高中化学化学与技术

1、水的净化与污水处理水的净化与污水处理硬水软化和海水淡化硬水软化和海水淡化氨的合成氨的合成氯碱工业氯碱工业镁和铝的冶炼镁和铝的冶炼材料的加工处理材料的加工处理硫酸工业硫酸工业1了解化学在水处理中的应用。了解化学在水处理中的应用。2了解海水的综合利用和海水淡化的主要方法。了解海水的综合利用和海水淡化的主要方法。 1.水的理化性质水的理化性质色度、浊度、色度、浊度、pH等等2.无机物无机物溶解氧（溶解氧（DO）、某些金属离子、氯离子、硫酸）、某些金属离子、氯离子、硫酸根离子、氮和磷的化合物等根离子、氮和磷的化合物等3.有机物有机物通常测定生化需氧量（通常测定生化需氧量（BOD）资料卡：资料卡：水的水

2、的DO与与BODDO：水中的溶解氧量（单位：水中的溶解氧量（单位：mg/L），），反应水反应水体自净能力的大小。体自净能力的大小。BOD：水中有机物经微生物分解所需的氧气量水中有机物经微生物分解所需的氧气量（单位：（单位：mg/L），），污水中有机物的含量越大，污水中有机物的含量越大，BOD越高，水的富营养化程度越高。越高，水的富营养化程度越高。了解水污染的检测项目了解水污染的检测项目（2）污水处理）污水处理熟悉污水处理的主要方法熟悉污水处理的主要方法1.物理处理法物理处理法主要是利用物理原理和机械作用对废水进主要是利用物理原理和机械作用对废水进行治理，如过滤、离心、沉淀分离等方法行治理，如过

3、滤、离心、沉淀分离等方法2.化学处理法化学处理法通过施用化学试剂或采用其他化学手段进通过施用化学试剂或采用其他化学手段进行废水处理的方法，如：行废水处理的方法，如：化学混凝法化学混凝法(加净水剂加净水剂)中和法（轧钢厂中的废水中和法（轧钢厂中的废水(酸性酸性)） 化学沉淀法（废水中重金属离子的除去）化学沉淀法（废水中重金属离子的除去） 氧化还原法（油类、氰化物、硫化物）等方法氧化还原法（油类、氰化物、硫化物）等方法 如：如：Fe2+的除去：用石灰水、空气将的除去：用石灰水、空气将Fe2+转化转化Fe(OH)3除去除去 Cr3+的除去：用石灰水调节的除去：用石灰水调节pH至至89时，时， Cr3

4、+形成沉形成沉淀除去。淀除去。氰化物的除去：氰化物的除去：2CN5ClO2OH2CO32N25ClH2O2Cr3+ + 3Ca(OH)2 = Cr(OH)3 + 3Ca2+3.生物化学处理法生物化学处理法通常使用含有大量需氧微生物的通常使用含有大量需氧微生物的活性污泥。活性污泥。在强力通入空气的条件下（曝气），微生物以水中在强力通入空气的条件下（曝气），微生物以水中的有机废物为养料生长繁殖，将有机物分解为二氧的有机废物为养料生长繁殖，将有机物分解为二氧化碳、水等无机物，从而达到净化污水的目的。化碳、水等无机物，从而达到净化污水的目的。关键：关键：1.1.培养好活性污泥中的微生物。培养好活性污泥

5、中的微生物。2.2.提高曝气效率，使微生物获得足够的氧气。提高曝气效率，使微生物获得足够的氧气。减少污水的排放量减少污水的排放量从源头处理污水的有效手段从源头处理污水的有效手段措施措施4：海水淡化：海水淡化海水淡化海水淡化就是利用物理、化学或生物方法除就是利用物理、化学或生物方法除去海水中溶有的盐。去海水中溶有的盐。主要方法有：蒸馏法、膜法、冷冻法和离子主要方法有：蒸馏法、膜法、冷冻法和离子交换法等。交换法等。 地球是个蓝色的星球，表面积约地球是个蓝色的星球，表面积约3/4被海水所被海水所覆盖。覆盖。海水占地球总水量的海水占地球总水量的97%以上，可是它以上，可是它含盐量高，含盐量高，20时的

6、密度达到时的密度达到1.0243g/cm-3，不，不适合人类饮用，也不适合作为工农业生产用水。适合人类饮用，也不适合作为工农业生产用水。例、例、某综合实践活动小组到自来水厂进行参观，了解到源水处理成自来水某综合实践活动小组到自来水厂进行参观，了解到源水处理成自来水的工艺流程示意图如下：的工艺流程示意图如下：(1)源水中含源水中含Ca2、Mg2、HCO3-、Cl-等，加入等，加入CaO后生成后生成Ca(OH)2，进，进而发生若干个复分解反应，试写出其中任意一个反应的离子方程式而发生若干个复分解反应，试写出其中任意一个反应的离子方程式_。(2)加入凝聚剂可以除去其中的悬浮固体颗粒，该过程是加入凝聚

7、剂可以除去其中的悬浮固体颗粒，该过程是_（填写下列（填写下列各项的序号）各项的序号）只有物理过程，无化学过程只有物理过程，无化学过程 只有化学过程，无物理过程只有化学过程，无物理过程既有化学过程又有物理过程既有化学过程又有物理过程 FeSO47H2O是常用的凝聚剂，加入后最终生成红褐色胶状沉淀，则这是常用的凝聚剂，加入后最终生成红褐色胶状沉淀，则这种沉淀是种沉淀是_。(3)通入二氧化碳的目的是通入二氧化碳的目的是_和和_。(4)气体气体A的作用是的作用是_。(5)下列物质中，下列物质中，_可以作为气体可以作为气体A的代替品的代替品(填写下列各项的序号填写下列各项的序号)。 ClO2 浓氨水浓氨

