液失去输氧能力,导致CO中毒。二是水体污染:这是指过量有害物质进入水中造成的污染。导致水体污染的物质主要有两大类,一类是重金属污染,如重金属Hg、Cd、Pb、Cr等进入水中形成的污染,这些重金属主要来自于化工、冶金、电子、电镀等排放的工业废水。另一类是植物营养

4、物质污染:水中高浓度的N、P等植物营养物质,导致水体富营养化而形成的污染。它主要是由进入水中腐烂的含蛋白质的物质、含磷洗涤剂及大量使用的磷肥造成的。三是固体废弃物造成的污染:主要是指生活垃圾、工业废料随意堆放造成的污染,目前最引人注意的是由塑料制品造成的白色污染及废旧电池造成的重金属污染。垃圾污染范围广泛,对环境及生物的不良影响途径多样。2.环境保护的措施(1工业废气携带颗粒物的回收利用。(2工业、生活污水经处理达标后排放,限制使用含磷洗涤剂。(3回收、限制难降解塑料,研制可降解塑料。3.绿色化学(1含义:绿色化学又称环境友好化学或清洁化学,是从源头上防止污染产生或把化学过程对环境的负面影响降

5、低到最低程度的化学.(2原子经济性:反应物的原子全部转化为期望得到的最终产物,即原子利用率为100%。绿色化学要求原料和产品无害,在化学过程中不产生“三废”或使“三废”降低到最低程度.【热点难点全析】考点一海水资源的综合利用1.氯碱工业(1设备:离子交换膜电解槽,离子交换膜只允许阳离子通过。 (2原理:2NaCl +2H 2O=通电2NaOH +H 2+Cl 2。(3工艺流程:粗盐水 沉淀剂 过滤加适量稀盐酸离子交换树脂精 盐水。 在进入电解槽前需通过阳离子交换塔进一步除去Ca 2+、 Mg 2+等离子,以防破坏离子交换膜。2.海水提镁(1工艺流程 (2步骤加熟石灰;过滤;加盐酸;浓缩结晶;脱

6、水;电解。 (3发生反应的化学方程式MgCl 2+Ca(OH2=Mg(OH2+CaCl 2 Mg(OH2+2HCl=MgCl 2+2H 2OMgCl 2 · 6H 2OMgCl 2+6H 2OMgCl 2(熔融 Mg+Cl 23.海水提溴(1步骤用蒸馏法将海水浓缩,用硫酸将浓缩的海水酸化向酸化的海水中通入适量的氯气,使溴离子转化为溴单质;向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气,将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的;向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气;用四氯化碳(或苯萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。 (2发生反应的化学方程式 2NaBr+Cl 2=Br 2+2NaCl Br

7、 2+SO 2+2H 2O=2HBr+H 2SO 4 2HBr+Cl 2=2HCl+Br 2考点二 环境污染的分类与防治、绿色化学1. 环境污染的分类与防治 2.绿色化学思想(1含义解释 (2绿色化学的基本原则防止污染的产生优于治理产生的污染;原子经济性(设计的合成方法应将反应过程中所用的材料尽可能全部转化到最终产品中即原子的利用率达到100%。 原子的利用率=% 100期望产物的总质量;生成物的总质量应考虑到能源消耗对环境和经济的影响,并应尽量少地使用能源(在常温、常压下进行。(3化学实验绿色化的途径开发绿色实验,如实验室以H 2O 2分解法制氧取代氯酸钾分解法,实现原料和反应过程的绿色化;

8、 防止实验过程中尾气、废物等对环境的污染,实验中有危害性气体产生时要加强尾气吸收,对实验产物尽可能再利用等;在保证实验效果的前提下,尽量减少实验试剂的用量(如降低试剂浓度,减少用量等,使实验小型化、微型化;对于危险或反应条件苛刻、污染严重或仪器、试剂价格昂贵的实验,可采用计算机模拟化学实验或观看实验录像等办法; 【提醒】(1绿色化学思想从源头上治理污染。有些治理污染的方法不一定符合绿色化学理念,如在土壤中施加石灰不能避免酸雨,使化石燃料充分燃烧不能减少二氧化硫的排放。 (2注意下列做法不利于环境保护:工厂将烟囱建高。将有污染的工厂迁移到农村。将垃圾焚烧处理。不加限制地增加私家车数量。【高考零距

9、离】2012高考题1、(2012·海南高考·11.化学与环境密切相关,下列有关说法正确的是A.CO2属于大气污染物B.酸雨是pH小于7的雨水C.CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成D.大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧【解析】CO2不属于大气污染物,酸雨pH<5.6。【答案】D(2012·上海高考·1今年3月修订的环境空气质量标准中新纳入的强制监测指标是B.NOxC.SO2D.可吸入颗粒物【答案】A【解析】本题考查化学与生活,意在考查考生应用化学知识解释生活现象的能力。2011年3月修订的环境空气质量标准将PM2.5纳入强制检测指标,A项

