高三人教版化学一轮复习课件21.46化学与资源开发利用 101张

第二十一章化学与资源开发利用

学案46化学与资源开发利用1共106页轻松学教材2共106页一､从水资源中获取洁净水的主要方法和原理1.天然水净化(1)混凝法①一般过程:混凝沉淀､过滤､杀菌｡②常用的混凝剂:明矾､绿矾､聚合铝､硫酸铁等｡③明矾净水反应原理:离子方程式为3共106页

(2)化学软化法①具有暂时硬度的水:水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2所引起的｡常用软化方法为加热法,反应原理为4共106页②具有永久硬度的水:水的硬度是由钙､镁的硫酸盐或氯化物所引起的,常用软化方法为药剂法和离子交换法｡a.药剂法:把纯碱､生石灰等试剂加入到硬水中,与Ca2+､Mg2+反应形成沉淀,分离｡b.离子交换法:用离子交换剂除去硬水中的Ca2+､Mg2+｡如用离子交换树脂软化水的过程为2NaR+Ca2+===CaR2+2Na+,2NaR+Mg2+====MgR2+2Na+｡而离子交换树脂的再生(用离子方程式表示)为CaR2+2Na+===2NaR+Ca2+｡5共106页2.污水处理(1)酸碱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｡(2)沉淀法Hg2+､Pb2+､Cu2+等重金属离子可用Na2S除去,反应的离子方程式为Hg2++S2-===HgS↓,Pb2++S2-===PbS↓,Cu2++S2-===CuS↓｡3.海水淡化常用方法为蒸馏法､电渗析法等｡6共106页二､海水中盐的开发和利用1.海水制盐(1)利用蒸发法,从海水中主要获得氯化钠及氯化镁､氯化钾等副产品｡(2)电渗析法､冷冻法不仅能制得盐,同时还可得到淡水｡2.氯碱工业——食盐资源的利用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Na+通过｡(2)原理:化学方程式为｡7共106页(3)工艺流程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｡(4)产品阳极室产品:氯气,补充饱和食盐水流出淡盐水｡阴极室产品:氢气和NaOH,补充纯水(加入一定NaOH溶液)流出NaOH溶液｡

8共106页3.粗盐的精制(1)目的:除去泥沙,使Ca2+､Mg2+､Fe3+､等离子的含量达到要求｡(2)原因:Ca2+､Mg2+等会在碱溶液中形成沉淀,破坏离子交换膜,泥沙及会引起杂质｡(3)试剂:BaCl2､Ca(OH)2､Na2CO3､稀盐酸｡用BaCl2除去,用Ca(OH)2除去Mg2+､Fe3+,用Na2CO3除去Ba2+及Ca2+,所加沉淀剂需过量｡试剂的加入顺序:纯碱须加在钡试剂后,稀盐酸加在过滤后｡9共106页(4)有关反应方程式:10共106页三､海水提取溴的原理探究1.工艺流程11共106页2.主要反应原理:Cl2+2Br-===Br2+2Cl-3.溴的吸收富集(1)纯碱吸收法:海水中的溴离子被氧化为溴单质后,用热空气或水蒸气吹出,通过Na2CO3溶液使溴富集后,再将得到的溶液用稀硫酸酸化,用有机溶剂萃取溴单质｡发生的反应:3Br2+3Na2CO3===5NaBr+NaBrO3+3CO2↑5NaBr+NaBrO3+3H2SO4===3Br2+3Na2SO4+3H2O12共106页(2)SO2吸收法:用空气吹出的溴和大量的空气混合在一起,不易分离,用还原剂SO2吸收后,再用氯气氧化HBr即得到溴单质｡特别提醒:①通氯气前要将海水酸化,pH为3.5时,氯气的氧化效果最好｡②用空气或H2O(g)将溴吹出,而不用CCl4萃取,因后者工艺复杂,设备投资大,经济效益低且对环境污染严重｡13共106页四､海水提取镁工艺流程和化学平衡原理的应用1.生产步骤(1)加熟石灰;(2)过滤;(3)加盐酸;(4)浓缩结晶脱水干燥;(5)熔融电解｡2.工艺流程14共106页3.主要化学反应(1)制备石灰乳15共106页4.工业生产中平衡原理的应用(1)沉淀溶解平衡原理的应用①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,可最大程度地将Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀｡②向Mg(OH)2沉淀中加入盐酸,使沉淀溶解平衡右移｡16共106页

