45第五节 海水资源的开发利用 环境保护与绿色化学.ppt

第五节 海水资源的开发利用 环境保护与绿色化学 三年12考 高考指数: 1.了解海水的综合利用。 2.了解常见元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。 3.了解科学、技术、社会的相互关系(如化学与生活、材料、能 源、环境等)。 4.理解在化工生产中遵照“绿色化学”思想的重要性。 一、海水资源的综合利用 1.海水水资源的利用 (1)海水淡化 海水 淡水 (2)利用海水进行循环冷却。 蒸馏法、离子交换法、电渗析法 2.海水化学资源的综合利用 (1)氯碱工业 电解食盐水的化学方程式为： _。 (2)海水提镁 先将海水中的镁富集，再电解熔融氯化镁。 最后一步反应：_。 2nacl+2h2o 2naoh+h2+cl2 mgcl2(熔融) mg+cl2 电解 = 电解 = (3)海水提溴 先将海水中的溴富集，再通过氧化还原反应将溴提取出来。 最后一步反应：_。 2br-+cl2=2cl-+br2 二、环境保护与绿色化学 1.常见的环境污染问题 污污染类类型 主要污污染物 污污染物来源 酸雨(ph_) _化石燃料的燃烧烧 光化学烟雾雾 _ _ _ 臭氧空洞 _冰箱制冷剂剂 温室效应应 _化石燃料的燃烧烧 白色污污染 _废废弃塑料制品 5.6 so2 氮氧化物和碳氢 化合物 汽车尾气 nox和氟氯烃 二氧化碳 废旧塑料 污污染类类型 主要污污染物 污污染物来源 赤潮和水华华 含_、_较较 高的废废水 农业农业 、生活废废水 居室污污染 甲醛醛、苯、甲苯 、氡氡 建筑、装修材料 磷氮 2.环境保护 (1)空气质量日报 主要包括“空气污染指数”、“空气质量级别”、“首要污 染物”。目前计入的污染物主要是：_、_ _。 (2)三废污染：是指_。 (3)环保措施 回收利用、达标排放、研制可降解塑料等无污染的新材料等。 二氧化硫二氧化氮 和可吸入颗粒物 废水、废气、废渣 3.绿色化学 (1)核心：利用化学原理_ _。 (2)原子经济性：反应物的原子全部转化为期望得到的最终产 物，即原子利用率为_。 从源头上减少和消除工业生产对环 境的污染 100% 1.蒸发海水制成饱和食盐水，将其电解可制得金属钠。( ) 【分析】电解食盐水得到的是naoh、h2和cl2，得不到na，电解熔 融氯化钠才能得到钠。 2.海水提溴的过程中不发生氧化还原反应。 ( ) 【分析】海水中的溴以br-的形式存在，利用氯气将其氧化才能 得到br2。 3.开发核能、太阳能等新能源，推广使用甲醇汽油，使用无磷 洗涤剂都可直接降低碳排放。( ) 【分析】使用无磷洗涤剂不能直接降低碳排放，但可以有效地 减轻水华和赤潮的产生。 4.绿色化学的核心是应用化学原理对环境污染进行治理。( ) 【分析】绿色化学的核心是从源头上减少和消除工业生产对环 境的污染。 5.垃圾的焚烧填埋是垃圾处理的发展方向。 ( ) 【分析】垃圾的分类回收、循环利用是垃圾处理的发展方向 。 海水资源的综合利用 1.氯碱工业 (1)生产流程 海水 蒸发 过滤 粗盐 精制 饱和 nacl溶液 电 解 烧碱 氯气 氢气 漂白剂 盐酸 造纸、玻璃、 肥皂、纺织等 合成农药等 冶炼金属 (2)产物及其用途 阴极产物是naoh和h2，阳极产物是cl2。 产物可用于制备盐酸、纯碱、农药和漂白剂等。 2.海水提镁 (1)生产流程 贝壳 石灰乳cao mg(oh)2沉淀池 hcl mg 海水 cl2mgcl2mgcl26h2o 煅烧水 引入 电解脱水 过滤 + 盐酸、浓缩 循环 (2)基本步骤及主要反应： 制熟石灰：caco3 cao+co2， cao+h2o=ca(oh)2。 沉淀:mg2+2oh- =mg(oh)2。 酸化：mg(oh)2+2hcl=mgcl2+2h2o。 蒸发结晶：析出mgcl26h2o。 脱水：在氯化氢环境中使mgcl26h2o脱水制得无水氯化镁。 电解：电解熔融氯化镁制得镁。 高温 = 3.