选修2 第二章化学与资源开发利用概要

第二章化学与资源开发利用一、获取洁净的水1.水的净化(1)基本流程:①常用的混凝剂有:_____、_________、_____、聚合铝等。②常用的消毒剂有:_______、_____、ClO2、高铁酸盐等。(2)明矾净水原理:明矾在水中发生电离:____________________________,Al3+发生水解:_________________________________,氢氧化铝胶粒能破坏天然水中的胶体杂质的稳定性,吸附悬浮物而沉降。明矾Al2(SO4)3FeSO4漂白粉液氯43242KAl(SO)KAl2SO   323Al3HOAlOH3H胶体2.硬水的软化(1)硬水和软水：硬水：含_________较多的水软水：含少量或不含_________的水(2)硬水的类型：暂时硬度——由钙、镁的_________引起的硬度永久硬度——由钙、镁的_______________引起的硬度(3)硬水的软化方法：硬水软化的常用方法有_______、药剂法和离子交换法等。天然水Ca2+、Mg2+Ca2+、Mg2+碳酸氢盐硫酸盐或氯化物加热法3．污水处理基本流程二、海水的综合利用1.海水水资源的利用——海水淡化海水淡化的常用方法有_______、电渗析法和离子交换法等。蒸馏法2.海水中化学资源的开发利用(1)海水中食盐的开发利用:①海水制盐从海水中提取食盐的主要方法是_______。其原理是将海水太阳照射后,蒸发浓缩,使食盐结晶析出。得到的产品为粗盐。另外还有电渗析法和冷冻法。②氯碱工业a.原料:粗盐b.反应原理:2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑蒸发法通电====c.工艺流程d.设备:离子交换膜电解槽。(2)从海水中提取镁:生产流程及反应原理CaCO3CaO+CO2↑高温====CaO+H2O====Ca(OH)2MgCl2+Ca(OH)2====Mg(OH)2↓+CaCl2Mg(OH)2+2HCl2====MgCl2+2H2OMgCl2(熔融)Mg+Cl2↑通电====(3)从海水中提取溴：纯碱SO2反应原理氯化:______________________①____________________________________,_______________________________________。②__________________________,_____________________。Cl2+2NaBr====2NaCl+Br23Br2+3Na2CO3====5NaBr+NaBrO3+3CO2↑5NaBr+NaBrO3+3H2SO4====3Br2+3Na2SO4+3H2OBr2+SO2+2H2O====2HBr+H2SO4Cl2+2HBr====2HCl+Br2三、煤、石油、天然气的综合利用1.煤的综合利用隔绝空气焦炭煤焦油可燃性气体液体燃料汽油甲醇2.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不同沸点,将其分离成沸点不同的产物_________原油石油气、汽油、煤油、柴油、重油等减压重油柴油、燃料油、润滑油等裂化在一定条件下,使长链烃断裂为短链烃_________重油、石蜡等_____、煤油、柴油等轻质油物理变化化学变化汽油炼制方法原理变化主要原料主要产品裂解深度裂化(更高温度下的裂化)_________石油分馏产物(包括石油气)主要是_____、丙烯、丁烯、甲烷等化学变化乙烯3.煤化工和天然气化工的发展——一碳化学(1)煤的气化:2C+O22COC+H2OCO+H2CO+H2OCO2+H2(2)天然气的利用:①CH4+H2OCO+3H2②2CH4+O22CH3OH高温====高温====高温====高温催化剂====催化剂△【思考辨析】1.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。