(2)水解平衡原理的应用在MgCl2·6H2O脱水变为MgCl2时,由于MgCl2+2H2OMg(OH)2+2HCl水解平衡的存在,在HCl气体环境中,增大c(OH-),抑制了MgCl2的水解,避免了Mg(OH)2的生成｡17共106页特别提醒:①为提高反应中Mg2+的浓度,将海水浓缩或用提取食盐后的盐卤｡②电解熔融MgCl2生成的Cl2可用于制盐酸,循环使用,节省成本｡③所得Mg(OH)2沉淀中含有的CaSO4杂质在加盐酸前应除去,以保证MgCl2的纯度｡18共106页五､石油､煤､天然气的综合利用1.石油和天然气(1)石油的综合利用①石油的分馏,分为常压分馏和减压分馏｡②石油的催化裂化:如十六烷裂化｡③石油的裂解:如己烷裂解｡19共106页

(2)天然气的综合利用除了直接用作燃料外,还可以制造合成氨原料气(H2),合成甲醇及其他化工原料｡例如:天然气重整的方程式｡20共106页2.裂化､裂解的对比(催化)裂化裂解含义通过催化剂､高温,使含碳原子数多､沸点低的大分子碳链断裂,生成小分子碳链烃的过程链烃断裂成短链､不饱和烃的过程目的提高轻质油,特别是汽油的产量和质量获得有机化工原料,特别是提高乙烯的产量原料减压分馏后的重油､石蜡等石油分馏的馏分21共106页22共106页3.煤的综合利用(1)煤的干馏:将煤隔绝空气加强热,使之分解的过程,得到的固体物质焦炭､液态物质煤焦油､粗氨水,气态物质焦炉气,成分为H2､CH4､CO､CO2､N2等｡(2)煤的气化:是把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程｡23共106页

(3)煤的液化①直接液化:煤与氢气作用生成液体燃料｡②间接液化:先把煤转化成CO和H2,再催化合成烃类燃料､醇燃料及化学品等｡24共106页体验热身25共106页1.下列叙述正确的是()①海水中含有大量的Br-,所以从海水中提取溴一般要经历浓缩和提取两个步骤②铝是一种比较活泼的金属,所以铝合金制品易被腐蚀③在煤中加入适量的生石灰,可以减少煤燃烧时二氧化硫的排放④制造玻璃的主要原料是纯碱､石灰石和石英A.②③B.②④C.①③D.③④26共106页答案:D解析:海水中提取Br2要经历富集､氧化､萃取等,①错;铝在常温下易形成一层致密的氧化膜,不易被腐蚀,②错;根据钙基固硫,加入适量CaO可吸收SO2,减少污染,故选③④,D项正确｡27共106页2.某工厂排放的酸性废水中含有较多的Cu2+,对农作物和人畜都有害,欲采用化学法除去有害成分,最好是加入下列物质中的()A.食盐､硫酸B.胆矾､石灰水C.铁粉､生石灰D.苏打､盐酸答案:C28共106页解析:铁粉能除去Cu2+,生石灰能中和H+且能沉淀Fe3+｡A项中增加废水的酸性,且不能除去Cu2+,B项中增加废水中的Cu2+,D项中增加废水的酸性｡29共106页3.我国实施的“南水北调”工程是为了解决北方地区长期缺水的状况,在这项工程完成之前北方的许多地区使用的是地下水,而地下水中含有较大量的Ca2+､Mg2+等｡科学上把含有较多Ca2+､Mg2+的水称为硬水｡30共106页(1)将硬水中所含Ca2+､Mg2+､等除去的方法是加入生石灰生成Ca(OH)2,进而发生若干复分解反应,在沉降池中所得沉淀的主要成分为__________和__________(填化学式)｡(2)FeSO4·7H2O是常用的凝聚剂,它在水中最终生成Fe(OH)3胶体沉淀｡凝聚剂除去悬浮固体颗粒起到净水作用的过程中__________(填编号)｡①发生水解

