高考化學一輪復習 專題二十八 化學與技術(shù) 考點二 化學與資源開發(fā)教學案

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1　獲取潔凈的水 (1)水的凈化 ①基本流程 工業(yè)生產(chǎn)中常用的混凝劑：明礬、硫酸鋁、聚合鋁、硫酸亞鐵等。 常用的消毒劑：漂白粉、液氯、ClO2、高鐵酸鹽等。 ②明礬凈水原理 KAl(SO4)2===K＋＋Al3＋＋2SO，Al3＋＋3H2OAl(OH)3(膠體)＋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)一般帶負電荷，而Al(OH)3膠體粒子帶正電荷，從而使膠體雜質(zhì)聚沉，同時Al(OH)3還能吸附一些懸浮物。 (2)硬水的軟化 ①硬水和軟水 ②暫時硬度和永久硬度 暫時硬度——由鈣、鎂的碳酸氫鹽引起的硬度 永久硬度——由鈣、鎂的硫酸鹽或氯化物引起的硬度 ③硬水的軟化方法 硬水軟化的常用方法有加熱法、藥劑法和離子交換法等。 (3)污水的處理 學霸巧學卡　對處理水的方法的深度探究 (1)向硬水中加入適量的熟石灰目的是使鎂離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鎂沉淀；加入適量純堿的目的是使鈣離子生成碳酸鈣沉淀；過濾棄去沉淀，即得軟水。 (2)硫酸亞鐵可用作混凝劑的原理和條件：調(diào)節(jié)溶液pH在9左右，亞鐵離子水解生成氫氧化亞鐵，并被空氣中氧氣氧化為氫氧化鐵，起到更好的混凝作用。 (3)水的凈化是除去水中的懸浮物，而硬水軟化是為了除去水中的鈣、鎂離子，消毒是為了除去水中的細菌。 (4)高鐵酸鈉(Na2FeO4)或高鐵酸鉀(K2FeO4)具有強氧化性，是一種新型凈水劑，能發(fā)生反應(yīng)FeO＋8H＋＋3e－===Fe3＋＋4H2O，其還原產(chǎn)物Fe3＋可以水解生成Fe(OH)3膠體，能吸附雜質(zhì)而達到凈水的目的：Fe3＋＋3H2OFe(OH)3(膠體)＋3H＋。 2　海水的綜合利用 (1)海水制鹽 ①目前，由海水制鹽的方法仍以蒸發(fā)法(鹽田法)為主，其原理很簡單，即將海水引入海灘上的鹽田里，利用日光和風力逐漸使水蒸發(fā)，慢慢濃縮，使食鹽結(jié)晶析出。 ②鹽田一般分為貯水池、蒸發(fā)池和結(jié)晶池三部分。 (2)氯堿工業(yè) ①工藝流程：粗鹽水過濾離子交換樹脂―→精鹽水 ②反應(yīng)原理：2NaCl＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2NaOH。 ③產(chǎn)品應(yīng)用 a．Cl2：有機合成、制農(nóng)藥等； b．NaOH：造紙、制玻璃、肥皂； c．H2：有機合成、金屬冶煉。 (3)海水提溴 ①工藝流程 ②反應(yīng)原理 Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2 a．3Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑ 5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O b．Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4 2HBr＋Cl2===Br2＋2HCl 學霸巧學卡　海水提溴注意事項 (1)通氯氣前要先將海水酸化，使其pH約為3.5，此時氯氣的氧化效果最好。 (2)用空氣或水蒸氣將溴吹出，而不用四氯化碳萃取，原因是后者工藝復雜，設(shè)備投資大，經(jīng)濟效益低且對環(huán)境污染嚴重。 　(4)海水提鎂 　3　煤化工和天然氣化工的發(fā)展——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，合成一系列化工原料和燃料的化學。 1.海洋中有豐富的食品、礦產(chǎn)、能源、藥物和水產(chǎn)資源，如圖為海水資源開發(fā)利用的部分過程。 下列有關(guān)說法正確的是(　　) A．用澄清石灰水可鑒別NaHCO3和Na2CO3 B．制取NaHCO3的反應(yīng)是利用其溶解度小于NaCl的溶解度 C．在步驟③、④、⑤中，溴元素均被氧化 D．工業(yè)上通過電解飽和MgCl2溶液制取金屬鎂 答案　B 解析　A項，Na2CO3、NaHCO3和Ca(OH)2均能發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生白色沉淀，所以用澄清石灰水不可鑒別NaHCO3和Na2CO3，錯誤；B項，向飽和食鹽水中通入NH3和CO2，溶解度較小的NaHCO3會先析出，正確；C項，步驟③中，溴元素化合價從－1升高到0，被氧化，步驟④中，溴元素化合價從0降低到－1，被還原，步驟⑤中，溴元素化合價從－1升高到0，被氧化，錯誤；D項，工業(yè)上通過電解熔融的氯化鎂來制取金屬鎂，電解飽和MgCl2溶液得到的是氫氧化鎂，錯誤。 