()【分析】加入石灰水后,只能将Mg2+引起的硬度转化为Ca2+引起的硬度,仍然存在大量的Ca2+。2.废水中的重金属离子Hg2+、Pb2+、Cu2+均可用加入强碱(NaOH)使其沉淀的方法除去。()【分析】Hg2+、Pb2+、Cu2+等重金属离子应用Na2S使其转化成硫化物沉淀而除去。××3.离子交换膜电解槽电解食盐水时阴极产物是NaOH和氢气。()【分析】电解食盐水时,阳极产物是Cl2,阴极产物是H2和NaOH。4.将MgCl2·6H2O加热分解可制得无水氯化镁。()【分析】MgCl2·6H2O加热时MgCl2发生水解,生成Mg(OH)2,故应在HCl的气流中加热MgCl2·6H2O才能得到无水MgCl2。5.石油裂化的目的是为了获得以短链不饱和烃为主要成分的基本化工原料。()【分析】石油裂化的目的是为了提高轻质油的产量,而裂解的主要目的是为了获得短链的不饱和烃。√××6.石油的分馏和煤的干馏都是物理变化过程。()【分析】石油的分馏是物理变化,而煤的干馏是化学变化。7.从海水中提取溴的工艺流程中有两次由Br-→Br2的目的是提高溴的产量。()【分析】第一次由Br-Br2的目的是富集海水中的溴。第二次是为了提纯Br2。因为第一次得到的Br2中混有水,不易分离,使其转化为Br-,再氧化得Br2。××氧化考点1氯碱工业1.原料精制饱和食盐水。(1)精制目的:除去泥沙,使Ca2+、Mg2+、Fe3+、S等离子的含量达到要求。(2)精制原因:Ca2+、Mg2+等在碱溶液中形成的沉淀及泥沙等会破坏离子交换膜,而使产品不纯。24O(3)精制方法:用BaCl2除去用Ca(OH)2除去Mg2+、Fe3+,用Na2CO3除去Ba2+及Ca2+,所加沉淀剂需稍过量。最后加盐酸调节盐水的pH。24SO，(4)有关离子方程式:Ba2++====BaSO4↓Mg2++2OH-====Mg(OH)2↓Fe3++3OH-====Fe(OH)3↓Ca2++====CaCO3↓Ba2++====BaCO3↓+2H+====H2O+CO2↑24SO23CO23CO23CO(5)工艺流程:粗盐水过滤离子交换树脂→精盐水。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。2.原理2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑沉淀剂加适量稀盐酸通电====3.主要设备离子交换膜电解槽:阳极室:加入的是精制后的饱和食盐水阴极室:加入纯水(加入一定量的NaOH溶液)4.生产流程【高考警示】(1)除去饱和食盐水中的Ca2+、Mg2+、S时,纯碱应在钡试剂之后加入,稀盐酸应在过滤后加入。(2)电解饱和食盐水时要使用惰性电极而不能使用Fe、Cu等活性电极,否则阳极得不到Cl2。(3)阳离子交换膜既防止了Cl2与NaOH溶液的反应,又防止了Cl2与H2的反应。24O【典例1】(2012·浙江高考)(1)氯碱工业是利用电解食盐水生产①为基础的工业体系。(2)电解前,为除去食盐水中的Mg2+、Ca2+、S等杂质离子,下列加入顺序合理的是②。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24O(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NaClMg(OH)2CaCO3BaSO4其他不溶于酸的物质质量分数(%)15～2015～205～1030～4010～15为了生产七水硫酸镁,设计了如图所示的工艺流程:装置1中加入的酸应选用③,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④。装置2中滤渣的主要成分为⑤。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⑥。用装置6(真空干燥器)干燥七水硫酸镁晶体的理由是⑦。