8、水 SO2 浓硫酸浓硫酸HCO3- +OH-= CO32-+ H2OCa2+ +2 HCO3- + 2OH-= CaCO3+CO32- + 2H2O Ca2+ + HCO3- + OH-= CaCO3+ H2OMg2+2OH-= Mg(OH)2Fe(OH)3除去钙离子除去钙离子调节溶液酸度调节溶液酸度杀菌消毒杀菌消毒考点考点2：硬水及其软化：硬水及其软化1.硬水：溶有较多量的硬水：溶有较多量的Ca2+和和Mg2+的水的水(如如:井水等井水等)2.软水：只溶有较少量或不含软水：只溶有较少量或不含Ca2+和和Mg2+的水的水(如如:蒸馏水等蒸馏水等)，1.对于不习惯的人来说，易造成肠胃功能紊乱，对

9、于不习惯的人来说，易造成肠胃功能紊乱，导致疾病的发生，如南方人初到北方时的导致疾病的发生，如南方人初到北方时的“水土不服水土不服”现现象；长期饮用过硬的水，还会使胃炎、结石等病的发病率象；长期饮用过硬的水，还会使胃炎、结石等病的发病率上升。上升。2.浪费肥皂，衣物不易洗净，还使衣服变硬。浪费肥皂，衣物不易洗净，还使衣服变硬。3.锅炉用水硬度过高易形成锅垢，不仅浪费燃料，而且会使锅炉用水硬度过高易形成锅垢，不仅浪费燃料，而且会使锅炉管道因受热不均而导致变形或损坏，严重时会引起爆锅炉管道因受热不均而导致变形或损坏，严重时会引起爆炸事故。炸事故。则人无法从水中吸收人体发育所必需的无机则人无法从水中吸

10、收人体发育所必需的无机盐离子和微量元素等，对人体的危害也很大。盐离子和微量元素等，对人体的危害也很大。水的硬度的表示和测定水的硬度的表示和测定1.概念：概念：一般把一般把 1L水里含有水里含有10mg CaO(或含相当于或含相当于10mg CaO的物质，如的物质，如7.1mgMgO)称为称为1度。度。例例:经测定经测定:某天然水中某天然水中Ca2+浓度为浓度为0.001mol/L，Mg2+浓度为浓度为0.002mol/L，试求该天然水的总硬度。且如何，试求该天然水的总硬度。且如何证明这个硬度是暂时硬度还是永久硬度？证明这个硬度是暂时硬度还是永久硬度？注意：注意：水的硬度可分为暂时硬度水的硬度可

11、分为暂时硬度（由碳酸氢钙、碳（由碳酸氢钙、碳酸氢镁引起的）酸氢镁引起的）和永久硬度和永久硬度（由钙、镁的硫酸盐或（由钙、镁的硫酸盐或氯化物引起的）氯化物引起的）2.常用的测定方法：常用的测定方法：总硬度试纸总硬度试纸+标准色阶标准色阶简单鉴别：简单鉴别：肥皂反应肥皂反应 软水中产生泡沫多；软水中产生泡沫多； 硬水中产生泡沫少，形成较多白色垢状物。硬水中产生泡沫少，形成较多白色垢状物。软水与硬水的简单鉴别软水与硬水的简单鉴别硬水的软化硬水的软化1.1.加热煮沸法加热煮沸法Ca(HCO3)2= CaCO3+ CO2+H2OMg(HCO3)2= MgCO3+ CO2+H2OMgCO3+H2O = M

12、g(OH)2+ CO2注意：注意：此法只能消除暂时硬度，永久硬度没变化此法只能消除暂时硬度，永久硬度没变化实质：实质：降低降低Ca2+、Mg2+的含量的含量 Ca(HCO3)2 CaCO3 Mg(HCO3)2 Mg(OH)2 MgCl2 Mg(OH)2 Ca(OH)2Na2CO3Ca2+ + CO32- =CaCO3Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2Ca2+ + 2HCO3- + Ca2+ + 2OH- = 2CaCO3 + 2H2OMg2+2HCO3-+2Ca2+4OH- =Mg(OH)2+2CaCO3+2H2O先使用石灰，再用纯碱除去因先使用石灰，再用纯碱除去因Ca2+引起的硬度。

13、引起的硬度。常用的药剂有：常用的药剂有：石灰、纯碱石灰、纯碱等等CaCl2 CaCO3Ca(OH)2 CaCO32.药剂软化法药剂软化法3.离子交换法离子交换法（1）磺化煤法）磺化煤法 2NaR + Ca2+ = CaR2 + 2Na+ 2NaR + Mg2+ = MgR2 + 2Na+ 注：注：能消除暂时硬度、永久硬度能消除暂时硬度、永久硬度 磺化煤可以用磺化煤可以用饱和食盐水饱和食盐水再生利用再生利用工业上工业上常用阴、阳离子交换树脂来软化硬水常用阴、阳离子交换树脂来软化硬水 饮用水饮用水大都采用有机合成大都采用有机合成离子交换树脂离子交换树脂作离子交换剂作离子交换剂3.离子交换法离子交换

14、法（2）离子交换树脂）离子交换树脂基本原理：基本原理：先把水通过先把水通过阳柱阳柱（装有阳离子交换树脂的离（装有阳离子交换树脂的离子交换柱），使水中的金属子交换柱），使水中的金属离子被阳离子交换树脂吸附，离子被阳离子交换树脂吸附，阳离子交换树脂中的氢离子阳离子交换树脂中的氢离子被交换到水中去；然后再通被交换到水中去；然后再通过过阴柱阴柱，使水中的阴离子被，使水中的阴离子被阴离子树脂吸附，阴离子树阴离子树脂吸附，阴离子树脂将氢氧根离子交换到水中，脂将氢氧根离子交换到水中，和氢离子化合成水，使水得和氢离子化合成水，使水得到净化。到净化。离子交换树脂使用时间长了就离子交换树脂使用时间长了就会失去软化

15、能力，这时应该会失去软化能力，这时应该用用强酸或强碱溶液强酸或强碱溶液进行进行再生处理再生处理。 1了解合成氨的主要原理、重要设备及生产流程。了解催化剂的研制对促进化学工了解合成氨的主要原理、重要设备及生产流程。了解催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义。业发展的重大意义。2了解电解食盐水的基本原理。了解氯碱工业产品的主要用途。了解食盐水电解工了解电解食盐水的基本原理。了解氯碱工业产品的主要用途。了解食盐水电解工艺和主要设备艺和主要设备石棉隔膜电解槽。石棉隔膜电解槽。3了解接触法制硫酸的生产工艺、各阶段反应的主要设备。了解硫酸工业中了解接触法制硫酸的生产工艺、各阶段反应的主要设备。了解硫酸工