②发生氧化还原反应

③发生胶体的聚沉

Mg(OH)2

CaCO3

①②③31共106页(3)净化后的水要进一步消毒,常用的消毒剂是Cl2｡Cl2消毒的实质是Cl2和水反应生成了__________(填化学式),Cl2与水反应的离子方程式为__________｡(4)由于Cl2与水中的有机物作用会产生对人体不利的物质,所以世界卫生组织要求停止用Cl2对自来水进行消毒,而用其他的代用品,我国已经开始使用ClO2代替Cl2对自来水进行消毒,ClO2和Cl2的消毒效率之比为__________｡(5)从氧化还原反应角度看,下列物质中__________(填编号)可以作为Cl2的代用品｡①Ca(ClO)2②NH2Cl(氯氨)③K2FeO4④SO2⑤Al2(SO4)3HClOCl2+H2O====H++HClO+Cl-

2.63∶1①②③32共106页解析:水是重要的资源,所以有关水的题目也很多｡(1)从溶解度角度可以得出沉淀是Mg(OH)2､CaCO3;(2)FeSO4·7H2O是常用的凝聚剂,其净水的过程发生了水解､氧化还原反应､胶体的聚沉等;(3)消毒剂Cl2的消毒作用主要是因为Cl2与水反应的产物中有HClO,Cl2+H2O===HCl+HClO;(4)使用ClO2代替Cl2对自来水进行消毒,ClO2和Cl2的消毒效率之比为;(5)一般具有强氧化性､与水反应的产物对人体等没有影响的试剂都可以作水的消毒剂,如选项中的①②③｡33共106页4.气化和液化是使煤变成清洁能源的有效途径｡煤的气化的重要反应是:和H2的混合气体是合成多种有机物的原料气｡下图是合成某些物质的路线:34共106页其中,D易溶于水,且与CH3COOH互为同分异构体,F分子中的碳原子数是D中的3倍,H经催化氧化可得到G｡请回答下列问题:(1)写出下列物质的结构简式:A____________________,H______________;指出A和H的关系:____________________｡CH3OH

CH3CH2CH2CH2OH

同系物35共106页

(2)利用合成气(H2+CO)生产汽油､甲醇和氨等已经实现了工业化,合成气也可合成醛､酸､酯等多种产物,下列表述正确的是__________｡①以合成气为原料的反应都是化合反应②改变合成气中CO与H2的体积比,可得到不同的产物③合成气的转化反应需在适当的温度和压强下通过催化完成④从合成气出发生成气态烃或醇类有机物是实现“煤变油”的有效途径⑤以合成气为原料的反应产物中不可能有烯烃或水A.①②④B.②③④C.②④⑤D.③④⑤B36共106页

(3)写出下列反应的化学方程式::_______________________________________________________________;②D与新制氢氧化铜加热:__________________________________________________________｡37共106页解析:本题以能源为载体考查烃的衍生物的性质,命题着眼点在于煤的气化和液化,同时它又结合有机化学反应类型,要求整合新信息得出结论｡(1)由题图知,A经两次催化氧化得到C,则A为CH3OH;B为HCHO,C为HCOOH,且H应为CH3CH2CH2CH2OH,G为CH3CH2CH2CHO,D的分子式为C2H4O2,易溶于水,说明不是酯,则D为HOCH2CHO,E为HOCH2—CH2OH,F为CH3COOCH2—CH2OOCCH3｡(2)依题意,CO和H2可合成汽油,汽油是烃类,所以必然生成水,不是化合反应,①和⑤都不正确｡38共106页重点探究39共106页平衡移动原理在工业生产中的应用1.沉淀溶解平衡原理(1)沉淀的转化①加热法转化暂时硬水时所得产物为CaCO3和Mg(OH)2,而不是CaCO3和MgCO3反应:,但因为Mg(OH)2的溶解度远小于MgCO3,因此加热条件下又发生反应.②向海水中加入沉淀剂石灰乳,因为Mg(OH)2溶解度小于Ca(OH)2,所以Ca(OH)2会转化为Mg(OH)2｡40共106页