【解题指南】解答本题要注意以下2点:(1)关注“盐泥”的主要成分。(2)粗盐的提纯过程中试剂的滴加顺序。【解析】(1)由于电解饱和食盐水的过程中产生了Cl2、H2和NaOH,所以电解食盐水主要是为了制取以上三种物质。(2)在粗盐提纯过程中,所加除杂试剂的顺序通常为先加BaCl2,再加NaOH,最后加入Na2CO3。加NaOH的顺序可以放在BaCl2的前面也可以放在Na2CO3的后面,但Na2CO3的加入顺序必须放在BaCl2的后面,因过量的BaCl2需用Na2CO3除去。(3)由于最终的产品为MgSO4•7H2O,所以所加的酸应该是H2SO4,加入H2SO4后发生的反应有:Mg(OH)2+H2SO4====MgSO4+2H2O,CaCO3+H2SO4====CaSO4+CO2↑+H2O。CaCO3和H2SO4的反应之所以能够持续进行,是因为该反应是在50℃及持续搅拌的条件下进行的,该条件下CO2可以迅速从溶液中逸出而使平衡不断向正反应方向移动。CaSO4是一种微溶物,滤渣中除BaSO4、不溶于酸的物质外还应含有CaSO4。在真空干燥器中MgSO4·7H2O表面的水不需要加热烘干就能挥发掉,这样就能有效防止失去结晶水。答案:①氯气、烧碱、氢气(只写出氯气、烧碱也可)②D③(稀)硫酸④搅拌过程中CO2不断逸出,使平衡CaCO3+H2SO4CaSO4+H2CO3,H2CO3H2O+CO2↑不断向右移动⑤CaSO4、BaSO4、其他不溶于酸的物质⑥氯化钠⑦防止失去结晶水【互动探究】电解前除去食盐水中的Mg2+、Ca2+、S等杂质离子,除本题的(2)中的试剂加入顺序外,还有其他加入顺序吗?提示:还可以按以下顺序除去食盐水中的杂质离子:NaOH→BaCl2→Na2CO324O考点2水的净化与处理1.硬水软化的方法(1)加热法(只能软化具有暂时硬度的水):其原理为Ca(HCO3)2CaCO3↓+CO2↑+H2O,Mg(HCO3)2MgCO3↓+CO2↑+H2O,继续煮沸时,MgCO3可转化为更难溶的Mg(OH)2:MgCO3+H2OMg(OH)2↓+CO2↑。△====△====△====(2)药剂法(石灰纯碱法):反应原理:①Ca(HCO3)2+Ca(OH)2====2CaCO3↓+2H2OMg(HCO3)2+2Ca(OH)2====2CaCO3↓+Mg(OH)2↓+2H2OMgSO4+Ca(OH)2====Mg(OH)2↓+CaSO4②Ca2++====CaCO3↓23CO(3)离子交换法:利用了离子交换反应原理,软化水的质量高。常用离子交换树脂作离子交换剂,其软化硬水和再生的过程如图所示:2.污水处理的常用方法污水处理方法原理方法物理法利用物理原理和机械作用对废水进行处理沉淀、均衡调节、过滤、离心分离化学法使用化学试剂或其他化学手段处理废水(1)中和法:处理酸性废水和碱性废水(2)沉淀法:处理含有重金属离子的废水(3)氧化还原法:除去油类、氮化物、硫化物等物质生物法利用微生物的作用除去废水中溶胶物质及有机物活性污泥法、生物滤池法、厌气处理法【高考警示】(1)用药剂法软化硬水时一定要注意加入试剂的先后顺序,即Na2CO3应在Ca(OH)2之后加入。(2)用阳离子交换树脂HR除去硬水中的Ca2+、Mg2+时,溶液中的酸性会增强,应再用碱性溶液中和H+。(3)污水处理中的酸性废水常用熟石灰中和而不用NaOH溶液中和,碱性废水常用CO2中和。【典例2】(2011·山东高考)水处理技术在生产、生活中应用广泛。(1)含有较多离子的水称为硬水。硬水加热后产生碳酸盐沉淀的离子方程式为:_________________(写一个即可)。(2)将RH型阳离子交换树脂和ROH型阴离子交换树脂串接来软化天然硬水,应该先使硬水通过(填“RH”或“ROH”)型离子交换树脂,原因是_________________________________。(3)通过施加一定压力使水分子通过半透膜而将大分子或离子截留,从而获得纯净水的方法称为_________