高考化学培优增分一轮全国经典版讲义第4章第5节海水资源的开发利用环境保护和绿色化学

第5节海水资源的开发利用环境保护和绿色化学考试说明1．了解海水提溴和海水资源的开发利用。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。命题规律本节内容是高考的常考点。考查方式一般是以海水资源的开发利用为背景设计工艺流程图，结合环境保护和绿色化学的思想考查反应原理在化工生产中的综合应用。考点1海水资源的开发利用1．水资源的利用2．海水中化学资源的开发利用(1)氯碱工业海水→粗盐eq\o(→,\s\up17(精制))饱和食盐水eq\o(→,\s\up17(电解))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(阳极产物：Cl2,阴极产物：H2、NaOH))①电解NaCl溶液：(写出化学方程式，下同)2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up17(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。②产物制盐酸：H2＋Cl2eq\o(=,\s\up17(点燃))2HCl。③制漂白液：Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O。(2)镁的提取①工艺流程②基本步骤及主要反应a．制熟石灰：CaCO3eq\o(=,\s\up17(高温))CaO＋CO2↑，CaO＋H2O=Ca(OH)2。b．沉淀：Mg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓。c．酸化：Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2O。d．蒸发结晶：析出MgCl2·6H2O。e．脱水：在氯化氢气流中使MgCl2·6H2O脱水制得无水氯化镁。f．电解：电解熔融氯化镁制得镁：MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up17(电解))Mg＋Cl2↑。(3)溴的提取①工艺流程②基本步骤及主要反应a．浓缩：海水晒盐和海水淡化的过程中Br－得到浓缩。b．氧化：向浓缩的海水中通入Cl2，将Br－氧化为Br2，反应的离子方程式为Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－。c．富集：利用溴的挥发性，通入热空气或水蒸气，吹出的溴蒸气用SO2吸收。反应的化学方程式为Br2＋SO2＋2H2O=2HBr＋H2SO4。d．提取：再用Cl2将HBr氧化得到产品溴：Cl2＋2HBr=Br2＋2HCl。(4)碘的提取①工艺流程eq\x(干海带)eq\o(→,\s\up17(灼烧))eq\x(海带灰)eq\o(→,\s\up17(浸泡))eq\x(悬浊液)eq\o(→,\s\up17(过滤))eq\x(含I－的溶液)eq\o(→,\s\up17(适量Cl2))eq\x(含I2的溶液)eq\o(→,\s\up17(加CCl4),\s\do15(萃取、分液))eq\x(碘的有机溶液)eq\o(→,\s\up17(蒸馏))eq\x(晶体碘)②两种原理主要的化学原理：Cl2＋2KI=2KCl＋I2。主要物理原理：单质碘用苯或四氯化碳萃取，分液后用蒸馏法将碘与有机溶剂分开。3．海水其他资源的开发利用(1)海水中提取的铀和重水可用于核能的开发利用。(2)潮汐能、波浪能是有待开发的新型能源。(1)海水晒盐得到的是粗盐，含有Ca2＋、Mg2＋、SOeq\o\al(2－,4)等杂质，精制后得到NaCl饱和溶液，精制时通常在其中依次加入过量的BaCl2溶液、过量的NaOH溶液和过量的Na2CO3溶液，过滤后，再加适量盐酸调节至中性即可。(2)从海水中提取氯化镁的工艺流程中，MgCl2·6H2O脱水制取无水MgCl2是在HCl的气流中加热氯化镁晶体，以防MgCl2发生水解而得到Mg(OH)2。【基础辨析】判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)向海水中加入明矾可使海水淡化从而解决淡水危机。