化學與資源開發(fā)

化學與資源開發(fā)第一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日最新展示1.了解化學在水處理中的作用。2.了解海水的綜合利用，了解科學發(fā)展對自然資源利用的作用。3.了解煤、石油和天然氣等綜合利用的意義。4.了解化學對廢舊物資再生與綜合利用的作用。熱點定位1.天然水凈化、污水處理的方法。2.海水中提取溴、鎂的工藝流程。3.氯堿工業(yè)的生產(chǎn)原理及工藝流程。4.石油裂化、裂解的比較，分餾產(chǎn)品及煤的綜合利用。第二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日第三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日一、獲取潔凈的水1．天然水的凈化(1)混凝法天然水中常含有一些懸浮物和膠體，常用加入混凝劑的方法，使細小的懸浮物和膠體凝聚成較大的顆粒而沉淀，再過濾除去。最常用的一種混凝劑是明礬，其在水中發(fā)生電離：KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO，Al3＋與水發(fā)生水解反應生成Al(OH)3：Al3＋＋3H2OAl(OH)3＋3H＋。Al(OH)3在水中以絮狀的膠體形式存在，由于水中的膠體雜質(zhì)一般都帶負電，而Al(OH)3膠體粒子都帶正電，從而使膠體雜質(zhì)聚沉，同時Al(OH)3還能吸附一些懸浮物。第四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日在工業(yè)生產(chǎn)中還常用硫酸鋁、聚合鋁、硫酸亞鐵等作混凝劑。(2)化學軟化法①硬水：含有較多Ca2＋、Mg2＋的水。②暫時硬度：由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起的水的硬度。③永久硬度：由鈣和鎂的硫酸鹽或氯化物引起的水的硬度。第五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日④化學軟化方法a．加熱法只能軟化暫時硬水，其原理為：Ca(HCO3)2 CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，Mg(HCO3)2 MgCO3↓＋CO2↑＋H2O，繼續(xù)煮沸時，MgCO3可轉(zhuǎn)化為更難溶的Mg(OH)2：MgCO3＋H2O Mg(OH)2↓＋CO2↑。第六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日b．藥劑法先加Ca(OH)2，再加Na2CO3。Ca(OH)2可消除水的暫時硬度，還可將Mg2＋引起的永久硬度轉(zhuǎn)化為由Ca2＋形成的硬度，其作用原理如下：Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2===2CaCO3↓＋2H2OMg(HCO3)2＋2Ca(OH)2===2CaCO3↓＋Mg(OH)2↓＋2H2OMgSO4＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaSO4加入純堿的作用是將過量Ca2＋沉淀出來，Ca2＋＋CO===CaCO3↓。第七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日c．離子交換法概念：使離子交換樹脂上的離子與水中的離子交換，除去水中的陰、陽離子的方法。表示方法：nHR＋Mn＋MRn＋nH＋，mROH＋Ym－RmY＋mOH－。樹脂再生：交換完成后的樹脂用酸或堿處理可重新恢復交換能力。第八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日2．污水處理(1)中和法酸性廢水常用熟石灰中和，堿性廢水常用H2SO4或CO2中和。(2)沉淀法Hg2＋、Pb2＋、Cu2＋等重金屬離子可用Na2S除去，反應的離子方程式為Hg2＋＋S2－===HgS↓，Pb2＋＋S2－===PbS↓，Cu2＋＋S2－===CuS↓。3．海水淡化：常用方法為蒸餾法、電滲析法等。第九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日【應用指南】

(1)水垢的主要成分為CaCO3和Mg(OH)2。(2)水的凈化是除去天然水中的懸浮物、細菌等，常用FeCl3、AlCl3、Al2(SO4)3或明礬等易水解的物質(zhì)作凈水混凝劑、用木炭脫色脫臭，飲用水還常用漂白粉、液氯等消毒、殺菌。第十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日 (2009年浙江高考)以下是與綠色化學、環(huán)境保護和人類健康息息相關(guān)的三個主題，請根據(jù)已知信息回答有關(guān)問題：(1)下列制備氯乙烷的反應中原子經(jīng)濟性最高的是(可多選)________。第十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日由上述四個反應可歸納出，原子經(jīng)濟性最高的是________反應(填反應類型)。(2)有毒物質(zhì)的無害化也是綠色化學研究的內(nèi)容之一。ClO2是一種性能優(yōu)良的消毒劑，還可將廢水中少量的S2－、NO和CN－等有毒有害的還原性酸根離子氧化去除。請寫出用ClO2將廢水中劇毒的CN－氧化成無毒氣體的離子方程式____________________________________，并說明該方法的優(yōu)點____________________。第十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日(3)下圖為某飲用水廠從天然水制備純凈水(去離子水)的工藝流程示意圖：第十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日活性炭的作用是_______________；O3消毒的優(yōu)點是________________。A、B中放置的物質(zhì)名稱分別是：A________________；B________________。解析