(2)沉淀的溶解向Mg(OH)2中加入盐酸,使Mg(OH)2的溶解平衡向溶解的方向移动｡2.水解平衡原理因MgCl2溶液浓缩结晶产物为MgCl2·6H2O,若直接加热,则因为促进MgCl2水解,MgCl2+2H2OMg(OH)2+2HCl,水解平衡右移,使MgCl2不纯净,因此,在HCl气氛中,增大了c(HCl),抑制了MgCl2的水解｡41共106页命题聚焦42共106页聚焦1氯碱工业粗盐的精制【例1】氯碱工业中用离子交换膜法电解制碱的主要生产流程示意图如下:43共106页依据上图完成下列填空:(1)与电源正极相连的电极上所发生的反应的化学方程式为______________________,与电源负极相连的电极附近,溶液的pH__________(填“不变”“升高”或“降低”)｡2Cl--2e-===Cl2↑

升高44共106页

(2)工业食盐中含Ca2+､Mg2+､等杂质,为有效除去它们,加入试剂的合理顺序为__________｡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Na2CO3bc45共106页(3)如果粗盐中含量较高,必须添加钡试剂除去,该钡试剂是否添加过量的判断方法是____________________________________｡(4)脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异,通过蒸发､冷却､__________(填写操作名称)除去NaCl｡(5)由图示可知用离子交换膜法电解制碱工艺中,__________产品可循环使用｡(6)已知NaCl在60℃时的溶解度为37.1g,现电解60℃时的粗制饱和食盐水1371g,经分析,电解后溶液密度为1.37g·cm-3,其中含有20gNaCl,则电解后NaOH的物质的量浓度为__________mol·L-1｡

静置后取上层清液(或直接向上层清液)继续加入钡试剂,若溶液变浑浊则证明钡试剂不足,若溶液无明显变化则证明钡试剂已经过量过滤NaCl(或淡盐水)7.1446共106页解析:在电解饱和NaCl溶液时,电解池阴极附近溶液的pH会升高的原因是:电解时,Na+､H+在阴极放电:2H++2e-===H2↑,而H+在阴极不断放电打破了水的电离平衡,使阴极附近溶液中c(OH-)增大,故电解一段时间后阴极生成NaOH｡离子交换膜法电解制碱技术同以前无隔膜法相比,避免了因Cl2进入阴极区与NaOH溶液接触发生如下发应:Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O,影响产品的质量｡47共106页方法归纳:氯碱工业是传统化工的重要内容,其主要产品有氯气､氢气､盐酸和烧碱,如今科学的发展赋予氯碱工业新的内容｡化工生产相关问题的考查点主要还是基本原理,复习过程中要注意从工艺流程中提取出相关物质的物理､化学性质,尤其是与该生产工艺相关的性质,如制备､分离提纯､尾气处理等所用到的性质｡要注重理解生产工艺中一些流程､操作的原理｡48共106页聚焦2海水提取镁工艺流程的化学平衡原理【例2】海水中含有丰富的化学元素,下面是某化工厂从海水中提取NaCl､Mg(以MgCl2形式存在)和Br2(以NaBr的形式存在)及综合利用的生产流程简图:49共106页请回答:(1)Mg(OH)2中加入盐酸后,要获得MgCl2·6H2O晶体,需要进行的实验操作依次为__________｡a.蒸馏b.灼烧c.过滤d.蒸发e.冷却结晶(2)利用MgCl2·6H2O可制得无水氯化镁,应采取的措施是________________________｡ec在HCl气流中加热脱水50共106页(3)目前工业上主要采用离子交换膜法电解饱和食盐水,下列关于离子交换膜电解槽的叙述错误的是________｡a.精制饱和食盐水进入阳极室b.纯水(加一定量NaOH)进入阴极室c.阴极产物为氢氧化钠和氢气d.阳极的电极反应为:Cl2+2e-===2Cl-d51共106页