2．水處理技術(shù)在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用廣泛。 (1)含有較多________的水稱為硬水。硬水加熱后產(chǎn)生碳酸鹽沉淀的離子方程式為______________________(寫出一個即可)。 (2)將RH型陽離子交換樹脂和ROH型陰離子交換樹脂串接來軟化天然硬水，應(yīng)先使硬水通過________(填“RH”或“ROH”)型離子交換樹脂，原因是____________。 (3)通過施加一定壓力使水分子通過半透膜而將大分子或離子截留，從而獲得純凈水的方法稱為________。電滲析法凈化水時，使離子通過半透膜的推動力是______________。 (4)檢驗蒸餾水的純度時，最簡單易行的方法是測定水的__________________。 答案　(1)Ca2＋、Mg2＋　Ca2＋＋2HCOCaCO3↓＋H2O＋CO2↑(或Mg2＋＋2HCOMgCO3↓＋H2O＋CO2↑) (2)RH　先通過陰離子交換樹脂可能產(chǎn)生Mg(OH)2等沉淀而影響樹脂交換效果 (3)反滲透法　電勢差(或電場力) (4)電導率(或電阻率) 解析　本題主要考查化學技術(shù)在水處理方面的應(yīng)用，離子交換法凈水用的RH型陽離子交換樹脂可以將水中的陽離子用H＋交換出來，ROH型陰離子交換樹脂可以將水中的陰離子用OH－交換出來。明白此原理第(2)問即可解答出來。 　[考法綜述]　化學與資源的綜合開發(fā)利用是“化學與技術(shù)”模塊的重要內(nèi)容，也是絕大多數(shù)省份高考選考的組成部分。涉及的內(nèi)容有化石燃料、海水與礦石等資源的綜合利用，在高考試題中常結(jié)合工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對資源的開發(fā)利用進行綜合考查。 命題法1　氯堿工業(yè) 典例1　　氯堿廠電解飽和食鹽水制取NaOH的工藝流程示意圖如下： 　　 依據(jù)上圖完成下列問題： (1)在電解過程中，陰極上生成氣體的電子式為____________。 (2)精制過程中除去陽離子中的Ca2＋、Mg2＋等雜質(zhì)，除去Mg2＋的離子方程式為______________________。 (3)精制過程要除去SO，可選擇下列溶液中的________(填字母序號)。 a．Ba(OH)2　　　b．Ba(NO3)2　　　c．BaCl2 (4)在實際生產(chǎn)中也可以用BaCO3除去SO(已知溶解度BaSO40.05 mg，因此不符合排放標準。④廢水Ⅳ常用Cl2氧化CN－成CO2和N2，若參加反應(yīng)的Cl2與CN－的物質(zhì)的量之比為5∶2，根據(jù)質(zhì)量守恒定律及電荷守恒可得該反應(yīng)的離子方程式為5Cl2＋2CN－＋4H2O===10Cl－＋2CO2＋N2＋8H＋。 (3)地下水往往含有鈣、鎂的碳酸鹽，自來水廠需要對地下水進行軟化處理，以降低Ca2＋、Mg2＋的含量。把進行過離子交換的CaR2(或MgR2)型樹脂置于NaCl溶液中浸泡，發(fā)生反應(yīng)：CaR2＋2NaCl===2NaR＋CaCl2(或MgR2＋2NaCl===2NaR＋MgCl2)，一段時間后便得到了NaR，又能重復使用，即獲得了再生。 (4)①陽離子交換膜只允許陽離子自由通過，隔膜B在陰極附近，電解池陰極是陽離子放電，所以隔膜B是陽離子交換膜。②電解池陽極是溶液中的Cl－放電，所以通電后陽極電極反應(yīng)式是2Cl－－2e－===Cl2↑。 [答案]　(1)離子交換法　膜分離法 (2)①OH－＋CO2===HCO?、贖CO會促進Al3＋的水解，凈水效果增強?、跜H4　否?、?Cl2＋2CN－＋4H2O===10Cl－＋2CO2＋N2＋8H＋ (3)軟化　食鹽水 (4)①B?、?Cl－－2e－===Cl2↑ 【解題法】　處理水的方法歸納總結(jié) (1)硬水軟化的常用方法 ①加熱法(只能軟化具有暫時硬度的水) 其原理為Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O，Mg(HCO3)2MgCO3↓＋CO2↑＋H2O，繼續(xù)煮沸時，MgCO3可轉(zhuǎn)化為更難溶的Mg(OH)2： MgCO3＋H2OMg(OH)2↓＋CO2↑。 ②藥劑法(石灰純堿法) 反應(yīng)原理： a．Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2===2CaCO3↓＋2H2O Mg(HCO3)2＋2Ca(OH)2===2CaCO3↓＋Mg(OH)2↓＋2H2O MgSO4＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaSO4 b．