(1)原子經(jīng)濟性是指原子利用率，應為加成反應原子是百分之百利用。(2)根據(jù)電荷守恒、電子守恒、元素守恒可配平。(3)活性炭能吸附水中某些有毒或有異味的分子，O3消毒不引入新雜質(zhì)A、B應為離子交換樹脂，其中陰離子交換樹脂不能在前，因為離子交換過程中產(chǎn)生的OH－與Ca2＋、Mg2＋離子形成不溶性物質(zhì)而造成堵塞。第十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日【答案】

(1)AD加成(2)2ClO2＋2CN－===2CO2↑＋N2↑＋2Cl－產(chǎn)生了無毒的CO2、N2(3)吸附水中的有機物(或去除水中的異味)反應產(chǎn)物無毒無害陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂第十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日二、海水的綜合利用1．海水中鹽的開發(fā)利用——氯堿工業(yè)(1)設(shè)備：離子交換膜電解槽。離子交換膜只允許Na＋通過。(2)化學反應陰極：2H＋＋2e－===H2↑(還原反應)陽極：2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應)化學方程式：2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。第十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日(3)粗鹽的精制①目的：除去泥沙，使Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO等離子的含量達到要求。②原因：Ca2＋、Mg2＋等在堿溶液中形成的沉淀及泥沙等會破壞離子交換膜，而SO會引入雜質(zhì)。③試劑：BaCl2、Ca(OH)2、Na2CO3、稀鹽酸。用BaCl2除去SO，用Ca(OH)2除去Mg2＋、Fe3＋，用Na2CO3除去Ba2＋及Ca2＋，所加沉淀劑需稍過量。④工藝流程第十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日在進入電解槽前需通過離子交換樹脂進一步除去Ca2＋、Mg2＋等離子，以防破壞離子交換膜。⑤有關(guān)反應方程式Ba2＋＋SO===BaSO4↓，Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，F(xiàn)e3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓，Ca2＋＋CO===CaCO3↓，Ba2＋＋CO===BaCO3↓，CO＋2H＋===H2O＋CO2↑。第十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日2．海水提溴(1)工藝流程(2)反應原理Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br23Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O第十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3．海水提鎂(1)工藝流程第二十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日(2)主要化學反應①制備石灰乳：CaCO3 CaO＋CO2↑CaO＋H2O===Ca(OH)2②沉淀Mg2＋：Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋Ca2＋③制備MgCl2：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O④電解MgCl2：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑第二十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日(3)生產(chǎn)中應用的平衡原理①沉淀溶解平衡原理a．向海水中加入沉淀劑Ca(OH)2，由于c(OH－)增大，Mg(OH)2的溶解度小于Ca(OH)2，則最大程度地將Mg2＋轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2沉淀。b．向Mg(OH)2沉淀中加入鹽酸，使沉淀溶解平衡右移。第二十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日②水解平衡原理在MgCl2·6H2O脫水變?yōu)镸gCl2時，由于MgCl2＋2H2OMg(OH)2＋2HCl水解平衡的存在，在HCl氣體環(huán)境中，增大c(HCl)，抑制了MgCl2的水解，避免了Mg(OH)2的生成。第二十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日(2009年寧夏高考)請回答氯堿工業(yè)中的如下問題：(1)氯氣、燒堿是電解食鹽水時按照固定的比率k(質(zhì)量比)生成的產(chǎn)品。理論上k＝________(要求計算表達式和結(jié)果)；(2)原料粗鹽中常含有泥沙和Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO等雜質(zhì)，必須精制后才能供電解使用。精制時，粗鹽溶于水過濾后，還要加入的試劑分別為①Na2CO3、②HCl(鹽酸)、③BaCl2，這3種試劑添加的合理順序是________(填序號)；第二十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日(3)氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè)，一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節(jié)(電)能30%以上。在這種工藝設(shè)計中，相關(guān)物料的傳輸與轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示，其中的電極未標出，所用的離子膜都只允許陽離子通過。第二十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日①圖中X、Y分別是________、________(填化學式)，分析比較圖示中氫氧化鈉質(zhì)量分數(shù)a%與b%的大小________________；②分別寫出燃料電池B中正極、負極上發(fā)生的電極反應正極：___________；負極：___________________；③這樣設(shè)計的主要節(jié)能(電)之處在于(寫出2處)_____________________________________________________________________________。第二十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日解析