16、业中“三废三废”（废气、污水、废渣）的治理和综合利用。（废气、污水、废渣）的治理和综合利用。4了解从海水中提取镁的过程和原理。了解从铝土矿中提取铝的过程和原理及铝制了解从海水中提取镁的过程和原理。了解从铝土矿中提取铝的过程和原理及铝制品在生活中的广泛应用。品在生活中的广泛应用。考点考点1:合成氨工业合成氨工业N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)；H = -92.4kJmol-1【问题【问题1 1】设计两种方法从空气中获得设计两种方法从空气中获得氮气氮气？(1)(1)物理方法：物理方法：液化空气，再利用液化空气，再利用N2的沸点比的沸点比O2低，蒸馏出低，蒸馏出N2-氮气的沸点低先汽化。

17、氮气的沸点低先汽化。(2)(2)化学方法：化学方法：将空气依次通过将空气依次通过NaOH溶液、浓硫酸、灼热的铜溶液、浓硫酸、灼热的铜网，除去网，除去CO2、水和、水和O2，得到较纯净的，得到较纯净的N2。【问题【问题2】写出工业上制取水煤气的化学方程式。现代工业常用写出工业上制取水煤气的化学方程式。现代工业常用石油工业中的碳氢化合物与水在催化剂作用下制取氢气和石油工业中的碳氢化合物与水在催化剂作用下制取氢气和CO，试写出丙烷与水反应的化学反应方程式。试写出丙烷与水反应的化学反应方程式。C + H2O CO + H2 CO + H2O CO2 + H2高温高温催化剂催化剂C3H8 + 3H2O

18、= 3CO + 7H2催催CH4 + H2O = CO + 3H2催催（1）原料气的制备）原料气的制备合成氨的适宜条件合成氨的适宜条件采取循环操作：采取循环操作：不断补充氮气和氢气并及不断补充氮气和氢气并及时液化分离出氨，并将余下时液化分离出氨，并将余下N N2 2、H H2 2送回合送回合成塔，以提高原料的利用率。成塔，以提高原料的利用率。使用催化剂：使用催化剂：铁触媒铁触媒选择合适的温度：选择合适的温度：450左右左右选择合适的压强：选择合适的压强：20 MPa50 MPa（2）合成氨工艺条件）合成氨工艺条件（3）合成氨流程）合成氨流程考虑：考虑：为什么氮、氢混合气体送入合成塔前要进行压缩

19、？为什么氮、氢混合气体送入合成塔前要进行压缩？达到一定压强既有利于加快反应速率又能保证其转化程度达到一定压强既有利于加快反应速率又能保证其转化程度考虑：考虑：冷凝的作用是什么？合成氨工业有无尾气？冷凝的作用是什么？合成氨工业有无尾气？【问题【问题2 2】对照氨合成塔说明原对照氨合成塔说明原料气在合成塔中的流向，并说明料气在合成塔中的流向，并说明热交换器的作用。热交换器的作用。原料气从塔底流经外筒环隙进入。原料气从塔底流经外筒环隙进入。把反应时生成的热，传递给需要把反应时生成的热，传递给需要预热的气体，并冷却反应后生成预热的气体，并冷却反应后生成的气体，充分利用反应放出的热的气体，充分利用反应放

20、出的热量，节约能源。量，节约能源。 【问题【问题1 1】工业上从上而下将催工业上从上而下将催化剂分成四层，在层与层之间冷化剂分成四层，在层与层之间冷激气（冷的原料气）和反应气混激气（冷的原料气）和反应气混合。这样设计的原因是什么？合。这样设计的原因是什么？冷激气与每一层的反应混合气冷激气与每一层的反应混合气及时进行热交换，既预热原料及时进行热交换，既预热原料气，又保证反应混合气的温度气，又保证反应混合气的温度控制在控制在5000C左右，使每一层左右，使每一层的催化剂都能起到最大的催化的催化剂都能起到最大的催化作用作用 合成氨的生产工艺合成氨的生产工艺空气空气压缩压缩降温降温液态空气液态空气蒸发

21、蒸发N N2 2（先逸出）（先逸出）炭炭COCO2 2N N2 2除去除去COCO2 2N N2 2H H2 2O(g)O(g)赤热炭赤热炭或其他燃料或其他燃料COCOH H2 2H H2 2O(g)O(g)催化剂催化剂COCO2 2H H2 2除去除去COCO2 2H H2 2原料：原料：空气、水、燃料空气、水、燃料C CH H2 2O(g) COO(g) COH H2 2高温高温COCOH H2 2O(g) COO(g) CO2 2H H2 2催化剂催化剂原料气的制备原料气的制备净化净化压缩压缩( (防止催化剂中毒防止催化剂中毒) )合成合成分离分离液氨液氨N N2 2、H H2 2【例【

22、例2】合成氨工业的主要反应为：合成氨工业的主要反应为：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) HO，下图是合成氨的简要流程示意图：下图是合成氨的简要流程示意图： （1）写出设备）写出设备A、B的名称：的名称：A ，B ；沿；沿X路线进路线进入压缩机的物质是入压缩机的物质是 。（2）原料气往往混有）原料气往往混有CO、NH3等杂质，在进入合成塔之前需净化，净化等杂质，在进入合成塔之前需净化，净化的原因是的原因是 。（3）氮、氢混合气体送入合成塔前要通过压缩机压缩的原因是）氮、氢混合气体送入合成塔前要通过压缩机压缩的原因是 ；在合成塔中及时分离出氨气的目的是在合成塔中及时分离出氨气的目的是

