2012年高中化学化学与资源开发利用课件3版选修

1、第2讲化学与资源开发利用最新展示1.了解化学在水处理中的作用。 2.了解海水的综合利用，了解科学发展对自然资源利用的作用。3.了解煤、石油和天然气等综合利用的意义。 4.了解化学对废旧物资再生与综合利用的作用。热点定位1.天然水净化、污水处理的方法。2.海水中提取溴、镁的工艺流程。3.氯碱工业的生产原理及工艺流程。4.石油裂化、裂解的比较，分馏产品及煤的综合利用。一、获取洁净的水1天然水的净化(1)混凝法天然水中常含有一些悬浮物和胶体，常用加入混凝剂的方法，使细小的悬浮物和胶体凝聚成较大的颗粒而沉淀，再过滤除去。最常用的一种混凝剂是明矾，其在水中发生电离：KAl(SO4)2=KAl32SO42

2、，Al3与水发生水解反应生成Al(OH)3：Al33H2OAl(OH)33H。Al(OH)3在水中以絮状的胶体形式存在，由于水中的胶体杂质一般都带负电，而Al(OH)3胶体粒子都带正电，从而使胶体杂质聚沉，同时Al(OH)3还能吸附一些悬浮物。在工业生产中还常用硫酸铝、聚合铝、硫酸亚铁等作混凝剂。(2)化学软化法硬水：含有较多Ca2、Mg2的水。暂时硬度：由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起的水的硬度。永久硬度：由钙和镁的硫酸盐或氯化物引起的水的硬度。化学软化方法a加热法只能软化暂时硬水，其原理为：Ca(HCO3)2 CaCO3CO2H2O，Mg(HCO3)2 MgCO3CO2H2O，

3、继续煮沸时，MgCO3可转化为更难溶的Mg(OH)2：MgCO3H2O Mg(OH)2CO2。b药剂法先加Ca(OH)2，再加Na2CO3。Ca(OH)2可消除水的暂时硬度，还可将Mg2引起的永久硬度转化为由Ca2形成的硬度，其作用原理如下：Ca(HCO3)2Ca(OH)2=2CaCO32H2OMg(HCO3)22Ca(OH)2=2CaCO3Mg(OH)22H2OMgSO4Ca(OH)2=Mg(OH)2CaSO4加入纯碱的作用是将过量Ca2沉淀出来，Ca2CO32=CaCO3。c离子交换法概念：使离子交换树脂上的离子与水中的离子交换，除去水中的阴、阳离子的方法。表示方法：nHRMnMRnnH，

4、mROHYmRmYmOH。树脂再生：交换完成后的树脂用酸或碱处理可重新恢复交换能力。2污水处理(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Hg2S2=HgS，Pb2S2=PbS，Cu2S2=CuS。3海水淡化：常用方法为蒸馏法、电渗析法等。【应用指南】(1)水垢的主要成分为CaCO3和Mg(OH)2。(2)水的净化是除去天然水中的悬浮物、细菌等，常用FeCl3、AlCl3、Al2(SO4)3或明矾等易水解的物质作净水混凝剂、用木炭脱色脱臭，饮用水还常用漂白粉、液氯等消毒、杀菌。(200

5、9年浙江高考)以下是与绿色化学、环境保护和人类健康息息相关的三个主题，请根据已知信息回答有关问题：(1)下列制备氯乙烷的反应中原子经济性最高的是(可多选)_。由上述四个反应可归纳出，原子经济性最高的是_反应(填反应类型)。(2)有毒物质的无害化也是绿色化学研究的内容之一。ClO2是一种性能优良的消毒剂，还可将废水中少量的S2、NO2和CN等有毒有害的还原性酸根离子氧化去除。请写出用ClO2将废水中剧毒的CN氧化成无毒气体的离子方程式_，并说明该方法的优点_。(3)下图为某饮用水厂从天然水制备纯净水(去离子水)的工艺流程示意图：活性炭的作用是_；O3消毒的优点是_。A、B中放置的物质名称分别是：

6、A_；B_。【名师解析】(1)原子经济性是指原子利用率，应为加成反应原子是百分之百利用。(2)根据电荷守恒、电子守恒、元素守恒可配平。(3)活性炭能吸附水中某些有毒或有异味的分子，O3消毒不引入新杂质A、B应为离子交换树脂，其中阴离子交换树脂不能在前，因为离子交换过程中产生的OH与Ca2、Mg2离子形成不溶性物质而造成堵塞。【答案】(1)AD加成(2)2ClO22CN=2CO2N22Cl产生了无毒的CO2、N2(3)吸附水中的有机物(或去除水中的异味)反应产物无毒无害阳离子交换树脂阴离子交换树脂(3)粗盐的精制目的：除去泥沙，使Ca2、Mg2、Fe3、SO42等离子的含量达到要求。原因：Ca2

7、、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SO42会引入杂质。试剂：BaCl2、Ca(OH)2、Na2CO3、稀盐酸。用BaCl2除去SO42，用Ca(OH)2除去Mg2、Fe3，用Na2CO3除去Ba2及Ca2，所加沉淀剂需稍过量。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。有关反应方程式Ba2SO42=BaSO4，Mg22OH=Mg(OH)2，Fe33OH=Fe(OH)3，Ca2CO32=CaCO3，Ba2CO32=BaCO3，CO322H=H2OCO2。2海水提溴(1)工艺流程(2)反应原理