10、正确;氮氧化物、SO2、可吸入颗粒物已在检测指标中,不属于新增检测项目,故答案为:A。3、(2012·海南高考·2020(6分污水经过一级、二级处理后,还含有少量Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金属离子,可加入沉淀剂使其沉淀。下列物质不能.作为沉淀剂的是A.氨水B.硫化氢C.硫酸钠溶液D.纯碱溶液【解析】各项所加试剂均应过量才符合题目要求,A项溶液形成络离子,B项生成硫化铜、硫化汞、硫化铅等沉淀,C项硫酸铜不是沉淀,D项均能通过双水解调节pH转化为沉淀。【答案】BD20(14分合成氨的流程示意图如下: 回答下列问题:(1工业合成氨的原料是氮气和氢气。氮气是从空气中分离出来的

11、,通常使用的两种分离方法是、;氢气的来源是水和碳氢化合物,写出分别采用煤和天然气为原料知趣氢气的化学方程式、;(2设备A中含有电加热器,触媒和热交换器,设备A的名称是;其中发生的化学方程式为;(3设备B的名称是,其中m和n是两个通水口,入水口是(填“m”或“n”。不宜从相反方向通水的原因是;(4设备C的作用是;(5在原料气制备过程中混有的CO对催化剂有毒害作用,欲除去原料气中的CO,可通过如下反应来实现:CO(g+H2O(gCO2(g+H2(g已知1000K时该反应的平衡常数K=0.627,若要使CO的转化超过90%,则起始物中c(H2O:c(CO不低于。【解析】合成氨的设备为合成塔,冷凝分离

12、产品的设备为冷凝器,入口时要采用逆流操作,设备C用于气固分离。末问计算用三段式进行计算:CO(g+H2O(gCO2(g+H2(g起始浓度: x y 0 0变化浓度:0.9x 0.9x 0.9x 0.9x 平衡浓度:0.1x y-0.9x 0.9x 0.9x则平衡常数K=(0.6270.9x-y0.1x0.9x2=解得y:x=13.8,该数值是最小数值,水越多,CO转化率越大。【答案】(1液化、分馏与碳反应后出除去CO2 (2合成(氨塔(3冷却塔(或冷凝器 n 高温气体由冷却塔的上端进入,冷却水从下端进入,逆向冷却效果好(4将液氨与未反应的原料气分离(513.82011高考题1.(2011

13、83;重庆“化学,让生活更美好”,下列叙述不能.直接体现这一主旨的是A.风力发电,让能源更清洁B.合成光纤,让通讯更快捷C.合成药物,让人类更健康D.环保涂料,让环境更宜居【答案】A【解析】考查材料、环保、人体健康等有STS价值取向的有关内容。风力发电属于新能源,但属于物理变化,与化学无关,因此是不能直接体现这一主旨的,选项B、C、D均与化学有关,所以该题的正确答案是A。2.(2011·福建高考·6下列关于化学与生产、生活的认识不正确.的是A.CO2、CH4、N2等均是造成温室效应的气体B.使用清洁能源是防止酸雨发生的重要措施之一C.节能减排符合低碳经济的要求D.合理开发利

14、用可燃冰(固态甲烷水合物有助于缓解能源紧缺【答案】A【解析】由于N2不是造成温室效应的气体,所以A不正确。这题涉及STSE内容,主要与环保、能源和低碳经济有关,属于常识题。3.(2011·江苏高考·1化学与人类生活、社会可持续发展密切相关,下列措施有利于节能减排、保护环境的是加快化石燃料的开采与使用;研发易降解的生物农药;应用高效洁净的能源转换技术;田间焚烧秸秆;推广使用节能环保材料。A.B.C.D.【答案】B【解析】本题属于考核化学与社会问题中的节能减排、保护环境、资源利用等相关问题。加快化石燃料的开采与使用,只会加剧了碳排放;推广清洁能源,将会有助于改善大气的状况。易降

15、解的生物农药,有助于改善我国的食品不安全状况,有利于保护环境;随着农用化学物质源源不断地、大量地向农田中输入,造成有害化学物质通过土壤和水体在生物体内富集,并且通过食物链进入到农作物和畜禽体内,导致食物污染,最终损害人体健康;绿色食品的理念就是要少用或不用化肥和农药生产出来的食品。田间焚烧秸秆污染环境,浪费资源,已成为影响人们日常生活的公害。2010高考题1.(2010·天津卷以节能减排为基础的低碳经济是保持社会可持续发展的战略举措。下列做法违背发展低碳经济的是A.发展氢能和太阳能B.限制塑料制品的使用C.提高原子利用率,发展绿色化学D.尽量用纯液态有机物代替水作溶剂【答案】D【解析