23、。（4）工业合成氨的反应为：）工业合成氨的反应为：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) HO，当压强，当压强为为30MPa，温度为，温度为500时，在容积为时，在容积为1L的密闭容器中充入的密闭容器中充入1molN2和和3molH2，反应达到平衡时，反应达到平衡时NH3的体积分数为的体积分数为20%，求此时的平衡常数，求此时的平衡常数 。热交换器热交换器合成塔合成塔N2和和H2防止催化剂中毒防止催化剂中毒 增大压强，加快反应速率，使平衡朝生成增大压强，加快反应速率，使平衡朝生成NH3的方向进行的方向进行减小生成物的浓度，使平减小生成物的浓度，使平衡朝生成衡朝生成NH3的方向进行的方向进

24、行0.083 考点考点2：氯碱工业：氯碱工业通过电解饱和食盐水来生产烧碱、氯气和氢气，并以通过电解饱和食盐水来生产烧碱、氯气和氢气，并以它们为原料生产一系列化工产品的工业。它们为原料生产一系列化工产品的工业。【问题】【问题】以石墨做电极电解饱和食盐水。以石墨做电极电解饱和食盐水。 1.写出两极反应式？总反应方程式？写出两极反应式？总反应方程式？H2和和Cl2混合可能爆炸，混合可能爆炸，不安全不安全。Cl2会和会和NaOH反应，会使得到的反应，会使得到的NaOH不纯不纯。2.阳极产生的氯气与阴极产生的氢气、阳极产生的氯气与阴极产生的氢气、NaOH溶液溶液之间能否发生化学反应之间能否发生化学反应?

25、若能发生，会产生什么危若能发生，会产生什么危害害?你认为可以采用什么方法来避免你认为可以采用什么方法来避免?阴极：阴极：2H+2eH2阳极：阳极：2Cl 2eCl22NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2+H2 （1 1）分析此装置的电解原理？）分析此装置的电解原理？（2 2）石棉隔膜在电解时的作）石棉隔膜在电解时的作用？有何缺陷？用？有何缺陷？石棉隔膜能阻止气体通石棉隔膜能阻止气体通过，但不能阻止水分子过，但不能阻止水分子和离子通过。和离子通过。食盐水电解工艺食盐水电解工艺1.1.传统工艺传统工艺石棉隔膜电解槽石棉隔膜电解槽缺陷缺陷1：阴极室产生的阴极室产生的NaOH有少量渗透到阳极室，有少

26、量渗透到阳极室，跟溶解的氯气反应。跟溶解的氯气反应。缺陷缺陷2：阳极室未反应的阳极室未反应的NaCl会进入阴极室。会进入阴极室。2.2.新工艺新工艺阳离子交换膜法阳离子交换膜法阳极：阳极：阴极：阴极：碳钢网碳钢网（涂有镍涂层）（涂有镍涂层）阳离子交换膜：阳离子交换膜：将电解槽隔成阴极室和阳极将电解槽隔成阴极室和阳极室。室。只允许阳离子只允许阳离子(Na(Na+ +) )通过，通过，不允许阴离子和气体分子通不允许阴离子和气体分子通过。过。优点：优点：避免避免Cl2与与NaOH反应生成反应生成NaClO，影响，影响NaOH的产的产量和纯度；量和纯度；生产成本显著降低。生产成本显著降低。钛网钛网（涂

27、有钛、钌等氧化物涂层）（涂有钛、钌等氧化物涂层）粗盐粗盐泥沙泥沙CaCa2+2+、MgMg2+2+、FeFe3+3+SOSO4 42 2等杂质等杂质混入产品，导致产品不纯混入产品，导致产品不纯生成生成Mg(OH)2、Fe(OH)3等等沉淀，堵塞膜孔。沉淀，堵塞膜孔。3.食盐水的精制食盐水的精制精制过程：精制过程：粗盐水粗盐水过量过量BaCl2（除（除SOSO4 42-2-）过量过量NaOH（除（除MgMg2+2+、FeFe3+3+）过量过量Na2CO3（除（除CaCa2+2+、BaBa2+2+）适量适量HCl（除（除COCO3 32-2-）（除泥沙及沉淀）（除泥沙及沉淀）过滤过滤精制盐水精制盐

28、水注意注意1:1:Na2CO3必须在必须在BaCl2之后；之后； BaCl2可与可与NaOH互换。互换。注意注意2:2:加入盐酸必须在过滤之后；加入盐酸必须在过滤之后；例例1：氯碱厂电解饱和食盐水制取氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：的工艺流程示意图如下： 粗盐粗盐 H2O NaOH Na2CO3 Cl2 H2 10%NaOH 、16%NaCl溶液溶液 沉渣沉渣 NaCl晶体晶体 50%NaOH溶液溶液依据上图，完成下列填空：依据上图，完成下列填空：(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为化学方程式为

29、 ，与电源负极相连的电极附，与电源负极相连的电极附 近，溶液近，溶液pH值值 （选填：不变、升高或下降）（选填：不变、升高或下降） (2)工业食盐含工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质。精制过程发生反应的离等杂质。精制过程发生反应的离子方程式为子方程式为 。 化化 盐盐 精精 制制 电电 解解 脱脱 盐盐 升高升高 2Cl 2e- Cl2 Ca2+CO32- CaCO3 Mg2+2OH- Mg(OH)2 (3)如果粗盐中如果粗盐中SO42-含量较高，必须添加钡试剂除去含量较高，必须添加钡试剂除去SO42-，该钡试剂可以是该钡试剂可以是 （选填（选填a、b、c，多选扣分），多选扣分） a Ba(O

30、H)2 b Ba(NO3)2 c BaCl2 (4)为有效除去为有效除去Ca2+、Mg2+、SO42-，加入试剂的合理顺序为，加入试剂的合理顺序为 （选填（选填a，b，c多选扣分）多选扣分）a 先加先加NaOH，后加，后加Na2CO3，再加钡试剂，再加钡试剂 b 先加先加NaOH，后加钡试剂，再加，后加钡试剂，再加Na2CO3 c 先加钡试剂，后加先加钡试剂，后加NaOH，再加，再加Na2CO3 (5)脱盐工序中利用脱盐工序中利用NaOH和和NaCl在溶解度上的差异，通在溶解度上的差异，通过过 、冷却、冷却、 （填写操作名称）除去（填写操作名称）除去NaCl 。 (6)在隔膜法电解食盐水时，电