Ca2＋＋CO===CaCO3↓ ③離子交換法：利用了離子交換反應(yīng)原理，軟化水的質(zhì)量高。常用離子交換樹脂作離子交換劑，其軟化硬水和再生的過程如圖所示： (2)污水處理的常用方法 污水處理方法 原理 方法 物理法 利用物理原理和機械作用對廢水進行處理 沉淀、均衡調(diào)節(jié)、過濾、離心分離 化學法 通過化學反應(yīng)處理廢水 ①中和法：處理酸性廢水和堿性廢水 ②沉淀法：處理含有重金屬離子的廢水 ③氧化還原法：除去油類、氮化物、硫化物等物質(zhì) 生物法 利用微生物的作用除去廢水中溶膠物質(zhì)及有機物 活性污泥法、生物濾池法、厭氣處理法 1．(雙選)下列敘述正確的是(　　) A．合成氨的“造氣”階段會產(chǎn)生廢氣 B．電鍍的酸性廢液用堿中和后就可以排放 C．電解制鋁的過程中，作為陽極材料的無煙煤不會消耗 D．使用煤炭轉(zhuǎn)化的管道煤氣比直接燃煤可減少環(huán)境污染 答案　AD 解析　A項，合成氨中造氣生成H2時，不論是C還是CH4與H2O反應(yīng)，均有CO或CO2廢氣生成，正確；B項，電鍍液中不僅顯酸性，還含有重金屬陽離子、有毒物質(zhì)等，要回收利用，無害化處理，錯誤；C項，陽極生成氧氣，氧氣與碳反應(yīng)，錯誤。 2．(雙選)污水經(jīng)過一級、二級處理后，還含有少量Cu2＋、Hg2＋、Pb2＋等重金屬離子，可加入沉淀劑使其沉淀。下列物質(zhì)不能作為沉淀劑的是(　　) A．氨水 B．硫化氫氣體 C．硫酸鈉溶液 D．純堿溶液 答案　AC 解析　氨水、Na2SO4溶液均不能使Cu2＋轉(zhuǎn)化為沉淀，其中氨水與Cu2＋形成配離子。 3．某工廠的廢渣中含NaCl、Mg(OH)2、CaCO3、BaCO3等，為實現(xiàn)變廢為寶，設(shè)計了以下工藝流程制備七水硫酸鎂。 在反應(yīng)器中加入過量的稀硫酸，控制pH為5.0，溫度在52 ℃左右，持續(xù)攪拌。 (1)反應(yīng)混合物過濾后，濾渣的主要成分為__________________。攪拌器的作用是使反應(yīng)充分進行，其化學原理為_______________ (請結(jié)合反應(yīng)器中進行的反應(yīng)解釋)。 (2)經(jīng)過分析，過濾所得濾液中含有的離子主要為Na＋、Mg2＋、H＋、SO、Cl－，為了除去H＋，最好加入適量的______________(填化學式)。 (3)蒸發(fā)濃縮器的溶液中主要含有氯化鈉和硫酸鎂，通入水蒸氣并控制溫度在100～110 ℃，蒸發(fā)濃縮結(jié)晶，此時析出的晶體主要是氯化鈉，說明此溫度下硫酸鎂的溶解度比氯化鈉________(“大”或“小”)。結(jié)晶槽中硫酸鎂結(jié)晶的方法為__________________。 (4)結(jié)晶槽中，析出晶體后所得溶液中主要含有的金屬陽離子是______________，生產(chǎn)中對該溶液的處理方法是_______________。 (5)工業(yè)上制取金屬鎂，其化學反應(yīng)方程式為____________。氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水的化學方程式為________________________。 答案　(1)CaSO4和BaSO4　攪拌過程中CO2不斷逸出，使平衡CaCO3＋H2SO4CaSO4＋H2O＋CO2↑不斷向右移動(或?qū)aCO3改為BaCO3) (2)MgO[或MgCO3或Mg(OH)2] (3)大　冷卻結(jié)晶 (4)Na＋、Mg2＋　循環(huán)利用 (5)MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑　2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 解析　(1)在反應(yīng)器中加入過量的稀硫酸，使Mg(OH)2充分溶解轉(zhuǎn)化為MgSO4，同時BaCO3也轉(zhuǎn)化為BaSO4。CaSO4微溶于水，反應(yīng)器中存在反應(yīng)CaCO3＋H2SO4CaSO4＋H2O＋CO2↑，CO2在攪拌過程中不斷逸出，平衡右移，導致CaCO3轉(zhuǎn)化成CaSO4。 (2)濾液中主要含有Na＋、Mg2＋、H＋、SO、Cl－，為了除去H＋，最終制得七水硫酸鎂，且不引入雜質(zhì)，應(yīng)該加入MgO或MgCO3或Mg(OH)2。 (3)蒸發(fā)濃縮結(jié)晶時析出的晶體主要是氯化鈉，說明此溫度下硫酸鎂的溶解度比氯化鈉大。結(jié)晶槽中使硫酸鎂結(jié)晶的方法為冷卻結(jié)晶。 (4)結(jié)晶槽中析出晶體后所得溶液中主要含有的金屬陽離子是Na＋和Mg2＋，該溶液應(yīng)循環(huán)利用，以充分利用資源，減少環(huán)境污染。 (5)工業(yè)上電解熔融氯化鎂制取鎂；氯堿工業(yè)電解飽和食鹽水生成NaOH、氫氣和氯氣。