高中化學：《化學與資源開發(fā)利用》課件3 魯科版選修2

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歡迎進入化學課堂 第2講化學與資源開發(fā)利用 一 獲取潔凈的水1 天然水的凈化 1 混凝法天然水中常含有一些懸浮物和膠體 常用加入混凝劑的方法 使細小的懸浮物和膠體凝聚成較大的顆粒而沉淀 再過濾除去 最常用的一種混凝劑是明礬 其在水中發(fā)生電離 KAl SO4 2 K Al3 2SO42 Al3 與水發(fā)生水解反應生成Al OH 3 Al3 3H2O Al OH 3 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一般都帶負電 而Al OH 3膠體粒子都帶正電 從而使膠體雜質聚沉 同時Al OH 3還能吸附一些懸浮物 在工業(yè)生產(chǎn)中還常用硫酸鋁 聚合鋁 硫酸亞鐵等作混凝劑 2 化學軟化法 硬水 含有較多Ca2 Mg2 的水 暫時硬度 由Ca HCO3 2或Mg HCO3 2引起的水的硬度 永久硬度 由鈣和鎂的硫酸鹽或氯化物引起的水的硬度 化學軟化方法a 加熱法只能軟化暫時硬水 其原理為 Ca HCO3 2CaCO3 CO2 H2O Mg HCO3 2MgCO3 CO2 H2O 繼續(xù)煮沸時 MgCO3可轉化為更難溶的Mg OH 2 MgCO3 H2OMg OH 2 CO2 b 藥劑法先加Ca OH 2 再加Na2CO3 Ca OH 2可消除水的暫時硬度 還可將Mg2 引起的永久硬度轉化為由Ca2 形成的硬度 其作用原理如下 Ca HCO3 2 Ca OH 2 2CaCO3 2H2OMg HCO3 2 2Ca OH 2 2CaCO3 Mg OH 2 2H2OMgSO4 Ca OH 2 Mg OH 2 CaSO4加入純堿的作用是將過量Ca2 沉淀出來 Ca2 CO32 CaCO3 c 離子交換法概念 使離子交換樹脂上的離子與水中的離子交換 除去水中的陰 陽離子的方法 表示方法 nHR Mn MRn nH mROH Ym RmY mOH 樹脂再生 交換完成后的樹脂用酸或堿處理可重新恢復交換能力 2 污水處理 1 中和法酸性廢水常用熟石灰中和 堿性廢水常用H2SO4或CO2中和 2 沉淀法Hg2 Pb2 Cu2 等重金屬離子可用Na2S除去 反應的離子方程式為Hg2 S2 HgS Pb2 S2 PbS Cu2 S2 CuS 3 海水淡化 常用方法為蒸餾法 電滲析法等 應用指南 1 水垢的主要成分為CaCO3和Mg OH 2 2 水的凈化是除去天然水中的懸浮物 細菌等 常用FeCl3 AlCl3 Al2 SO4 3或明礬等易水解的物質作凈水混凝劑 用木炭脫色脫臭 飲用水還常用漂白粉 液氯等消毒 殺菌 2009年浙江高考 以下是與綠色化學 環(huán)境保護和人類健康息息相關的三個主題 請根據(jù)已知信息回答有關問題 1 下列制備氯乙烷的反應中原子經(jīng)濟性最高的是 可多選 由上述四個反應可歸納出 原子經(jīng)濟性最高的是 反應 填反應類型 2 有毒物質的無害化也是綠色化學研究的內容之一 ClO2是一種性能優(yōu)良的消毒劑 還可將廢水中少量的S2 NO2 和CN 等有毒有害的還原性酸根離子氧化去除 請寫出用ClO2將廢水中劇毒的CN 氧化成無毒氣體的離子方程式 并說明該方法的優(yōu)點 3 下圖為某飲用水廠從天然水制備純凈水 去離子水 的工藝流程示意圖 活性炭的作用是 