31、解槽分隔为阳极区和阴极区，在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止防止Cl2与与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与与NaOH充分接触，产物仅是充分接触，产物仅是NaClO和和H2，相应的化学方程式，相应的化学方程式为为 。 蒸发蒸发 过滤过滤 电解电解 NaCl+H2O H2+NaClOa cb c例例2.以食盐水为原料的氯碱工业以食盐水为原料的氯碱工业（1）原料粗盐中常含有泥沙和原料粗盐中常含有泥沙和Ca2、Mg2、Fe3、SO42等杂质，必须精等杂质，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制后

32、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）（盐酸）BaCl2，这，这3种试剂添加的合理顺序是种试剂添加的合理顺序是_（填序号）（填序号）（2）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）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下以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，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。图中图中Y是是_（填化学式），分析比较图

33、示中氢氧化钠质量分数（填化学式），分析比较图示中氢氧化钠质量分数a与与b的的大小大小 ；这样设计的主要节（电）能之处在于（写出这样设计的主要节（电）能之处在于（写出2处）处）_、_ 。 a小于小于b 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；降低能耗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；降低能耗 H2例例3.利用惰性电极和下图装置对硫酸钠水溶利用惰性电极和下图装置对硫酸钠水溶液进行电解。液进行电解。a、b、c、d四处可得产品分别四处可得产品分别是是 、。阴离子阴离子交换膜交换膜阳离子阳离子交换膜交换膜Na2SO4(aq)bacd氢气氢气 氧气氧气 NaOH溶液溶液

34、硫酸溶液硫酸溶液考点考点3：硫酸工业：硫酸工业一、接触法制硫酸的化学反应原理一、接触法制硫酸的化学反应原理说明：说明：选择制取硫酸的原料应从实际出发选择制取硫酸的原料应从实际出发,世界上主要用世界上主要用硫磺作原料，而我国主要用黄铁矿作原料。硫磺作原料，而我国主要用黄铁矿作原料。 FeSFeS2 2HH2 2SOSO4 4SOSO3 3SOSO2 2 1.造气造气 2.接触氧化接触氧化 3.三氧化硫的吸收三氧化硫的吸收S + O2 SO2点燃点燃SO3 + H2O H2SO42SO2 + O2 2SO3催化剂催化剂加加 热热反应原理：反应原理：4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2高温高

35、温生产原料：生产原料：硫磺或黄铁矿、石膏、有色金属冶炼厂的含硫磺或黄铁矿、石膏、有色金属冶炼厂的含二氧化硫烟气二氧化硫烟气、空气、水、空气、水二、接触法制硫酸的生产工艺二、接触法制硫酸的生产工艺【问题问题1 1】为什么要将黄铁矿粉碎成细小矿粒？】为什么要将黄铁矿粉碎成细小矿粒？【问题问题2 2】为什么要从炉底通入强大空气流？】为什么要从炉底通入强大空气流？ 4FeS 4FeS2 2 + 11O + 11O2 2 = 2 Fe = 2 Fe2 2OO3 3 +8SO +8SO2 2高温高温粉碎的黄铁矿粉碎的黄铁矿鼓入强大空气流鼓入强大空气流沸腾炉沸腾炉流程流程1 1：造气造气【问题问题3】从沸腾

36、炉中出来的气体叫做从沸腾炉中出来的气体叫做炉气炉气。试分析。试分析黄铁矿燃烧后炉气中含有哪些物质？黄铁矿燃烧后炉气中含有哪些物质？SO2、O2、N2、水蒸气以及一些水蒸气以及一些杂质，如杂质，如As、Se等的化合物和矿等的化合物和矿尘等等。尘等等。洗涤洗涤干燥干燥除尘除尘SOSO2 2、OO2 2、N N2 2容易使催化剂中毒容易使催化剂中毒腐蚀设备，影响生产腐蚀设备，影响生产除矿尘除矿尘除除As、Se化合物化合物除除水蒸气水蒸气【讨论】【讨论】根据反应速率和化学平衡理论根据反应速率和化学平衡理论,考虑综合经考虑综合经济效益，你认为采取哪些措施济效益，你认为采取哪些措施(催化剂、浓度、温度、催

37、化剂、浓度、温度、压强压强)可以提高可以提高SO2的利用率的利用率?浓度浓度：增大廉价原料的用量以增大廉价原料的用量以增大增大OO2 2的浓度的浓度，可以提高可以提高SO2的利用率，从而降低生产成本。的利用率，从而降低生产成本。温度温度：从平衡角度看，此反应在较低温度下进行最为有利，从平衡角度看，此反应在较低温度下进行最为有利，但温度低时催化剂活性不高，反应速率低，从综合经济效益但温度低时催化剂活性不高，反应速率低，从综合经济效益考虑，对生产不利。故在实际生产中，选定考虑，对生产不利。故在实际生产中，选定400400500500压强压强：考虑到加压对设备的要求高，投资大和能耗大，且常考虑到加压

38、对设备的要求高，投资大和能耗大，且常压下压下400500时，时，SO2的转化率已经很高，从综合经济的转化率已经很高，从综合经济效益考虑，在实际生产中，通常效益考虑，在实际生产中，通常采用常压操作采用常压操作。并不加压。并不加压。2SO2SO2 2(g)+O(g)+O2 2 (g)(g) 2SO2SO3 3 (g)(g) H= -196.6kJ/molH= -196.6kJ/molV V2 2OO5 5流程流程2：接触氧化接触氧化接触室接触室热交换器热交换器催化剂催化剂【问题问题】 SO2的接触氧化需在的接触氧化需在400500条件下进行：条件下进行： 反应前要把低温的炉气预热到这个温度？反应前

39、要把低温的炉气预热到这个温度？ 该反应放热，环境温度会升高，不利于该反应放热，环境温度会升高，不利于SO3生成？生成？ 沸腾炉接触室接触室沸腾炉沸腾炉SO2、N2、O2 ； 600C5000C8500CSO3、SO2、N2、O22SO2SO2 2(g)+O(g)+O2 2 (g)(g) 2SO2SO3 3 (g)(g) H= -196.6kJ/molH= -196.6kJ/molV V2 2OO5 5流程流程3：三氧化硫的吸收三氧化硫的吸收SOSO3(g)3(g) + H + H2 2OO(l) (l) = H= H2 2SOSO4(l) 4(l) ; ; HH130.3kJ/mol130.3

