2018届高考一轮复习人教版化学与技术第2节化学与资源开发利用教学案 8页

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 ‎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 分馏 常压 利用烃的沸点不同，将其分离成沸点不同的产物 物理 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．(2012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．(2012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．(2012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 ‎①④‎ 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2‎ ‎①③⑤‎ 即时训练3‎ ‎②④⑤‎ 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＋‎