8、Cl2+2NaBr=2NaCl+Br23Br2+3Na2CO3=5NaBr+NaBrO3+3CO25NaBr+NaBrO3+3H2SO4=3Br2+3Na2SO4+3H2O3海水提镁(1)工艺流程(2)主要化学反应(3)生产中应用的平衡原理沉淀溶解平衡原理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，则最大程度地将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。水解平衡原理在MgCl26H2O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

9、c(HCl)，抑制了MgCl2的水解，避免了Mg(OH)2的生成。(2009年宁夏高考)请回答氯碱工业中的如下问题：(1)氯气、烧碱是电解食盐水时按照固定的比率k(质量比)生成的产品。理论上k_(要求计算表达式和结果)；(2)原料粗盐中常含有泥沙和Ca2、Mg2、Fe3、SO42等杂质，必须精制后才能供电解使用。精制时，粗盐溶于水过滤后，还要加入的试剂分别为Na2CO3、HCl(盐酸)、BaCl2，这3种试剂添加的合理顺序是_(填序号)；(3)氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标

10、出，所用的离子膜都只允许阳离子通过。图中X、Y分别是_、_(填化学式)，分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小_；分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反应正极：_；负极：_；这样设计的主要节能(电)之处在于(写出2处)_。【名师解析】 (1)根据2NaCl2H2O 2NaOHCl2H2，得出Cl2和NaOH物质的量之比为12，转化为质量比即得出答案7180。(2)先加BaCl2可以除去SO42，再加Na2CO3能除去引入的Ba2和溶液中的Ca2、Mg2、Fe3，再加入盐酸能除去引入的CO32。(3)因A中电解饱和食盐水生成H2和Cl2，H2要和B中通入的O2形成燃料电池，所以X为

11、Cl2，Y为H2。因B中右端O2放电产生的OH可和能够自由通过交换膜的Na结合成NaOH，所以a%b%。这是H2和O2组成的燃料电池，正极： O2H2O2e=2OH；负极：H22OH2e=2H2O。三、石油、煤和天然气的综合利用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不同沸点，将其分离成沸点不同的产物物理变化原油石油气、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

12、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、出炉煤气气化把煤中的有机物转化为可燃性气体低热值气CO、H2、相当量的N2中热值气CO、H2、少量CH4高热值气CH4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、芳香烃和副产燃料气、液化石油气等间接液化把煤气化成CO和H2，经催化合成液体燃料、醇类燃料(如CH3OH)等合成汽油、甲醇等3.天然气的综合利用(1)作清洁燃料。(2)为合成氨提供原料气氢气：CH4 C2H2；CH4H2O CO3H2、COH2O CO2H2。(3)为有机化工提供重要原料甲醇：2CH4O2 2CH3OH。(4

13、)一碳化学 一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物(如CO、CH4、CH3OH等)为原料来合成一系列化工原料和燃料的化学。一碳化工也可以说是新一代的煤化工和天然气化工。【应用指南】(1)分馏和干馏的本质区别分馏是对石油固有的成分的分离，为物理变化；干馏是对煤强热分解得到新产物，为化学变化。(2)煤和木炭、焦炭组成不同煤是以碳元素为主的复杂有机物和无机物的混合物，而木炭、焦炭的成分就是碳单质，所以木炭、焦炭易于燃烧，而煤不易燃烧。(3)天然气和焦炉气不同天然气是一种化石燃料，它蕴藏在地层内，从气井上开采的可燃性气体，其主要成分是CH4、C2H6、C3H8等小分子烷烃，主要是CH4，它既是一种重

14、要能源，又是一种重要的工业资源。焦炉气是煤干馏所得产物之一，其主要成分是H2、CH4、CO、C2H4等，它也是重要的气体燃料和化工原料。如何从石油中获得更多的轻质燃油一直是化学家探索的课题，将石油分馏得到的重油进行裂化可以获得更多的轻质燃油。某研究性学习小组在实验室中模拟石油的催化裂化，装置如上图：实验过程中可观察到烧瓶中固体石蜡先熔化，试管中有少量液体凝结，试管中酸性高锰酸钾溶液褪色，实验后闻试管中液体气味，具有汽油的气味。资料一：石蜡是含有2030个碳原子的烷烃的混合物，常温下呈固态。资料二：石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化剂。(1)该装置仪器连接的顺序遵循原则为 ，为保证实验成功，

15、实验前必须进行的操作是 ，装置中较长导管的作用是 。(2)试管中少量液体凝结说明了_。(3)试管中溶液褪色说明了_。(4)能否用试管中的液体萃取溴水中的溴，理由是 _ 。(5)写出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化学方程式_(6)石油裂化的重要意义是_。【名师解析】仪器连接的顺序应遵循：从下往上，从左到右的原则，装入药品之前要检验装置的气密性。依据石油分馏工业的分馏塔原理，设置了长导管，其作用除导气外，兼起冷凝气体的作用；依据催化裂化原理，下列反应皆有可能发生：aC20H42 C10H20C10H22bC10H22 C5H12C5H10cC5H12 C2H4C3H8dC5H12 CH4C4H8试管中有液体生成，说明生成5个碳原子数以上的烃，因为常温常压下，5个碳原子数以上的烃大都呈液体，试管中KMnO4溶液褪色说明生成常温常压下呈气