40、kJ/mol【问题问题】为什么不用水或稀硫酸来吸收三氧化硫？为什么不用水或稀硫酸来吸收三氧化硫？常用常用98.3%的硫酸作吸收剂！的硫酸作吸收剂！ 三氧化硫如用水或稀硫酸作吸收剂时，易形三氧化硫如用水或稀硫酸作吸收剂时，易形成酸雾，吸收速度减慢，不利于三氧化硫的吸收。成酸雾，吸收速度减慢，不利于三氧化硫的吸收。吸收塔吸收塔98.3%H2SO4尾气尾气逆流吸收逆流吸收：(SO3从塔从塔的下部通入的下部通入,98.3%的的硫酸从塔顶喷下硫酸从塔顶喷下): 增增大大SO3和和H2SO4的接触的接触面积面积,强化吸收过程强化吸收过程. .SOSO3 3、SO2、 N2、O2发烟硫酸发烟硫酸【问题】【问

41、题】吸收过程在吸收塔中进行。采取何种方式吸收过程在吸收塔中进行。采取何种方式可以保证可以保证SO3被被98.3%的浓硫酸完全吸收？的浓硫酸完全吸收？吸收吸收塔内填充塔内填充有大量有大量瓷管瓷管，以增大被吸收以增大被吸收气体与吸收液气体与吸收液的的接触面积。接触面积。【问题】【问题】尾气的组成：尾气的组成：SO2 、O2 、N2。由于含有二。由于含有二氧化硫，如直接排入大气，会造成污染；同时也会造氧化硫，如直接排入大气，会造成污染；同时也会造成原料的浪费。成原料的浪费。如何处理尾气？如何处理尾气？ 氨水法：氨水法： NHNH3 3HH2 2OO2NH3H2O+SO2(NH4)2SO3+H2ONH

42、3H2O+SO2NH4HSO31.将尾气再次通入到接触室，进行再次氧化，吸收；将尾气再次通入到接触室，进行再次氧化，吸收；2.将再次氧化吸收后的尾气进行回收处理；将再次氧化吸收后的尾气进行回收处理；(NH4)2SO3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 + SO2+ H2O2(NH4)2SO3 + O2 = 2(NH4)2SO4 黄铁矿黄铁矿空气流空气流矿渣矿渣SO2、O2、N2、水、水蒸气以及一些杂质蒸气以及一些杂质冷的冷的SO2、O2、N2热的热的SO2、O2、N2SO3、SO2、O2、N2SO2、O2、N298.3%硫酸硫酸炉炉硫酸工业制法的五个硫酸工业制法的五个“三三”SO3H2O

43、 H2SO4 V2O54005002SO2O2 SO3高温高温4FeS2 + 11O2 2Fe2O3 + 8SO2 ；黄铁矿、空气、水黄铁矿、空气、水沸腾炉、接触室、吸收塔沸腾炉、接触室、吸收塔充分接触原理、热交换原理、逆流吸收原理充分接触原理、热交换原理、逆流吸收原理除尘、洗涤、干燥除尘、洗涤、干燥三、硫酸工业的三废治理三、硫酸工业的三废治理 化工生产必须保护环境，严格治理化工生产必须保护环境，严格治理“三废三废”，并尽可能，并尽可能把把“三废三废”变为有用的副产品，实现原料的综合利用。变为有用的副产品，实现原料的综合利用。1.1.尾气吸收：尾气吸收：尾气中少量的尾气中少量的SO2 用氨水吸

44、收用氨水吸收SO2 + 2NH3 + H2O (NH4)2SO3(NH4)2SO3 + H2SO4 (NH4)2SO4 + SO2+ H2O(作肥料）作肥料） (生产硫酸的原料）生产硫酸的原料） 2.2.污水处理：污水处理： Ca(OH)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O 3.3.废渣的利用：废渣的利用：黄铁矿矿渣一般可作为制造水泥的原料或用于制砖，黄铁矿矿渣一般可作为制造水泥的原料或用于制砖，含铁品位高的矿渣，经处理后可以炼铁及制取含铁品位高的矿渣，经处理后可以炼铁及制取Fe2(SO4)3、Fe2O3红颜料等产品。红颜料等产品。可用石灰中和处理可用石灰中和处理考点考点4：镁和铝

45、的冶炼：镁和铝的冶炼金属的冶炼金属的冶炼:把金属从矿石（原料）中提炼出来把金属从矿石（原料）中提炼出来金属提炼的步骤：金属提炼的步骤：第一步：第一步：富集富集（除去杂质，提高矿石中有用成分的含量）（除去杂质，提高矿石中有用成分的含量）第二步：第二步：冶炼冶炼（利用还原剂，在一定条件下把金属离子从矿（利用还原剂，在一定条件下把金属离子从矿石中还原成单质）石中还原成单质）第三步：第三步：精炼精炼（再次提炼金属，提高纯度）（再次提炼金属，提高纯度）金属冶炼的金属冶炼的实质：实质：Mn+ + ne- M金属冶炼的方法：金属冶炼的方法：K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Hg Ag

46、电解法电解法热还原法热还原法热分解法热分解法一、从海水中提取镁一、从海水中提取镁1.镁的存在镁的存在 主要以主要以化合态化合态的形式存在于地壳和海水的形式存在于地壳和海水(MgCl2)中。海水中镁的总储量约为中。海水中镁的总储量约为1.81015t2.从海水中提取镁的生产流程从海水中提取镁的生产流程 海水海水 Mg(OH)2 过滤过滤 MgCl2溶液溶液 盐酸盐酸 MgCl26H2O 蒸发蒸发结晶结晶 MgCl2 HCl气流气流 Cl2 Mg 电解电解 贝壳贝壳 CaO 石灰乳石灰乳 水水 煅烧煅烧 HCl 【问题【问题1】请写出上述过程中所涉及到的请写出上述过程中所涉及到的化学方程式化学方程