16、】所谓低碳经济,是指在可持续发展理念指导下,通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段,尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗,减少温室气体排放,达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。发展氢能和太阳能,限制塑料的使用,和发展绿色化学,都符合低碳经济。命题立意:考查低碳经济。本题关注社会,密切联系实际进行了命题。2.(2010·江苏卷化学与能源开发、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

17、分类回收利用【答案】D【解析】本题主要考查的知识点有是化学物质与生活得关系、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。3.(2010·重庆卷减缓温室气体排放是2009年哥本哈根气候变化会议的议题。下列反应不产生.温室气体的是A.用纯碱制玻璃B.用煤炭作燃料C.用铁矿石炼铁D.用氨制碳酸铵【答案】D【解析】本

18、题考查反应中产生的温室气体。A项,制玻璃的反应为:Na2CO3+SiO2高温2SiO3+CO2;B项,碳燃烧可产生CO2气体;C项,铁矿石与C或CO反应可生成CO2;这三项均生成CO2,即产生温室气体。D项,NH3与CO2反应生成(NH42CO3,没有产生CO2。【考点提升训练】一、选择题1.“绿色化学”是人们最近提出的一个新概念,主要内容之一是指从技术上、经济上设计可行的化学反应,尽可能减少对环境的负作用.下列化学反应不符合绿色化学概念的是( A.消除硫酸厂尾气中的SO2: SO2+2NH3+H2O = (NH42SO3B.消除硝酸工业尾气的氮氧化物的污染:NO+NO2+2NaOH = 2N

19、aNO2+H2OC.制CuSO4:Cu+2H2SO4(浓=CuSO4+SO2+2H2OD.制 CuSO4:2Cu+O2=2CuO;CuO+H2SO4=CuSO4+H2O2.我们要树立“科学发展观”,绝不能以牺牲环境为代价来发展经济。下面有关环境污染的说法中,不正确的是( A.在采矿厂、制陶厂、耐火材料生产等场所长期工作的人员,若不采取劳动保护措施,则容易患上硅肺病B.氮的氧化物可以造成光化学污染,也可以破坏臭氧层,同时还可以形成酸雨C.工业废水、生活污水、农药、化肥、含磷的洗涤剂等都可以对水体造成污染D.植树造林既可以缓解温室效应,又可以降低酸雨的危害3.下列有关环境问题的说法中,不正确的是(

20、 A.煤的燃烧、机动车的运行都会排出CO、NO、NO2等大气污染物B.污水处理的化学方法主要有混凝法、中和法、沉淀法和氧化还原法C.装饰材料中的甲醛、芳香烃及氡等会造成居室污染D.垃圾的焚烧填埋是垃圾处理的发展方向4.NaCl是海水中含量最多的盐,除食用外,它还是海洋化学工业原料,下列以NaCl为原料的产品(或物质是( 烧碱纯碱金属钠氯气盐酸A.全部B.只有C.只有D.只有5.(2012·南昌模拟根据海水综合利用的工艺流程图,判断下列说法正确的是( 已知:MgCl 2·6H 2O 受热生成Mg(OHCl 和HCl 气体等。A.过程的提纯是物理过程,过程通过氧化还原反应可产生

21、2种单质B.在过程中将MgCl 2·6H 2O 灼烧即可制得无水MgCl 2C.过程反应后溶液呈强酸性,生产中需解决其对设备的腐蚀问题D.在过程、反应中每氧化0.2 mol Br -需消耗2. 24 L Cl 26.世界上60%的镁是从海水中提取的,其主要步骤如下:把贝壳制成生石灰;在海水中加入生石灰,过滤,洗涤沉淀物;将沉淀物与盐酸反应,结晶、过滤;在氯化氢热气流中加热晶体;电解上述所得盐(熔融条件下.下列说法正确的是 ( A .向步骤洗涤液中滴加碳酸钠溶液可检验沉淀是否洗涤干净 B .上述变化过程中包括了分解、化合、复分解、置换四种反应类型 C .在氯化氢热气流中加热晶体的目的是

22、为了加快干燥速度 D .步骤也可以采用电解该盐水溶液的方法7.(2012·福建长泰一中模拟化学在生产和日常生活中有着重要的应用。下列说法不正确的是( A.明矾水解形成的3(Al O H 胶体能吸附水中悬浮物,可用于水的净化 B.在海轮外壳上镶入锌块,可减缓船体的腐蚀速率 C.MgO 的熔点很高,可用于制作耐高温材料 D.电解2M gC l 饱和溶液,可制得金属镁8. (2012·山东青州一中模拟若将海水淡化作饮用水使用,下列方法在原理上完全不可行的是( A.加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化 B.利用太阳能使海水蒸馏淡化C.将海水缓慢凝固以获取淡化的饮用水D.将海水通过离子交换