海水提溴 (1)生产流程 (2)主要反应 2br-+cl2=2cl-+br2 so2+br2+2h2o=4h+2br-+ 含br2的 海水 海水 提取 粗盐 苦卤 硫酸酸化 氯气置换 空气吹出含br2的 空气 so2 吸收 氯气 氧化 溴水 混合物 蒸馏 溴蒸气 冷凝 分离 液溴 吸收液 粗溴水 【高考警示钟】 (1)注意在海水中钠、镁、溴和碘都以化合态形式存在且含量 较低，需要先富集再提取，提取过程中要通过发生氧化还原 反应获得它们的单质。 (2)提取海水中nacl、镁、溴、碘的过程中要用到结晶、过滤 、萃取和分液等实验操作，要注意这些操作的使用条件和操 作方法的规范性。 (3)海水中铀和重水的提取，潮汐能、波浪能的开发对于新能 源的开发具有重要意义。 【典例1】海水资源的利用将走综合开发的道路，一次提取海 水，同时提取多种物质。如图是某工厂对海水资源综合利用 的示意图。 试回答下列问题： (1)粗盐中含有ca2+、mg2+、 等杂质，精制时通常在溶液中 依次加入过量的bacl2溶液、过量的naoh溶液和过量的na2co3 溶液，过滤后向滤液中加入盐酸至溶液呈中性。请写出下列 操作中发生反应的离子方程式： 粗盐中加入过量的na2co3溶液：_ _。 滤液中加入盐酸至溶液呈中性：_ _。 (2)对精制饱和食盐水进行电解的化学方程式是_ _。 (3)提纯粗盐后的母液中含有k+、mg2+、na+等阳离子，对母液 进行一系列的加工可以制得金属镁。 从充分利用当地海洋化学资源，提高生产与经济效益的角 度考虑，制取石灰乳的原料是_。 从离子反应的角度思考，在母液中加入石灰乳的目的是 _。 电解氯化镁的化学方程式是_。 在生产中，常涉及反应mgcl26h2o=mgcl2+6h2o，该反应 需要在hcl气氛中才能顺利完成，其理由是_。 (4)提取mg(oh)2后在剩余母液中加入一种常见的气态氧化剂， 又可制取重要的化工原料溴单质。 生成溴单质的化学反应的离子方程式是_ _； 生产中将溴单质从混合物中分离出来的方法是_ _， 这种方法的成功应用是基于溴单质具有_性。 以下是对生产溴单质所用的气态氧化剂寻找提供货源的设 想，其中合理的是_。 a.从外地购买 b.从本厂生产烧碱处循环 c.从本厂生产镁单质处循环 d.在当地新建生产工厂 从多种经营综合开发，打造大而强的现代化企业及本厂生 产所需要的原料等方面来看，你认为该厂还可以再增加的生 产项目是_。 【解题指南】解答本题注意以下两点： (1)精制食盐水的过程中各种试剂的作用。 (2)氯碱工业、海水提镁、海水提溴的生产流程，明确各步的 化学反应原理。 【解析】(1)过量的bacl2溶液、过量的naoh溶液和过量的 na2co3溶液的作用分别是除 、除mg2+、除ca2+和过量的 ba2+。过滤后在滤液中加入适量盐酸的作用是除去过量的oh- 和 。故粗盐中加入过量的na2co3溶液发生的反应为： ；在滤液中 加入盐酸至溶液呈中性发生的反应为： (2)电解饱和食盐水的化学方程式是：2nacl+2h2o 2naoh+h2+cl2。 电解 = (3)从充分利用当地海洋化学资源，提高生产与经济效益的 角度考虑，制取石灰乳的原料是贝壳。 加石灰乳的作用是富集mg2+，制取mg(oh)2。 电解熔融氯化镁的化学方程式是 mgcl2(熔融) mg+cl2。 mgcl2在加热时水解程度较大，通入hcl可抑制mg2+水解。 电解 = (4)生成溴单质的离子方程式是：2br-+cl2=br2+2cl-，利 用溴易挥发的性质，通入热空气或水蒸气将溴蒸气吹出。 电解nacl溶液、电解熔融的mgcl2均可制得cl2。 利用氯气的性质可增加生产项目：生产盐酸、制漂白粉(或 漂粉精)、消毒液等。 答案：(1) (2)2nacl+2h2o 2naoh+h2+cl2 (3)贝壳 制取氢氧化镁 mgcl2(熔融) mg+cl2 抑制mgcl2(mg2+)水解 电解 = 电解 = (4)2br-+cl2=br2+2cl- 通入热空气或水蒸气将溴蒸气吹 出 挥发 b、c 生产盐酸、制漂白粉或消毒液等(回答一项即可) 【互动探究】(1)精制食盐水的过程中，下列操作顺序是否可 行？ 