47、式。【问题【问题2】 如何从如何从MgCl2 溶液中得到溶液中得到MgCl26H2O晶体？直接加晶体？直接加热热MgCl26H2O能否得到无水氯化镁？能否得到无水氯化镁？【问题【问题3】为何不通过电解氧化镁制备镁？为何不通过电解氧化镁制备镁？从海水中提取镁的生产流程从海水中提取镁的生产流程将将MgCl2 溶液溶液加热浓缩，冷却结晶、过滤加热浓缩，冷却结晶、过滤即得即得MgCl26H2O晶体晶体MgCl26H2OMgO+2HCl+5H2O氧化镁熔点高（氧化镁熔点高（2800）使氧化镁熔化能耗大，生产成本高。）使氧化镁熔化能耗大，生产成本高。例例1：下图是工业上生产镁的流程。下图是工业上生产镁的流

48、程。（1）写出下列反应的化学方程式：写出下列反应的化学方程式：沉淀池中沉淀池中 ；电解电解 ；（2）整个生产流程中循环使用的物质是）整个生产流程中循环使用的物质是 。（3）简述把氯化镁的水合晶体加热使之脱水转化为无水氯化）简述把氯化镁的水合晶体加热使之脱水转化为无水氯化镁的操作过程镁的操作过程 。MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2+CaCl2 MgCl2 Mg+Cl2 氯气氯气 为了防止氯化镁水解，加热时要在氯化氢气体的氛围中加热为了防止氯化镁水解，加热时要在氯化氢气体的氛围中加热 （4）Mg(OH)2沉淀中常混沉淀中常混有有Ca(OH)2，应怎样除去，应怎样除去? 加入加入MgClM

49、gCl2 2溶液，充分搅溶液，充分搅拌过滤，沉淀用水洗涤。拌过滤，沉淀用水洗涤。 二、铝的冶炼二、铝的冶炼1.1.铝的存在铝的存在铝元素占地壳总量的铝元素占地壳总量的7.45 主要以主要以铝土矿铝土矿存在存在铝元素是地壳中含量最多的金属元素铝元素是地壳中含量最多的金属元素铝元素在自然界以铝元素在自然界以化合态化合态形式存在形式存在铝土矿的成分铝土矿的成分主要成分主要成分：Al2O3少量：少量：Fe2O3、SiO2等杂质等杂质要从铝土矿中提取铝，必须先制备较纯的要从铝土矿中提取铝，必须先制备较纯的氧化铝氧化铝2.从铝土矿制备铝的工艺流程从铝土矿制备铝的工艺流程过量过量NaOH溶液溶液过滤过滤Fe

50、2O3除去除去过量盐酸过量盐酸过滤过滤过量氨水过量氨水过滤过滤滤液除去滤液除去H2SiO3除去除去通电通电碱溶法碱溶法铝土矿铝土矿过量盐酸过量盐酸过滤过滤SiO2除去除去过量过量NaOH溶液溶液过滤过滤Fe(OH)3除去除去过量过量CO2过滤过滤通电通电酸溶法酸溶法铝土矿铝土矿2.从铝土矿制备铝的工艺流程从铝土矿制备铝的工艺流程氧化铝电解示意图氧化铝电解示意图【问题【问题1】已知氧化铝的熔点为已知氧化铝的熔点为2050 ，可能对工业生，可能对工业生产带来什么问题？产带来什么问题？冰晶石（冰晶石（Na3AlF6）是）是一种配合物。它是一种配合物。它是Na+和氟铝酸根配离子和氟铝酸根配离子AlF6

51、3-组成的盐。熔融组成的盐。熔融的冰晶石能熔解氧化铝，的冰晶石能熔解氧化铝，冰晶石冰晶石-氧化铝熔盐的氧化铝熔盐的熔点不高，且其在电解熔点不高，且其在电解过程中比较稳定。过程中比较稳定。【问题【问题2】电解铝工业要定期补充石墨电极，为什么？电解铝工业要定期补充石墨电极，为什么？【问题【问题3】工业上为何不用电解氯化铝来制备铝？工业上为何不用电解氯化铝来制备铝？使氧化铝熔化能耗大，成本高使氧化铝熔化能耗大，成本高石墨电极与阳极产生的氧气反应而损耗。石墨电极与阳极产生的氧气反应而损耗。氯化铝为共价化合物，熔融时不导电。氯化铝为共价化合物，熔融时不导电。例例2工业上用铝土矿（主要成分是工业上用铝土矿

52、（主要成分是Al2O3，还有少量的，还有少量的Fe2O3、SiO2）提）提取冶炼铝的原料氧化铝。工艺流程如下图：取冶炼铝的原料氧化铝。工艺流程如下图： （1）原料）原料A的名称是的名称是_，步骤，步骤反应的离子方程式是反应的离子方程式是 _ _ _ _ _ _。 （2）滤液）滤液1中要加入稍过量原料中要加入稍过量原料B，原料，原料B的化学式是的化学式是_，步，步骤骤反应的离子方程式是：反应的离子方程式是：_ _ _ _。 （3）步骤）步骤的化学方程式是：的化学方程式是：_ _ _ _。（4）如果省去步骤）如果省去步骤，即溶解铝土矿是从加入原料，即溶解铝土矿是从加入原料B开始，则会对氧化开始，则

53、会对氧化铝的提取有什么影响铝的提取有什么影响_。 盐酸（硫酸）盐酸（硫酸）Al2O36H+2Al3+3H2O， Fe2O36H+2Fe3+3H2ONaOHH+OH-H2O，Fe3+3OH-Fe(OH)3 ，Al3+4OH-AlO2-2H2ONaAlO2CO22H2OAl(OH)3NaHCO3若用若用NaOH溶液溶解铝土矿，则有部分溶液溶解铝土矿，则有部分SiO2溶解在溶解在NaOH溶液中生成硅酸钠，最后使加热制得的溶液中生成硅酸钠，最后使加热制得的Al2O3混有混有SiO2杂质杂质例例3（2009山东卷）山东卷）（10分）分）金属铝的生产是以金属铝的生产是以Al2O3为原料，在熔融状态下进行电