23、树脂,以除去所含离子9.(2012·江西省重点中学协作体高三模拟下列有关生活和生产中的化学知识描述不正确的是( A.泄露在美国墨西哥湾海洋中的大量原油能被海洋生物迅速分解,不会导致生态灾难B.发电厂的煤在燃烧时加入适量生石灰,有利于环境保护C.使用纤维素和淀粉为原料制成的微生物降解塑料,可减少”白色污染”D.大力开发风能、太阳能、核能,有利于实现”低碳经济”,减少温室气体的排放10下列有关海水综合利用的说法正确的是 ( A.利用电解的方法可以从海水中获取淡水B.海水中含有钾元素,只需经过物理变化就可以得到钾单质C.海水蒸发制海盐的过程只发生了化学变化D.从海水中可以得到NaCl,电解

24、熔融NaCl可制备Cl211.天然海水中主要含有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、Br-、CO32-、HCO3-等离子,火力发电燃煤排放的含SO2的烟气可利用海水脱硫,其工艺流程如图所示: 下列说法错误的是( A.天然海水pH8的原因是海水中的CO32-、HCO3-水解B.“氧化”是利用氧气将H2SO3、HSO3-、SO32-等氧化生成SO42-C.“反应、稀释”时加天然海水的目的是中和、稀释经氧气氧化后海水中生成的酸D.“排放”出来的海水中SO42-的物质的量浓度与进入吸收塔的天然海水相同12.海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源等(如图所示, 下列有关说法正确

25、的是( A.第步中除去粗盐中的SO42-、Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质,加入的药品顺序为:NaOH溶液BaCl2溶液Na2CO3溶液过滤后加盐酸B.第步中结晶出的MgCl2·6H2O可在空气中受热分解制无水MgCl2C.在第步中溴元素均被氧化D.从第步到第步的目的是浓缩二、非选择题13.福建有广阔的海岸线,建设海峡西岸经济区,海水的综合利用大有可为.海水中溴含量约为65 mg·L -1,从海水中提取溴的工业流程如下: (1以上步骤中已获得游离态的溴,步骤又将之转变成化合态的溴,其目的是_ _.(2步骤通入热空气或水蒸气吹出Br,利用了溴的_.2A.氧化性B.还原性C.

26、挥发性D.腐蚀性(3以上流程中涉及的离子反应如下,请在下面方框内填入适当的化学计量数: (4上述流程中吹出的溴蒸气,也可先用二氧化硫水溶液吸收,再用氯气氧化后蒸馏.写出溴与二氧化硫水溶液反应的化学方程式:_.(5实验室分离溴还可以用溶剂萃取法,下列可以用作溴的萃取剂的是_.A.乙醇B.四氯化碳C.烧碱溶液D.苯(6氧化剂氯气来自电解饱和食盐水,电解槽使用了隔膜(或离子交换膜来防止氯气与氢氧化钠溶液反应.电解时,阳极反应式为_.和_.若采用无隔膜的电解槽,将得到H214.某化学研究性学习小组在实验室中模拟海水提取溴的过程,其实验流程如下: (1取24 L除去悬浮杂质后的海水,浓缩至2 L;(2向

27、其中通入足量Cl2,反应的离子方程式:_,通入热空气的目的:_;(3将吹出的Br2用纯碱溶液吸收,反应得到NaBr、NaBrO3和CO2,反应的化学方程式:_,产生的CO2通入足量澄清石灰水中,得到1 g白色沉淀;(4将吸收Br2的溶液用足量硫酸处理得到Br2单质,反应的化学方程式: _,理论上可以得到Br2的质量为_;(5请计算海水中溴的浓度为_g/L。15(2012·常州模拟海带中含有丰富的碘。为了从海带中提取碘,某研究性学习小组设计并进行了以下实验: (1步骤的实验操作名称是_;(2现有烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器、物品。完成该实验尚缺少的玻璃仪器是_;(3步骤中能选用CCl4从碘水中萃取碘的原因是_;A.CCl4与水不互溶B.CCl4可与I2发生取代反应C.CCl4的密度比水大D.CCl4不易燃烧,可作灭火剂E.碘在CCl 4中的溶解度比在水中大很多 (4步骤中还可选择_作萃取剂;(5步骤中反应的离子方程式是_;(6请设计一种简单的实验方法,检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘:_。【答案及解析】1.