过量的naoh溶液过量的bacl2溶液过量的na2co3溶液 过滤适量盐酸 过量的na2co3溶液过量的naoh溶液过量的bacl2溶液 过滤适量盐酸 过量的bacl2溶液过量的na2co3溶液过量的naoh溶液 过滤适量盐酸 提示：可行，不可行。中无法除去过量的ba2+， na2co3溶液必须放在bacl2溶液之后加入。 (2)若利用萃取、分液的方法提取水溶液中的溴单质下列溶剂 可否使用？ 四氯化碳 酒精 苯 直馏汽油 提示：可用，不可用。因为酒精与水互溶不分层， 不能用于分液。注意不能使用裂化汽油，其含有的烯烃能与 溴发生加成反应。 【变式备选】在已经提取氯化钠、溴、镁等化学物质的富碘 卤水中，采用如图所示的工艺流程生产单质碘： (1)步骤加铁粉的目的是_。 (2)写出步骤中反应的离子方程式_ _。 (3)上述生产流程中，可以循环利用的副产物是_。 (4)操作的名称是_，选用的试剂是_。 【解析】反应原理为i- agi fei2 i2 提纯i2，整个过程中单质ag可以循环使用。 答案：(1)使碘化银转化成碘化亚铁(fei2)和单质银(或将难溶 的碘化银转化成可溶的碘化亚铁) (2) (3)ag (4)萃取、分液 ccl4 agno3fecl2 萃取 ccl4 环境污染的分类与防治、绿色化学 1.环境污染的分类与防治 主要污污染物及来源 主要危害 防治措施 大 气 污污 染 污污染物：硫氧化物 、氮氧化物、碳氢氢化 合物、固体颗颗粒 来源：化石燃料的 燃烧烧，工厂废废气、废废 烟、扬尘扬尘 危害人体 健康 破坏建筑 物 影响动动、 植物生长长 改变变气候 开发发新能 源，减少化 石燃料的燃 烧烧 对对工业业尾 气进进行处处理 立法管理 主要污污染物及来源 主要危害 防治措施 水 污污 染 污污染物：重金属盐盐、耗 氧有机物、氮、磷化合物等 来源：工业废业废 水、生活 废废水、实验实验 室和医院废废水 污污染饮饮用水、影响 人畜健康 影响植物生长长 形成水华华、赤潮， 影响水中生物生长长 对废对废 水进进 行无害化处处 理后排放 立法管理 土 壤 污污 染 污污染物：重金属盐盐、废废 塑料、工业废业废 料、建筑垃 圾 来源：生活垃圾、工厂、 建筑、化肥、农药农药 、各种 废废水 使土壤板结结、硬化 水肥流失 对对垃圾回 收和分类处类处 理，综综合利 用 控制各种 废废水排放 2.绿色化学思想 (1)绿色化学的含义 安全的生产工艺提高能源的利用率 应用无毒无害的溶剂 无毒无害原料 可再生资源 应用无毒无害的催化剂 反应物 环境友好产品 （安全、能降 解、可再利用） 反应产物 反应过程 原子经济性反 应、高选择性 反应 (2)绿色化学的基本原则 防止污染的产生优于治理产生的污染； 原子经济性(设计的合成方法应将反应过程中所用的材料尽 可能全部转化到最终产品中)即原子的利用率达到100%。 原子的利用率= 应考虑到能源消耗对环境和经济的影响，并应尽量少地使 用能源(在常温、常压下进行)。 【高考警示钟】 (1)绿色化学思想从源头上治理污染。有些治理污染的方法不 一定符合绿色化学理念，如在土壤中施加石灰不能避免酸雨 ，使化石燃料充分燃烧不能减少二氧化硫的排放。 (2)注意下列做法不利于环境保护： 工厂将烟囱建高。 将有污染的工厂迁移到农村。 将垃圾焚烧处理。 不加限制地增加私家车数量。 【典例2】“温室效应”是全球关注的环境问题之一。co2是目 前大气中含量最高的温室气体。因此，控制和治理co2在大气 中的含量是解决温室效应的有效途径。 (1)下列措施中，有利于降低大气中co2浓度的是_(填序 号)。 减少化石燃料的使用 植树造林，增大植被面积 采用节能技术 利用太阳能、风能 (2)将co2转化成有机物可实现碳循环。co2转化为有机物有如 下反应： a.6co2+6h2o c6h12o6+6o2 b.co2+3h2 ch3oh+h2o c.co2+ch4 ch3cooh d.2co2+6h2 h2cch2+4h2o 以上反应中，最节能的是_，原子利用率最高的是_。