志鸿优化设计高考化学人教版一轮复习教学案选修二化学与技术化学与资源开发利用

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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。‎ 一、获取洁净的水[来源:1]‎ ‎1．天然水的净化——混凝法 ‎(1)概念：加入______，形成____吸附天然水中的______和______聚集成较大颗粒而沉淀，然后过滤除去的方法。‎ ‎(2)常见混凝剂：______、硫酸铝、聚合铝、硫酸亚铁、硫酸铁等。‎ ‎(3)混凝法净水流程：______―→______―→______。‎ ‎2．硬水的软化 ‎(1)分类 硬水：含有__________和__________较多的天然水。‎ 软水：含有________和________较少或不含的天然水。‎ ‎(2)硬度的划分　‎ 暂时硬度：水的硬度由__________或__________引起；‎ 永久硬度：由________________________等引起。‎ ‎(3)硬水的软化方法 ‎①加热法：‎ 原理(用化学方程式表示)：_____________、_____________、______________。‎ 适用范围：________________________。‎ ‎②药剂法：常用药剂__________________和______等。‎ 流程：‎ 原理：HCO＋OH－===CO＋H2O、Ca2＋＋CO===______________、Mg2＋＋OH－===________________。‎ 适用范围：__________________。‎ 特别提示：药剂法软化硬水必须注意加入试剂的先后顺序，为使离子沉淀完全，所加入的试剂必须过量，过量的试剂Ca2＋也必须除去，所以Na2CO3应在Ca(OH)2之后。‎ ‎③离子交换法：‎ 利用交换剂中的______与水中Ca2＋和Mg2＋发生交换使水软化。离子交换剂常用NaR、HR表示。离子交换剂使用一段时间后失去交换能力，可以利用食盐水使NaR型离子交换剂发生逆交换，重新恢复交换能力，这个过程叫做__________。‎ ‎3．污水处理 ‎(1)基本流程 ‎(2)污水处理常用的化学方法 ‎①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↓。‎ ‎4．海水淡化 海水淡化的方法有：________、__________等。‎ 即时训练1 下列说法中错误的是______。‎ ‎①混凝法可以除去水中的钙、镁离子，且能杀菌消毒 ‎②明矾净水和绿矾净水原理相同，均是利用了胶体的吸附性 ‎③烧水时形成水垢是由水的暂时硬度引起的 ‎④除去水中的永久硬度只能用药剂沉淀法 ‎⑤海水淡化中蒸馏法与电渗析法均属于物理变化 ‎⑥废水中的重金属Hg2＋、Pb2＋、Cu2＋均可以用沉淀法(Na2S)除去 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。‎ ‎(2)原理 氯碱工业的生产原理用化学方程式表示为：______________________。‎ ‎(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。‎ ‎(4)粗盐的精制 ‎①目的：除去泥沙，使Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO等离子的含量达到要求。‎ ‎②原因：Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等在碱溶液中形成沉淀，破坏离子交换膜。‎ ‎③试剂：______________________________________。‎ 用BaCl2除去SO，用NaOH除去Mg2＋、Fe3＋，用Na2CO3除去Ba2＋及Ca2＋，所加沉淀剂需稍过量。‎ 试剂的加入顺序：纯碱需在钡试剂后加，稀盐酸在过滤后加。‎ ‎④有关反应的离子方程式：‎ Ba2＋＋SO===BaSO4↓‎ Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓‎ Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓‎ Ca2＋＋CO===CaCO3↓‎ Ba2＋＋CO===BaCO3↓‎ CO＋2H＋===H2O＋CO2↑‎ ‎(5)产品 ‎①阳极室产品：______，补充__________流出______。‎ ‎②阴极室产品：氢气和NaOH，补充纯水(加入一定量NaOH稀溶液)流出NaOH浓溶液。‎ ‎2．从海水中提取溴单质 ‎(1)工艺流程 ‎(2)反应原理 Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2‎ 或 ‎3．从海水中提取镁单质 ‎(1)工艺流程 ‎(2)主要化学反应 ‎①制备石灰乳：________________________，________________________；‎ ‎②沉淀Mg2＋：______________________________；‎ ‎③制备MgCl2：________________________________；‎ ‎④电解MgCl2：______________________________。‎ ‎(3)生产中应用的平衡原理 ‎①沉淀溶解平衡原理 a．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。