(×)(2)从海水中提取物质都必须通过化学反应才能实现。(×)(3)实验室从海带中提取单质碘的方法是：取样→灼烧→溶解→过滤→萃取。(×)(4)海水中含有钾元素，只需要经过物理变化就可以得到钾单质。(×)(5)氯化镁晶体(MgCl2·6H2O)加热失去结晶水生成MgCl2时，要在HCl的气流中进行。(√)(6)从海水提取溴的工艺流程中出现了两次Br－eq\o(→,\s\up17(氧化),\s\do15(Cl2))Br2的过程，这样设计的目的是把海水中的溴元素富集。(√)某校化学兴趣小组设计如下实验从浓缩的海水中提取溴。装置示意图和实验步骤如下(已知Br2的沸点为59℃，微溶于水，有毒性)实验步骤：①连接A与B，关闭活塞b、d，打开活塞a、c，向A中缓慢通入Cl2至反应结束；②关闭活塞a、c，打开活塞b、d，向A中鼓入足量热空气；③进行步骤②的同时，向B中通入足量SO2；④关闭活塞b，打开活塞a，再通过A向B中缓慢通入足量Cl2；⑤将B中所得液体进行蒸馏，收集液溴。回答下列问题：(1)实验室中用KMnO4和浓盐酸制备氯气的化学方程式为___________________________________________________。(2)步骤②中鼓入热空气的作用为_____________________。(3)步骤③B中发生的主要反应的离子方程式为___________。(4)此实验中尾气可用________(填字母序号)吸收处理。a．水b．浓硫酸c．NaOH溶液d．饱和NaCl溶液e．饱和Na2CO3溶液答案(1)2KMnO4＋16HCl(浓)=2MnCl2＋2KCl＋5Cl2↑＋8H2O(2)使A中生成的Br2随热空气进入B中(3)Br2＋SO2＋2H2O=4H＋＋2Br－＋SOeq\o\al(2－,4)(4)ce解析(1)实验室中用KMnO4和浓盐酸制备氯气时不需加热。(2)步骤②鼓入热空气的作用为将A中生成的Br2吹入B中。(3)步骤③B中发生的主要反应是Br2被SO2还原为Br－，离子方程式为Br2＋SO2＋2H2O=4H＋＋2Br－＋SOeq\o\al(2－,4)。(4)尾气中含可能没有反应完的Cl2、SO2，还有HBr，可用碱性溶液吸收。考点2环境保护和绿色化学1．常见的环境污染问题(1)酸雨(pH<5.6)：主要是SO2和氮氧化合物造成的。(2)光化学烟雾：主要是氮氧化合物、碳氢化合物造成的。(3)臭氧空洞：主要是氟氯代烃和氮氧化合物等的排放引起的。(4)温室效应：主要是大气中CO2等含量的升高造成的。(5)白色污染：主要是聚乙烯、聚氯乙烯等难降解的塑料等大量使用引起的。(6)赤潮、水华：含磷洗衣粉的大量使用、工农业及城市生活污水的任意排放引起的。(7)居室污染：建筑、装修材料挥发出的甲醛、苯、甲苯等引起的。(8)雾霾：SO2、氮氧化物和可吸入颗粒物(PM2.5)等引起的。2．绿色化学(1)CO2不属于污染性气体，但对环境会造成影响，如：温室效应。(2)环境污染的防治措施有：合理规划工业发展和城市建设布局；调整能源结构；控制“三废(废水、废渣、废气)”的排放，工业“三废”排放时要净化处理，达标后再排。【基础辨析】判断正误，正确的画“√”，错误的画“×”。(1)使用无磷洗衣粉，可彻底解决水体富营养化。(×)(2)将废电池深埋，可以避免其中的重金属污染。(×)(3)CO2、NO2和SO2都会导致酸雨的形成。(×)(4)CO2、CH4、N2都是造成温室效应的气体。(×)(5)酸雨是pH<7的雨水。(×)(6)田间焚烧秸秆可减少土壤废弃物污染。(×)1．酸雨形成的示意图如图。下列说法中，不正确的是()A．汽车尾气是导致酸雨的原因之一B．酸雨会使土壤、湖泊酸化C．酸雨形成中不涉及氧化还原反应D．燃煤中加入石灰石可防治酸雨答案C解析汽车尾气产生的氮氧化物可形成硝酸型酸雨，A正确；空气中的N2先转化为NO，再转化为NO2，最终转化为HNO3，发生的都是氧化还原反应，C错误；燃煤中产生的SO2可与石灰石反应最终转化为CaSO4，D正确。2．下列生产工艺能体现“绿色化学”“节能环保”思想的是()A．火力发电：在燃煤中加入适量生石灰B．工业制硫酸：提高尾气排放的烟囱高度C．工业制氢气：用天然气发电再电解水D．工业制胆矾：将浓硫酸与铜反应后的溶液蒸发、结晶答案A解析在燃煤中加入适量生石灰，能够起到固硫的作用，减少SO2的排放，只有A符合。