( 填字母) 光能 叶绿体 催化剂 催化剂 催化剂 (3)为解决目前燃料使用过程中的环境污染问题，并缓解能源 危机，有的专家提出利用太阳能促进燃料循环使用的构想(如 图)。 这种构想或方案可用如下反应表示： 2co2 2co+o2 2h2o 2h2+o2 co+2h2 ch3oh co2+2h2o ch4+2o2 a.根据上述反应历程，该方案的主要目的是 _； b.要实现专家的这些构想，目前和今后要解决的关键问题是 _。 光能 光能 光能 光能 c.如果光子的能量不够，上述反应是无法完成的。而大自然 已经解决了这个问题，即_， 它是地球上最重要的化学反应之一。 【解题指南】解答本题要注意以下三点： (1)大气中co2产生的途径及减少co2的方法； (2)化合反应是原子利用率达100%的反应； (3)通过进行有关方程式的加和得到由初始反应物到目标产物 的化学方程式，由此可分析有关反应的目的。 【解析】(1)co2的排放主要是化石燃料的燃烧，减少大气中 co2的含量，必须减少化石燃料的使用，增大植被面积，增强 光合作用，开发利用太阳能、风能等。 (2)原子利用率(100%) = 原子利用率最高的反应类型有化合反应、加成反应、加聚反 应等。 (3)a.将反应按 方式处理后得方程式co2+h2o+h2 ch3oh+o2，再结合反应可知该方案的主要目的是将 co2和h2o转化为ch4、ch3oh等燃料。 b.现实生活中，在光照的条件下上述各步反应均不能发生， 要使它们发生必须解决“如何使物质吸收光能发生上述反应 转变为其他物质”。 c.绿色植物的光合作用实现了在日光作用下利用光能把二氧 化碳和水转变成碳水化合物的过程。 光能 答案：(1) (2)a c (3)a.将co2和h2o转化为ch4、ch3oh等燃料 b.如何使物质吸收光能发生反应转变为其他物质 c.绿色植物的光合作用，在日光作用下利用光能把二氧化碳 和水转变成碳水化合物(糖类) 【技巧点拨】方程式加和法的应用 将多个有一定关联的反应通过乘以适当的系数再加和的方法 ，可得到从初始反应物到最终产物的反应方程式。由此方程 式可分析反应方案的最终目的以及反应物、产物和催化剂情 况。 【变式训练】根据“绿色化学”思想，某化学家设计了下列 化学反应步骤： cabr2+h2o cao+2hbr 2hbr+hg hgbr2+h2 hgbr2+cao hgo+cabr2 2hgo 2hg+o2 该方案的目的是为了制备( ) a.hbr b.cao c.h2 d.hg 750 = 100 = 250 = 500 = 【解析】选c。将反应按2+2+2+式叠加处理可 得方程式2h2o 2h2+o2，因此cabr2、hg为催化剂， cao、hbr、hgbr2、hgo皆为中间产物，总反应为h2o分解产生 h2和o2，故选c。 = 【实验探究3】正推和逆推相结合解答化工流程型实验题 【典例】(2011山东高考t30节选)实验室以含有ca2+、 mg2+、cl-、 、br-等离子的卤水为主要原料制备无水cacl2 和br2，流程如下： (1)操作使用的试剂是_，所用主要仪器的名称是 _。 (2)加入溶液w的目的是_。用cao调节溶液y的ph，可以 除去mg2+。由表中数据可知，理论上可选择ph最大范围是 _。酸化溶液z时，使用的试剂为_。 开始沉淀时时的ph 沉淀完全时时的ph mg2+ 9.6 11.0 ca2+ 12.2 c(oh-)=1.8 moll-1 【精讲精析】 1.解题关键点 解答本题有三个关键点： (1)明确实验流程中每个环节的化学原理，进而准确推断出每 种溶液中所含的离子和每一步反应应除去的离子及生成的沉 淀。 (2)对常见的基本实验操作要熟悉。 (3)要注意整个流程中一些特别的条件。例如本题中ph的调节 等。 2.三个疑惑点 (1)向溶液x中加入溶液w的目的和溶液w的确定。 正确确定溶液w的作用及成分，可以从以下几点突破： 明确溶液x中的离子：ca2+、mg2+、cl-、 。 除去 的方法：加入ba2+的溶液，再考虑不能引入新杂 质，应选用bacl2溶液。 (2)加入cao后发生的反应及调节溶液y的ph除去mg2+的原理。 加入cao后主要发生反应：cao+h2o=ca(oh)2、h+ oh- =h2o，使溶液ph变大。 充分利用表格信息，确定使溶液中mg2+沉淀的适宜ph，ph的 选择依据有两个：即保证mg2+完全沉淀，则ph11.0；保证 ca2+不能沉淀，则ph12.2，故ph的理论值为11.0ph 12.2。 (3)为什么要对溶液z酸化及如何选择酸化试剂。 除去mg2+后的溶液z是碱性溶液，含有大量oh-，不利于 cacl2晶体析出。 酸化时，不能引入新的杂质离子，应选用盐酸酸化。 【参考答案】(1) 四氯化碳 分液漏斗 (2)除去溶液中的 11.0ph12.2 盐酸 化学工艺流程试题是高考考查的热点试题，解答该类题目的 基本思路是： 1.熟悉流程 首先将题目粗读一遍，初步了解大意，寻找解题的关键点。 2.弄懂原理，掌握要点 (1)原料与产品 从原料出发要得到目标产品，必须明确除去什么元素、引进 什么元素？ (2)步骤与目的 理清加入某种试剂或采用某种方法的目的是什么？如当加入 某一试剂后，能与什么物质反应，生成什么产物，分离提纯 时采用什么操作方法等。 分析时可采用正推和逆推相结合的方法，另外要充分利用所 提问题中的相关信息。 (3)抓住特例信息 所给信息一定有用，而且一定要用到。 注意所加试剂的量，如过量、少量等。 注意相关数据的分析、利用。 (4)熟记一些基本的实验操作。如沉淀的洗涤、沉淀是否完全 的检验方法、分离提纯的基本操作、常见离子的检验方法等。 1.(2012蚌埠模拟)“低碳生活”是指 生活作息时所耗用能量要减少，从而降 低碳特别是二氧化碳的排放。下列行为 不利于低碳生活的是( ) 提倡低碳生活 共护美好家园 a.处理废弃塑料制品较为合理的方法是使用化学方法加工成 防水涂料或汽油 b.开发太阳能、水能、风能等新能源，减少使用煤、石油等 化石燃料 c.实现资源的“3r”，即：减少消耗(reduce)、增加重复使 用(reuse)、重复再生(recycle) d.逐步推广天然气，代替石油和煤的使用 【解析】选d。天然气的主要成分为ch4，燃烧生成co2，代替 石油和煤使用不能降低co2的排放量。 2.我们要树立“科学发展观”，绝不能以牺牲环境为代价来 发展经济。下面有关环境污染的说法中，不正确的是( ) a.在采矿厂、制陶厂、耐火材料生产厂等场所长期工作的人 员，若不采取劳动保护措施，则容易患上矽肺病 b.氮的氧化物可以造成光化学污染，也可以破坏臭氧层，同 时还可以形成酸雨 c.工业废水、生活污水、农药、化肥、含磷的洗涤剂等都可 以对水体造成污染 d.植树造林既可以缓解温室效应，又可以降低酸雨的危害 【解析】选d。长期处在可吸入颗粒物浓度大的环境中，容易 患矽肺病；氮的氧化物可造成光化学污染和酸雨也会破坏臭 氧层；工业废水、生活废水、农药、化肥、含磷洗涤剂等可 造成水体污染；植被面积越大，光合作用吸收的co2就越多， 可缓解温室效应，但酸雨是由so2、no2大量进入空气造成的， 植树造林无法降低其危害。 3.海水是一个巨大的化学资源宝库。在开发利用海水资源过 程中，下列说法不正确的是( ) a.加入明矾，使海水的盐分沉淀并淡化 b.海水蒸发制海盐的过程中只发生了物理变化 c.海水淡化的方法主要有蒸馏法、离子交换法和电渗透法等 d.大海中含有钾、溴、碘等元素，需经过氧化还原反应才可 得到钾、溴、碘的单质 【解析】选a。海水淡化的主要任务是除去海水中溶解的盐类 物质，加入明矾后铝离子水解生成的氢氧化铝胶体只能吸附 海水中的悬浮物，不能除去海水中溶解的盐类物质；海水晒 盐中无化学变化发生，b正确；海水淡化的主要方法有蒸馏法 、离子交换法和电渗透法等，c正确；大海中的钾、溴、碘元 素均以化合态存在，要得到它们的单质必须通过氧化还原反 应，d正确。 4.以下反应最符合绿色化学原子经济性要求的是( ) a.乙烯聚合为聚乙烯高分子材料 b.甲烷与氯气制备一氯甲烷 c.以铜和浓硝酸为原料生产硝酸铜 d.用sio2制备高纯硅 【解析】选a。绿色化学的