‎ b．向Mg(OH)2沉淀中加入盐酸，使沉淀溶解平衡右移。‎ ‎②水解平衡原理 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，增大了c(HCl)，抑制了MgCl2的水解，避免了Mg(OH)2‎ 的生成。‎ 即时训练2 下列说法中错误的是________。‎ ‎①只要是海边均可以建造盐场 ‎②电渗析法可淡化海水 ‎③电解饱和食盐水，从阳极区得到NaOH溶液 ‎④电解饱和食盐水中用到的离子交换膜，只允许阳离子通过 ‎⑤海水中提取食盐、镁、溴均涉及氧化还原反应 ‎⑥海水中提取溴、镁最主要的步骤是溴、镁的富集 三、石油、煤、天然气的综合利用 ‎1．石油的炼制 炼制方法 原理 变化 主要原料 主要产品[来源:学#科#网Z#X#X#K]‎ 分馏 常压[来源:学§科§网][来源:学_科_网]‎ 利用烃的沸点不同，将其分离成沸点不同的产物 物理[来源:Zxxk.Com]‎ 变化 原油 液化石油气、汽油、煤油、柴油、重油等 减压 重油 柴油、润滑油、燃料油、石蜡、沥青等 裂化 在一定条件下，使长链烃断裂为短链烃 化学 变化 重油、石蜡等 汽油、煤油、柴油等轻质油 裂解 深度裂化(更高温度下的裂化)‎ 化学 变化 石油分馏产物(包括石油气)‎ 主要是乙烯、丙烯、丁烯、甲烷等 ‎2．煤的综合利用 原理 产品 干馏 将煤隔绝空气加强热使其分解 焦炭、煤焦油、焦炉气 气化 把煤中的有机物转化为可燃性气体 CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体 液化 直接液化 高温、高压和有催化剂条件下，与溶剂混合，使煤与H2作用生成液体燃料 优质汽油、柴油、芳香烃和副产物燃料气、液化石油气等 间接液化 把煤转化成CO和H2，经催化合成烃类燃料、醇类燃料(如CH3OH)等 合成汽油、甲醇等 ‎3．煤化工和天然气化工的发展——一碳化学 ‎(1)煤气化 ‎2C‎＋O22CO C＋H2OCO＋H2‎ CO＋H2OH2＋CO2‎ ‎(2)天然气的重整 CH4＋H2OCO＋3H2‎ 即时训练3 下列说法中错误的是______。‎ ‎①石油分馏是物理变化 ‎②煤的干馏是物理变化 ‎③石油的裂化是化学变化，主要是为了提高轻质油的产量 ‎④石油裂解主要是为了得到苯 ‎⑤一碳化学就是有关CO的化工 ‎⑥天然气化工属于一碳化工 一、水的净化与污水处理 所谓硬水，就是含有大量钙、镁离子的水。水中含钙盐和镁盐等矿物质成分越多，水的硬度越大。如果水的硬度是由Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2所引起的，称为暂时硬度，如果水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物等引起的，称为永久硬度。天然水同时具有两种硬度。‎ 污水处理的技术较多，可分为物理法、生物法、化学法等。水中的悬浮物可用混凝法除去，水中的其他可溶物可用化学法，如酸碱中和法、重金属离子沉淀法等。‎ ‎【例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)，其净水作用的原理是___________________________________________________；‎ ‎(3)水的净化与软化的区别是_______________________________________________；‎ ‎(4)硬度为1°的水是指每升水含10 mg CaO或与之相当的物质(如7.1 mg MgO)。若某天然水中c(Ca2＋)＝1.2×10－3 mol·L－1，c(Mg2＋)＝6×10－4 mol·L－1，则此水的硬度为________；‎ ‎(5)若(4)中的天然水还含有c(HCO)＝8×10－4 mol·L－1，现要软化‎10 m3‎这种天然水，则需先加入Ca(OH)2________ g，后加入Na2CO3________ g。‎ 二、海水的综合利用 ‎【例2】工业上对海水资源综合开发利用的部分工艺流程如下页图所示。‎ ‎(1)电解饱和食盐水常用离子膜电解槽和隔膜电解槽。离子膜和隔膜均允许通过的分子或离子是____________。电解槽中的阳极材料为__________________。‎ ‎(2)本工艺流程中先后制得Br2、CaSO4、Mg(OH)2，能否按Br2、Mg(OH)2、CaSO4的顺序制备？____________，原因是________________________。‎ ‎(3)溴单质在四氯化碳中的溶解度比在水中大得多，四氯化碳与水不互溶，故可用于萃取溴，但在上述工艺中却不用四氯化碳，原因是________________________________。‎ ‎1．(2019海南化学，20Ⅰ)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．硫化氢气体 C．硫酸钠溶液 D．纯碱溶液 ‎2．(2019山东理综，31)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。‎ ‎3．