(1)根據(jù)2NaCl＋2H2O2Na OH＋Cl2↑＋H2↑，得出Cl2和NaOH物質(zhì)的量之比為1∶2，轉(zhuǎn)化為質(zhì)量比即得出答案71∶80。(2)先加BaCl2可以除去，再加Na2CO3能除去引入的Ba2＋和溶液中的Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋，再加入鹽酸能除去引入的 。(3)①因A中電解飽和食鹽水生成H2和Cl2，H2要和B中通入的O2形成燃料電池，所以X為Cl2，Y為H2。因B中右端O2放電產(chǎn)生的OH－可和能夠自由通過交換膜的Na＋結(jié)合成NaOH，所以a%<b%。②這是H2和O2組成的燃料電池，第二十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日正極：O2＋H2O＋2e－===2OH－；負極：H2＋2OH－－2e－===2H2O。(2)③①②(3)①Cl2

H2

a%小于b%② O2＋H2O＋2e－===2OH－

H2＋2OH－－2e－===2H2O③燃料電池可以補充電解池消耗的電能提高產(chǎn)出堿液的濃度，降低能耗(其他合理答案也可)第二十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日三、石油、煤和天然氣的綜合利用1．石油的煉制煉制方法原理變化主要原料主要產(chǎn)品分餾常壓利用烴的不同沸點，將其分離成沸點不同的產(chǎn)物物理變化原油石油氣、汽油、煤油、柴油、重油等減壓重油柴油、潤滑油、燃料油、石蠟、瀝青等裂化在一定條件下，使長鏈烴斷裂為短鏈烴化學變化重油、石蠟等汽油、煤油、柴油等輕質(zhì)油裂解深度裂化(更高溫度下的裂化)化學變化石油分餾產(chǎn)物(包括石油氣)主要是乙烯、丙烯、丁烯、甲烷等第二十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日2.煤的綜合利用原理產(chǎn)品干餾將煤隔絕空氣加強熱使其分解焦炭、煤焦油、焦爐氣、出爐煤氣氣化把煤中的有機物轉(zhuǎn)化為可燃性氣體低熱值氣CO、H2、相當量的N2中熱值氣CO、H2、少量CH4高熱值氣CH4液化直接液化高溫、高壓和有催化劑條件下，與溶劑混合，使煤與H2作用生成液體燃料優(yōu)質(zhì)汽油、柴油、芳香烴和副產(chǎn)燃料氣、液化石油氣等間接液化把煤氣化成CO和H2，經(jīng)催化合成液體燃料、醇類燃料(如CH3OH)等合成汽油、甲醇等第三十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日3.天然氣的綜合利用(1)作清潔燃料。第三十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日(4)一碳化學一碳化學是以分子中只含一個碳原子的化合物(如CO、CH4、CH3OH等)為原料來合成一系列化工原料和燃料的化學。一碳化工也可以說是新一代的煤化工和天然氣化工。第三十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日【應用指南】

(1)分餾和干餾的本質(zhì)區(qū)別分餾是對石油固有的成分的分離，為物理變化；干餾是對煤強熱分解得到新產(chǎn)物，為化學變化。(2)煤和木炭、焦炭組成不同煤是以碳元素為主的復雜有機物和無機物的混合物，而木炭、焦炭的成分就是碳單質(zhì)，所以木炭、焦炭易于燃燒，而煤不易燃燒。第三十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日(3)天然氣和焦爐氣不同①天然氣是一種化石燃料，它蘊藏在地層內(nèi)，從氣井上開采的可燃性氣體，其主要成分是CH4、C2H6、C3H8等小分子烷烴，主要是CH4，它既是一種重要能源，又是一種重要的工業(yè)資源。②焦爐氣是煤干餾所得產(chǎn)物之一，其主要成分是H2、CH4、CO、C2H4等，它也是重要的氣體燃料和化工原料。第三十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日

如何從石油中獲得更多的輕質(zhì)燃油一直是化學家探索的課題，將石油分餾得到的重油進行裂化可以獲得更多的輕質(zhì)燃油。第三十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日資料一：石蠟是含有20～30個碳原子的烷烴的混合物，常溫下呈固態(tài)。資料二：石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化劑。某研究性學習小組在實驗室中模擬石油的催化裂化，裝置如上圖：實驗過程中可觀察到燒瓶Ⅰ中固體石蠟先熔化，試管Ⅱ中有少量液體凝結(jié)，試管Ⅲ中酸性高錳酸鉀溶液褪色，實驗后聞試管Ⅱ中液體氣味，具有汽油的氣味。第三十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日(1)該裝置儀器連接的順序遵循原則為__________________，為保證實驗成功，實驗前必須進行的操作是______________________，裝置中較長導管的作用是______________________________。(2)試管Ⅱ中少量液體凝結(jié)說明了________________________________________________________________________。(3)試管Ⅲ中溶液褪色說明了________________________________________________________________________。第三十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期日(4)能否用