(4)母液中常含有MgCl2､NaCl､MgSO4､KCl等(其溶解度与温度的关系如图所示),可进一步加工制得一些重要的产品｡若将母液加热升温到60℃以上,随着水分的蒸发,会逐渐析出晶体,此晶体的主要成分是________;过滤上述晶体后,将滤液降温到30℃以下,又逐渐析出晶体,用一定量的冷水洗涤该晶体,最后可得到比较纯净的________晶体｡MgSO4､NaCl

KCl52共106页解析:(1)Mg(OH)2中加入盐酸后,要获得MgCl2·6H2O晶体,考虑MgCl2水解的因素,可以采取降温结晶方法｡(2)为防止MgCl2水解,必须在HCl气流中加热脱水｡(3)离子交换膜电解槽的阳极为金属钛网制成的｡(4)由溶解度曲线可知,MgCl2､KCl随温度升高溶解度增大较多,而MgSO4随温度升高溶解度减小,NaCl随温度升高溶解度变化不大｡因此在60℃以上析出的晶体主要是MgSO4､NaCl,30℃以下析出的晶体主要是MgCl2和KCl,用冷水洗涤该晶体,由于MgCl2的溶解度较大,最后可得到比较纯净的KCl晶体｡53共106页方法归纳:通过图像考查考生的实验分析能力是高考的要求,本题一方面考查对氯碱工业相关实验的熟悉程度,另一方面还注重考查学生对图像的分析能力,符合现代高考对考生能力的要求｡54共106页聚焦3化石燃料的开发､利用【例3】(2008年潍坊)从原料和环境方面的要求看,绿色化学对生产中的化学反应提出了一个高原子利用率的要求,即尽可能不采用那些对产品的化学组成来说没有必要的原料｡现有下列3种合成苯酚的反应路线:55共106页56共106页其中符合原子节约要求的生产过程是()A.只有①B.只有②C.只有③D.①②③解析:只有③直接氧化,一步反应,产率高,且得到苯酚和另一种重要的有机化工原料丙酮｡答案:C57共106页方法归纳:绿色化学是一种始端处理技术｡简单说就是绿色原料､绿色工艺､绿色产物,总之我们尽可能选择无污染或少污染的原料､溶剂､催化剂及无污染工艺,从源头防止或减少环境污染｡58共106页高效作业59共106页1.目前下列工艺过程没有直接使用离子交换技术的是()A.硬水的软化B.电解饱和食盐水制造NaOHC.电渗析淡化海水D.海水中提取金属Mg答案:D60共106页解析:硬水的软化､电解饱和食盐水制NaOH､电渗析淡化海水均使用离子交换技术;海水提取镁,使其发生反应Ca(OH)2+MgCl2[FY=]Mg(OH)2↓+CaCl2,再过滤得Mg(OH)2,最终制得Mg,没有使用离子交换技术｡61共106页2.下列各工业生产中,石灰石､生石灰､熟石灰都不能作为原料的是()①炼铁②用生铁炼钢③从海水中提取镁④铝的冶炼⑤制水泥⑥制玻璃⑦制漂白粉⑧制硫酸A.④⑧B.⑤⑥C.①②③D.⑤⑥⑦62共106页答案:A解析:①炼铁中加石灰石造渣,②炼钢中加生石灰除硅､锰,③提取镁用熟石灰沉淀Mg2+,⑤制水泥的主要原料是石灰石和黏土,⑥制玻璃的主要原料是碳酸钠､石灰石和二氧化硅,⑦制漂白粉用熟石灰和Cl2反应｡故选A｡63共106页3.工业上获得苯主要通过()A.煤的干馏B.石油常压分馏C.石油减压分馏D.石油催化裂化答案:A解析:煤通过干馏得到煤焦油,在煤焦油中含有多种芳香族化合物,从中可以得到苯｡石油分馏得到含碳原子数不一的烷烃混合物,得不到苯｡石油催化裂化主要得到含不饱和烃的汽油｡故选A｡64共106页4.下列说法中,不正确的是()A.煮沸暂时硬水时,水的硬度一定降低B.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C.永久硬水主要是由含有Ca2+､Mg2+的硫酸盐和氯化物形成的,加热煮沸是不能软化的D.如果用HR型离子交换树脂软化硬水,则发生的交换反应可以表示为Ca2++2HR===CaR2+2H+答案:B65共106页解析:水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起的,称为暂时硬水,可通过加热煮沸方法进行软化｡水的硬度是由Ca2+､Mg2+的硫酸盐或氯化物引起的,称为永久硬水,加热煮沸不能软化,可通过药剂法[加入Na2CO3､Ca(OH)2]及离子交换法(如Ca2++2HR===CaR2+2H+)进行软化,B项中加入Ca(OH)2,只能除去Mg2+,再加入Na2CO3才能除去Ca2+,故B项错｡66共106页5.用高铁酸钠(Na2FeO4)对来自河湖的淡水消毒是城市饮用水处理新技术,下列对Na2FeO4用于饮用水消毒和净化处理的优点分析正确的是()A.Na2FeO4在溶液中显强碱性,能消毒杀菌B.Na2FeO4的还原产物是Fe3+,易水解生成Fe(OH)3,可使水中悬浮物凝聚沉降C.Na2FeO4的还原产物是Fe2+,易水解生成Fe(OH)2,可使水中悬浮物凝聚沉降D.Na2FeO4中的Fe元素为+6价,具有强氧化性,能消毒杀菌答案:BD67共106页解析:Na2FeO4中Fe元素显+6价,处于最高价具有强氧化性,所以能杀菌,且还原产物为Fe3+,由于Fe3++3H2OFe(OH)2(胶体)+3H+,Fe(OH)3胶体具有净水作用｡68共106页6.如何从石油获取更多的轻质燃油一直是化学家探索的课题,将石油分馏得到的重油进行裂化可以获得更多的轻质燃油｡资料一:石蜡是含有20~30个碳原子的烷烃的混合物,常温下呈固态｡资料二:石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化剂｡某研究性学习小组在实验室中模拟石油的催化裂化,装置如图｡实验过程中可观察到烧瓶Ⅰ中固体石蜡先熔化,试管Ⅱ中有少量液体凝结,试管Ⅲ中酸性高锰酸钾溶液褪色,实验后闻试管Ⅱ中液体气味,具有汽油的气味｡69共106页70共106页