(2019浙江理综自选模块)(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＋、SO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：‎ 成分 NaCl Mg(OH)2‎ CaCO3‎ BaSO4‎ 其他不溶于酸的物质 质量分数(%)‎ ‎15～20‎ ‎15～20‎ ‎5～10‎ ‎30～40‎ ‎10～15‎ 为了生产七水硫酸镁，设计了以下工艺流程：‎ 生产七水硫酸镁工艺流程图 ‎1—反应器　2—过滤器　3—蒸发浓缩器　4—结晶槽　5—洗涤槽　6—真空干燥器 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______________________________________。‎ ‎4．随着现代科学的不断发展，生产和生活所需淡水日益增多，甚至超过人类所能支配的淡水量，使地球上淡水资源发生危机，这就把海水淡化问题提到了科学家的面前。磺化煤(代表式NaR)是一种钠型离子交换树脂，它能使海水中的Ca2＋、Mg2＋交换除去。现代海水的淡化方法：使海水按顺序通过两种离子交换树脂，其流程如图所示。‎ ‎(1)最早用于海水淡化的方法是蒸馏法，其原理是________________________________ _____________________________________________________________________________。‎ ‎(2)现有氢型阳离子交换树脂(HR)和羟型阳离子交换树脂(ROH)，则离子交换柱中应分别装入的离子交换树脂(填其代表式)为：A柱______，B柱______。‎ ‎(3)说明按上述顺序装柱的理由是_______________________________________________ _________________________________________________________________________。‎ ‎(4)铀是核反应最重要的燃料，其提炼技术直接关系着一个国家核工业或核武器的发展水平，海水中铀以UCl4形式存在，每吨海水只含3.3毫克铀，海水总量极大，铀总量相当巨大。不少国家正在探索海水提铀的方法。现在，已经研制成功一种螯合型离子交换树脂，它专门吸附海水中的铀，而不吸附其他元素。其反应原理为__________________________(树脂用HR代替)，发生离子交换后的离子交换膜用酸处理还可再生并得到含铀的溶液，其反应原理为________________________________________________________________________。‎ 参考答案 基础梳理整合 一、1.(1)混凝剂　胶体　悬浮物　胶体　‎ ‎(2)明矾　‎ ‎(3)混凝沉淀　过滤　杀菌 ‎2．(1)Ca2＋　Mg2＋　Ca2＋　Mg2＋　‎ ‎(2)Ca(HCO3)2　Mg(HCO3)2　钙、镁的硫酸盐或氯化物 ‎(3)①Ca(HCO3)2CaCO3↓＋H2O＋CO2↑　Mg(HCO3)2MgCO3↓＋H2O＋CO2↑　MgCO3＋H2O△,Mg(OH)2＋CO2↑　只能软化暂时硬度的水　②纯碱　生石灰　CaCO3↓　Mg(OH)2↓　暂时硬水和永久硬水　③阳离子　再生　‎ ‎4．蒸馏法　电渗析法 即时训练1‎ 二、1.(1)阳 ‎(2)2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑　‎ ‎(3)过滤　Ca2＋、Mg2＋　‎ ‎(4)BaCl2、NaOH、Na2CO3、稀盐酸　‎ ‎(5)氯气　精制饱和食盐水　淡盐水 ‎3．(2)CaCO3CaO＋CO2↑　CaO＋H2O===Ca(OH)2　Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋Ca2＋　Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O　MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑‎ 即时训练2‎ 即时训练3‎ 核心归纳突破 ‎【例1】 答案：(1)O2　CO2‎ ‎(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，可吸附天然水中悬浮物并破坏天然水中胶体杂质的稳定性，使其聚沉，达到净化目的 ‎(3)水的净化是用混凝剂(如明矾等)将水中胶体及悬浮物沉淀下来，而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子 ‎(4)10°‎ ‎(5)740　1 484‎ ‎【例2】 答案：(1)阳离子(或Na＋)　钛(或石墨)‎ ‎(2)否　如果先沉淀氢氧化镁，则沉淀中会夹杂有硫酸钙沉淀，产品不纯净 ‎(3)四氯化碳萃取法工艺复杂、设备投资大；经济效益低、环境污染严重 演练巩固提升 ‎1．AC ‎2．答案：(1)分馏塔　连续 ‎(2)催化裂化　轻质燃料油(或汽油)‎ ‎(3)硫(S)　浮动 ‎(4)催化剂　氢气(H2)‎ ‎3．答案：(1)氯气、烧碱、氢气(只写出氯气、烧碱也可)‎ ‎(2)D ‎(3)(稀)硫酸 搅拌过程中CO2不断逸出，使平衡 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 ‎4．答案：(1)蒸馏原理，即利用加热海水时，盐不挥发而留在残余物中，水蒸气经冷凝而得淡水 ‎(2)HR　ROH ‎(3)若在A中装ROH，则海水先通过ROH，溶液中就会有较多的OH－与海水中的阳离子Mn＋反应生成M(OH)n沉淀，造成堵塞现象；而在A中装HR，在B中装ROH，海水通过A中生成的H＋与B中生成的OH－中和，生成水而呈中性 ‎(4)4HR＋U4＋===UR4＋4H＋　UR4＋4H＋===4HR＋U4＋‎