54、解：为原料，在熔融状态下进行电解：请回答下列问题：请回答下列问题：（1）冰晶石（）冰晶石（Na3AlF6）的作用是）的作用是。（2）电解生成的金属铝是在熔融液的）电解生成的金属铝是在熔融液的（填（填“上层上层”或或“下层下层”）。）。（3）阴极和阳极均由）阴极和阳极均由材料做成；材料做成；电解时所消耗的电极是电解时所消耗的电极是（填（填“阳极阳极”或或“阴阴极极”）。）。（4）铝是高耗能产品，废旧铝材的回收利用十分重要。在）铝是高耗能产品，废旧铝材的回收利用十分重要。在工业上，最能体现节能减排思想的是将回收铝做成工业上，最能体现节能减排思想的是将回收铝做成（填（填代号）。代号）。a.冰品石冰品

55、石b.氧化铝氧化铝c.铝锭铝锭d.硫酸铝硫酸铝2Al2O3750970通电，Na3AlF64Al + 3O2降低降低Al2O3的熔化温度的熔化温度 下层下层碳棒（或石墨）碳棒（或石墨）阳极阳极c 例例4.现代社会中铜在电气、交通、机械和冶金、能源及石化工业、高科技等现代社会中铜在电气、交通、机械和冶金、能源及石化工业、高科技等领域有广泛的应用。某铜矿石含氧化铜、氧化亚铜、三氧化二铁和脉石领域有广泛的应用。某铜矿石含氧化铜、氧化亚铜、三氧化二铁和脉石（Si02) ，现采用酸浸法从矿石中提取铜，其工艺流程图如下。其中铜的萃，现采用酸浸法从矿石中提取铜，其工艺流程图如下。其中铜的萃取（铜从水层进人有

56、机层的过程）和反萃取（铜从有机层进人水层的过程）取（铜从水层进人有机层的过程）和反萃取（铜从有机层进人水层的过程）是现代湿法炼铜的重要工艺手段。是现代湿法炼铜的重要工艺手段。已知：已知：Cu2O+2H+Cu2+Cu + H2O；当矿石中三氧化二铁含量太低时，可用当矿石中三氧化二铁含量太低时，可用硫酸和硫酸铁的混合液浸出铜；硫酸和硫酸铁的混合液浸出铜；反萃取后的水层反萃取后的水层2是硫酸铜溶液。回答下列问题：是硫酸铜溶液。回答下列问题： (1）矿石用稀硫酸处理过程中发生反应的离子方程式为：）矿石用稀硫酸处理过程中发生反应的离子方程式为：Cu2O+2H+Cu2+Cu + H2O、 、 （写其中（写

57、其中2个）个） (2)“循环循环I”经多次循环后的水层经多次循环后的水层1不能继续循环使用，但可分离出一种重要的硫酸不能继续循环使用，但可分离出一种重要的硫酸盐晶体盐晶体.若水层若水层1暴露在空气中一段时间后，可以得到另一种重要的硫酸盐，写出水暴露在空气中一段时间后，可以得到另一种重要的硫酸盐，写出水层层l暴露在空气中发生反应的离子方程式暴露在空气中发生反应的离子方程式 。(3）写出电解过程中阳极（惰性电极）发生反应的电极反应式）写出电解过程中阳极（惰性电极）发生反应的电极反应式 。 CuO+2H+=Cu2+H2O， Fe2O3+6H+=2Fe3+3H2O， Cu+2Fe3+2Fe2+Cu2+

58、 4OH- -4e-=2H2O+O2 4Fe2+O2+4H+=4Fe3+2H2O 1了解铝的阳极氧化、电镀等金属表面的处理方法。了解氢了解铝的阳极氧化、电镀等金属表面的处理方法。了解氢氟酸蚀刻玻璃、氯化铁制作电子线路板的化学原理。氟酸蚀刻玻璃、氯化铁制作电子线路板的化学原理。2了解改变材料组成、提高材料纯度的方法。了解粗硅的提了解改变材料组成、提高材料纯度的方法。了解粗硅的提纯，了解光纤、纳米材料。纯，了解光纤、纳米材料。 3、了解复合材料的组成、性能特点及其应用。、了解复合材料的组成、性能特点及其应用。案例案例2：铝的阳极氧化：铝的阳极氧化步骤：步骤：1.1.表面预处理：表面预处理：把铝片浸

59、入热的把铝片浸入热的16%氢氧化钠溶液半分钟，氢氧化钠溶液半分钟， 目的是目的是 ；洗去油污，去除表面的氧化膜洗去油污，去除表面的氧化膜（清除制品表面的自然氧化膜清除制品表面的自然氧化膜及轻微的划擦伤及轻微的划擦伤）2.阳极氧化：阳极氧化：准备好电解装置，使阴阳电极间距约为准备好电解装置，使阴阳电极间距约为2cm，迅速将，迅速将铝片浸入溶液，浸入部分约为全部的铝片浸入溶液，浸入部分约为全部的2/3，通电约为，通电约为25min；3.洗涤：洗涤：断开电路，取出铝片。用断开电路，取出铝片。用1%氨水中和表面的酸溶液，再氨水中和表面的酸溶液，再用水冲洗干净。用水冲洗干净。4.着色、封闭：着色、封闭：

60、把铝片进入茜素溶液把铝片进入茜素溶液23min，取出后用水，取出后用水冲洗，再放入沸水中浸煮冲洗，再放入沸水中浸煮5min。5.干燥：干燥：取出铝片，擦干。观察铝片表面的颜色。取出铝片，擦干。观察铝片表面的颜色。茜素是一种有机染茜素是一种有机染料，这是金属表面料，这是金属表面处理后的着色过程。处理后的着色过程。思考为何在金属表思考为何在金属表层能进行着色。什层能进行着色。什么原因么原因?沸水中，氧化膜发生水化，体积膨胀，其中的微孔被挤紧堵塞。沸水中，氧化膜发生水化，体积膨胀，其中的微孔被挤紧堵塞。由于氧化膜孔层具有很强的吸附性能可吸附由于氧化膜孔层具有很强的吸附性能可吸附色素将膜染成各种颜色。