1.[2017·全国卷Ⅲ]化学与生活密切相关。下列说法错误的是()A．PM2.5是指粒径不大于2.5μm的可吸入悬浮颗粒物B．绿色化学要求从源头上消除或减少生产活动对环境的污染C．燃煤中加入CaO可以减少酸雨的形成及温室气体的排放D．天然气和液化石油气是我国目前推广使用的清洁燃料答案C解析燃煤中加入CaO是为了除去煤燃烧生成的SO2，可减少酸雨的形成，但不能减少温室气体的排放。2．[2017·江苏高考]2017年世界地球日我国的主题为“节约集约利用资源，倡导绿色简约生活”。下列做法应提倡的是()A．夏天设定空调温度尽可能的低B．推广使用一次性塑料袋和纸巾C．少开私家车多乘公共交通工具D．对商品进行豪华包装促进销售答案C解析A项，夏天空调温度设定的越低，耗电越多，不应提倡。B项，一次性塑料袋难以降解，会污染环境，使用一次性纸巾不能节约资源，均不应提倡。C项，少开私家车多乘公共交通工具可以节能减排，应提倡。D项，豪华包装浪费资源，不应提倡。3．[2016·全国卷Ⅱ]下列有关燃料的说法错误的是()A．燃料燃烧产物CO2是温室气体之一B．化石燃料完全燃烧不会造成大气污染C．以液化石油气代替燃油可减少大气污染D．燃料不完全燃烧排放的CO是大气污染物之一答案B解析燃料燃烧产生的CO2是导致温室效应的主要气体之一，A正确；化石燃料完全燃烧生成的SO2属于大气污染物，B错误；液化石油气含碳量比燃油低，用液化石油气代替燃油能减少大气污染，C正确；CO是大气污染物之一，D正确。4．[2016·浙江高考]为落实“五水共治”，某工厂拟综合处理含NHeq\o\al(＋,4)废水和工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO，不考虑其他成分)，设计了如下流程：下列说法不正确的是()A．固体1中主要含有Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3B．X可以是空气，且需过量C．捕获剂所捕获的气体主要是COD．处理含NHeq\o\al(＋,4)废水时，发生反应的离子方程式为NHeq\o\al(＋,4)＋NOeq\o\al(－,2)=N2↑＋2H2O答案B解析根据题中的流程，可以得出固体1为CaCO3、CaSO3和过量的Ca(OH)2的混合物，A正确；气体1为N2、NO、CO的混合物，因为存在反应NO＋NO2＋2NaOH=2NaNO2＋H2O，通入X，然后再与NaOH溶液反应生成的产物为NaNO2，故X具有氧化性，若为空气，一定不能过量，否则会生成NaNO3，B错误；气体2为N2、CO，因“无污染气体”为N2，故捕获的气体主要是CO，C正确；NHeq\o\al(＋,4)与NOeq\o\al(－,2)能够发生归中反应生成氮气，离子方程式为NHeq\o\al(＋,4)＋NOeq\o\al(－,2)=N2↑＋2H2O，D正确。5．[2015·全国卷Ⅱ]海水开发利用的部分过程如图所示。下列说法错误的是()A．向苦卤中通入Cl2是为了提取溴B．粗盐可采用除杂和重结晶等过程提纯C．工业生产中常选用NaOH作为沉淀剂D．富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收答案C解析苦卤中含有Br－，通入Cl2可将Br－氧化生成Br2，A正确；粗盐中含有Ca2＋、SOeq\o\al(2－,4)等杂质离子，故先除杂得NaCl和KCl的混合溶液，而NaCl的溶解度随温度变化不大，故采用重结晶可以得到纯净的NaCl，B正确；工业上沉淀海水中的Mg2＋，采用Ca(OH)2，不用NaOH，因为NaOH的价格较贵，C错误；Br2易挥发，用热气吹出后，用SO2吸收，生成H2SO4和HBr，富集后再用Cl2处理HBr生成Br2，D正确。时间：45分钟满分：100分一、选择题(每题7分，共84分)1．“绿色化学”又称环境友好化学，下列叙述符合绿色化学原则的是()A．绿色化学的核心是利用化学原理对工业生产造成的污染进行治理B．有机化工生产中所需溶剂尽量不选择苯、氯仿等有机物C．回收电子垃圾通过高温焚烧熔出金属，可实现资源循环利用和绿色环保D．