O3消毒的優(yōu)點是 A B中放置的物質名稱分別是 A B 名師解析 1 原子經(jīng)濟性是指原子利用率 應為加成反應原子是百分之百利用 2 根據(jù)電荷守恒 電子守恒 元素守恒可配平 3 活性炭能吸附水中某些有毒或有異味的分子 O3消毒不引入新雜質A B應為離子交換樹脂 其中陰離子交換樹脂不能在前 因為離子交換過程中產(chǎn)生的OH 與Ca2 Mg2 離子形成不溶性物質而造成堵塞 答案 1 AD加成 2 2ClO2 2CN 2CO2 N2 2Cl 產(chǎn)生了無毒的CO2 N2 3 吸附水中的有機物 或去除水中的異味 反應產(chǎn)物無毒無害陽離子交換樹脂陰離子交換樹脂 3 粗鹽的精制 目的 除去泥沙 使Ca2 Mg2 Fe3 SO42 等離子的含量達到要求 原因 Ca2 Mg2 等在堿溶液中形成的沉淀及泥沙等會破壞離子交換膜 而SO42 會引入雜質 試劑 BaCl2 Ca OH 2 Na2CO3 稀鹽酸 用BaCl2除去SO42 用Ca OH 2除去Mg2 Fe3 用Na2CO3除去Ba2 及Ca2 所加沉淀劑需稍過量 工藝流程粗鹽水過濾離子交換樹脂 精鹽水 在進入電解槽前需通過離子交換樹脂進一步除去Ca2 Mg2 等離子 以防破壞離子交換膜 有關反應方程式Ba2 SO42 BaSO4 Mg2 2OH Mg OH 2 Fe3 3OH Fe OH 3 Ca2 CO32 CaCO3 Ba2 CO32 BaCO3 CO32 2H H2O CO2 2 海水提溴 1 工藝流程 2 反應原理Cl2 2NaBr 2NaCl Br23Br2 3Na2CO3 5NaBr NaBrO3 3CO2 5NaBr NaBrO3 3H2SO4 3Br2 3Na2SO4 3H2O 3 海水提鎂 1 工藝流程 2 主要化學反應 3 生產(chǎn)中應用的平衡原理 沉淀溶解平衡原理a 向海水中加入沉淀劑Ca OH 2 由于c OH 增大 Mg OH 2的溶解度小于Ca OH 2 則最大程度地將Mg2 轉化為Mg OH 2沉淀 b 向Mg OH 2沉淀中加入鹽酸 使沉淀溶解平衡右移 水解平衡原理在MgCl2 6H2O脫水變?yōu)镸gCl2時 由于MgCl2 2H2O Mg OH 2 2HCl水解平衡的存在 在HCl氣體環(huán)境中 增大c HCl 抑制了MgCl2的水解 避免了Mg OH 2的生成 2009年寧夏高考 請回答氯堿工業(yè)中的如下問題 1 氯氣 燒堿是電解食鹽水時按照固定的比率k 質量比 生成的產(chǎn)品 理論上k 要求計算表達式和結果 2 原料粗鹽中常含有泥沙和Ca2 Mg2 Fe3 SO42 等雜質 必須精制后才能供電解使用 精制時 粗鹽溶于水過濾后 還要加入的試劑分別為 Na2CO3 HCl 鹽酸 BaCl2 這3種試劑添加的合理順序是 填序號 3 氯堿工業(yè)是高耗能產(chǎn)業(yè) 一種將電解池與燃料電池相組合的新工藝可以節(jié) 電 能30 以上 在這種工藝設計中 相關物料的傳輸與轉化關系如下圖所示 其中的電極未標出 所用的離子膜都只允許陽離子通過 圖中X Y分別是 填化學式 分析比較圖示中氫氧化鈉質量分數(shù)a 與b 的大小 分別寫出燃料電池B中正極 負極上發(fā)生的電極反應正極 負極 這樣設計的主要節(jié)能 電 之處在于 寫出2處 名師解析 1 根據(jù)2NaCl 2H2O2NaOH Cl2 H2 得出Cl2和NaOH物質的量之比為1 2 轉化為質量比即得出答案71 80 