(1)该装置仪器连接的顺序应遵循的原则为__________,为保证实验成功,实验前必须进行的操作是__________,装置中较长导管的作用是__________｡(2)试管Ⅱ中少量液体凝结说明了__________｡(3)试管Ⅲ中溶液褪色说明了____________________｡从下往上,从左到右检验装置的气密性导气､冷凝气体裂化生成了5个碳原子数以上的烃裂化生成了碳原子数小于5的烯烃71共106页

(4)能否用试管Ⅱ中的液体萃取溴水中的溴,理由是________________________________________｡(5)写出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式:________________________________________｡(6)石油裂化的重要意义是__________｡不能,因为裂化产物中有烯烃,易与溴发生加成反应可提高石油产品中轻质燃油,特别是汽油的产量和质量72共106页解析:仪器连接的顺序应遵循从下往上,从左到右的原则,装入药品之前要检验装置的气密性｡依据石油分馏工业的分馏塔原理,设置了长导管,其作用除导气外,兼起冷凝气体的作用;依据催化裂化原理,下列反应皆有可能发生:73共106页74共106页试管Ⅱ中有液体生成,说明生成5个碳原子数以上的烃,因为常温常压下,5个碳原子数以上的烃大都呈液体,试管Ⅲ中KMnO4溶液褪色说明生成常温常压下呈气态的5个碳原子数以下的烯烃;由于裂化产物中有烯烃生成,易与溴发生加成反应,所以不能用来萃取卤素单质;从以上变化可以看出,石油裂化的主要目的是为了获得更多的轻质燃油,特别是汽油的产量和质量｡75共106页7.从石油和煤中可以得到多种