将工业废水加压排放到地下深井，可实现自然过滤净化和避免水的污染答案B解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，不产生废弃物，原子利用率100%，而不是污染之后再进行治理，A错误；苯、氯仿有毒，故尽量不用作溶剂，B正确；通过高温焚烧电子垃圾能回收金属，但同时产生有毒气体而污染大气，C错误；将工业废水排放到地下深井会污染地下水，D错误。2．[2017·福建高三联考]化学与环境和能源密切相关。下列说法不正确的是()A．新能源汽车的推广与使用有助于减少光化学烟雾的产生B．PM2.5是指空气中氮氧化物和硫氧化物含量之和C．为防止重金属等物质污染土壤和水体，废电池应回收综合利用D．用可降解的“玉米塑料”制作一次性饭盒，能减少“白色污染”答案B解析PM2.5是指空气中粒子直径小于等于2.5微米的可吸入颗粒物。3．若将海水淡化作饮用水使用，下列方法在原理上完全不可行的是()A．加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化B．利用太阳能使海水蒸馏淡化C．将海水缓慢凝固以获取淡化的饮用水D．将海水通过离子交换树脂，以除去所含离子答案A解析明矾净水是利用Al3＋水解生成的Al(OH)3胶体的吸附作用而除去水中的一些杂质，并不能除去海水中的阴、阳离子而使海水淡化，A原理上不可行；利用太阳能使海水蒸馏淡化，是有研究价值的一种淡化途径，B原理上可行；海水缓慢凝固后可结成冰，在这个过程中可以除去海水中的离子而淡化，C原理上可行；将海水通过离子交换树脂使海水淡化是一种已被应用的海水淡化方法，D原理上可行。4．已知MgO、MgCl2的熔点分别为2800℃、714℃，将MgO、MgCl2加热熔融后通电电解，都可得到金属镁。海水中含有MgCl2，工业上从海水中提取镁，正确的方法是(A．海水eq\o(→,\s\up17(NaOH))Mg(OH)2eq\o(→,\s\up17(电解))MgB．海水eq\o(→,\s\up17(HCl))MgCl2溶液→MgCl2(熔融)eq\o(→,\s\up17(电解))MgC．海水eq\o(→,\s\up17(石灰乳))Mg(OH)2eq\o(→,\s\up17(灼烧))MgOeq\o(→,\s\up17(电解))MgD．海水eq\o(→,\s\up17(石灰乳))Mg(OH)2eq\o(→,\s\up17(HCl))MgCl2溶液→MgCl2(熔融)eq\o(→,\s\up17(电解))Mg答案D解析Mg(OH)2是一种不溶性碱，加热熔融时会发生分解，A错误；海水中加入HCl，得不到MgCl2溶液，B错误；电解MgO时，由于MgO的熔点很高，耗能大，所以经济效益差，C错误。5．[2017·北京东城高三质检]海水综合利用要符合可持续发展的原则，其联合工业体系(部分)如图所示：下列说法不正确的是()A．①中可采用蒸馏法B．②中可通过电解饱和氯化镁溶液制金属镁C．③中提取溴涉及氧化还原反应D．④的产品可生产盐酸、漂白液等答案B解析蒸馏法是得到淡水的一种常见方法，A正确；电解熔融MgCl2才能得到金属镁，B错误；③发生的反应为Cl2＋2Br－=2Cl－＋Br2，属于氧化还原反应，C正确；氯碱工业即电解饱和食盐水，可得到NaOH、Cl2、H2，D正确。6．我国有广阔的海岸线，建设海峡经济区，海水的综合利用大有可为，如图所示为海水综合利用部分流程，有关说法正确的是()A．上述工艺流程中涉及化合、分解、复分解和置换反应B．①只发生了化学变化，②是用电解熔融NaCl制备Cl2C．③④涉及的反应均为氧化还原反应，⑤只需要蒸馏即可得到单质Br2D．④中反应的离子方程式为SO2＋Br2＋2H2O=4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2Br－答案D解析题述工艺流程中没有涉及化合、复分解反应发生，故A错误；①只发生了物理变化，故B错误；③④⑤涉及的反应均为氧化还原反应，故C错误；④中反应的离子方程式为SO2＋Br2＋2H2O=4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2Br－，故D正确。7．化学实验应遵循绿色化学的原则，实现原料和过程的绿色化。下列实验或实验过程遵循绿色化学原则的是()①在铜与浓硝酸反应的实验中，将铜片改为可调节高度的铜丝②将实验室的废酸液和废碱液中和后再放入到指定位置集中处理③用双氧水代替高锰酸钾制氧气④将用铜粉与浓硫酸反应制取硫酸铜的实验方案改为先将铜粉在空气中充分加热制得氧化铜，再将氧化铜溶解在稀硫酸中A．①②B．②③C．③④D．①②③④答案D解析①铜与浓硝酸剧烈反应产生有毒的NO2气体，将铜片改为可调节高度的铜丝可及时终止反应，减少NO2气体的排放量；②将实验室的废酸液和废碱液中和后可以减少污染；③用双氧水制氧气副产物为水，不产生污染；④既杜绝了产生SO2而导致的污染，又提高了硫原子的利用率。以上过程均做到了从源头上减少或杜绝污染，符合绿色化学的思想。8．下列叙述中不正确的是()A．工厂废气中的飘尘以及微细的固体颗粒物(例如硅酸盐粉尘)分散在空气中形成气溶胶，对人类健康危害极大B．在含硫的煤中加入适量生石灰，可有效降低二氧化硫对大气的污染C．利用一氧化碳合成甲醇的反应为CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)，其原子利用率为100%D．工业生产中排放的废渣、废水、废气只会对环境产生污染，无任何价值答案D解析胶体微粒直径很小，易被吸入人体，进入肺部等重要器官，对人类健康造成极大危害，A正确；含有硫的煤在燃烧过程中释放的SO2被CaO吸收最终生成CaSO4，从而有效降低了SO2对大气的污染，B正确；反应物的原子全部进入CH3OH中，其原子利用率为100%，C正确；可以对“三废”进行利用，变废为宝，实现其价值，D错误。9．下列有关环境问题的说法正确的是()A．燃煤时加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量B．臭氧的体积分数超过10－4%的空气有利于人体健康C．CO、NO、NO2都是大气污染气体，在空气中都能稳定存在D．含磷合成洗涤剂易于被细菌分解，故不会导致水体污染答案A解析CaCO3eq\o(=,\s\up17(高温))CaO＋CO2↑，2CaO＋2SO2＋O2=2CaSO4，A正确；低空臭氧浓度过大对人体有害，B错误；2NO＋O2=2NO2，故NO在空气中不能稳定存在，C错误；水体含磷量高，会导致水体富营养化，D错误。10．[2017·北京西城高三期末]利用海水提取溴和镁的过程如下，下列说法不正确的是()A．工业溴中含少量Cl2，可用NaOH溶液除去B．工业上常利用电解熔融MgCl2冶炼金属镁C．富集溴元素过程中，空气吹出法利用了溴易挥发的性质D．若提取1molBr2，至少需要标准状况下44.8L的Cl2答案A解析Br2能与NaOH反应，A错误；Mg是活泼金属，所以常采用电解熔融MgCl2的方法获得金属镁，B正确；Cl2＋2Br－=2Cl－＋Br2，而要得到1molBr2需要通入两次Cl2，第一次是富集，第二次是最终的氧化，所以最少需要2molCl2，D正确。11．[2017·福建厦门一中月考]根据如图海水综合利用的工业流程图，判断下列说法正确的是()已知：MgCl2·6H2O受热生成Mg(OH)Cl和HCl气体等。A．过程①的提纯是物理过程，过程②通过氧化还原反应可产生2种单质B．在过程③中将MgCl2·6H2O灼烧即可制得无水MgCl2C．在过程④、⑥反应中每氧化0.2molBr－需消耗2.24LCl2D．过程⑤反应后溶液呈强酸性，生产中需解决其对设备的腐蚀问题答案D解析A项，过程①涉及Mg2＋、COeq\o\al(2－,3)、SOeq\o\al(2－,4)的沉淀，属于化学过程，错误；B项，由已知条件知直接灼烧MgCl2·6H2O得不到无水MgCl2，错误；C项，未指明温度和压强，错误；D项正确。12．含硫煤燃烧会产生大气污染物，为防治该污染，某工厂设计了新的治污方法，同时可得到化工产品，该工艺流程如图所示，下列叙述不正确的是()A．该过程中可得到化工产品H2SO4B．该工艺流程是除去煤燃烧时产生的SO2C．该过程中化合价发生改变的元素为Fe和SD．图中涉及的反应之一为Fe2(SO4)3＋SO2＋2H2O=2FeSO4＋2H2SO4答案C解析根据工艺流程图可知，该工艺中Fe2(SO4)3溶液吸收SO2生成FeSO4和H2SO4，该反应的化学方程式为Fe2(SO4)3＋SO2＋2H2O=2FeSO4＋2H2SO4，该工艺不仅吸收了二氧化硫，还得到了化工产品硫酸，A、D正确；根据A中分析可知该工艺流程是除去煤燃烧时产生的SO2，B正确；该过程中化合价发生变化的元素有氧、铁、硫，C错误。二、非选择题(共16