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 再加入鹽酸能除去引入的CO32 3 因A中電解飽和食鹽水生成H2和Cl2 H2要和B中通入的O2形成燃料電池 所以X為Cl2 Y為H2 因B中右端O2放電產(chǎn)生的OH 可和能夠自由通過交換膜的Na 結合成NaOH 所以a b 這是H2和O2組成的燃料電池 正極 O2 H2O 2e 2OH 負極 H2 2OH 2e 2H2O 三 石油 煤和天然氣的綜合利用1 石油的煉制 2 煤的綜合利用 3 天然氣的綜合利用 1 作清潔燃料 2 為合成氨提供原料氣 氫氣 CH4C 2H2 CH4 H2OCO 3H2 CO H2OCO2 H2 3 為有機化工提供重要原料 甲醇 2CH4 O22CH3OH 4 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 為原料來合成一系列化工原料和燃料的化學 一碳化工也可以說是新一代的煤化工和天然氣化工 應用指南 1 分餾和干餾的本質區(qū)別分餾是對石油固有的成分的分離 為物理變化 干餾是對煤強熱分解得到新產(chǎn)物 為化學變化 2 煤和木炭 焦炭組成不同煤是以碳元素為主的復雜有機物和無機物的混合物 而木炭 焦炭的成分就是碳單質 所以木炭 焦炭易于燃燒 而煤不易燃燒 3 天然氣和焦爐氣不同 天然氣是一種化石燃料 它蘊藏在地層內 從氣井上開采的可燃性氣體 其主要成分是CH4 C2H6 C3H8等小分子烷烴 主要是CH4 它既是一種重要能源 又是一種重要的工業(yè)資源 焦爐氣是煤干餾所得產(chǎn)物之一 其主要成分是H2 CH4 CO C2H4等 它也是重要的氣體燃料和化工原料 如何從石油中獲得更多的輕質燃油一直是化學家探索的課題 將石油分餾得到的重油進行裂化可以獲得更多的輕質燃油 某研究性學習小組在實驗室中模擬石油的催化裂化 裝置如上圖 實驗過程中可觀察到燒瓶 中固體石蠟先熔化 試管 中有少量液體凝結 試管 中酸性高錳酸鉀溶液褪色 實驗后聞試管 中液體氣味 具有汽油的氣味 資料一 石蠟是含有20 30個碳原子的烷烴的混合物 常溫下呈固態(tài) 資料二 石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化劑 1 該裝置儀器連接的順序遵循原則為 為保證實驗成功 實驗前必須進行的操作是 裝置中較長導管的作用是 2 試管 中少量液體凝結說明了 3 試管 中溶液褪色說明了 4 能否用試管 中的液體萃取溴水中的溴 理由是 5 寫出二十烷裂化得到癸烷和癸烯的化學方程式 6 石油裂化的重要意義是 名師解析 儀器連接的順序應遵循 從下往上 從左到右的原則 裝入藥品之前要檢驗裝置的氣密性 依據(jù)石油分餾工業(yè)的分餾塔原理 設置了長導管 其作用除導氣外 兼起冷凝氣體的作用 依據(jù)催化裂化原理 下列反應皆有可能發(fā)生 a C20H42C10H20 C10H22b C10H22C5H12 C5H10c C5H12C2H4 C3H8d C5H12CH4 C4H8 試管 中有液體生成 說明生成5個碳原子數(shù)以上的烴 因為常溫常壓下 5個碳原子數(shù)以上的烴大都呈液體 試管 中KMnO4溶液褪色說明生成常溫常壓下呈氣態(tài)的5個碳原子以下的烯烴 由于裂化產(chǎn)物中有烯烴生成 易與溴發(fā)生加成反應 所以不能用鹵素單質萃取 從以上變化可以看出 石油裂化的主要目的是為了獲得更多的輕質燃油 特別是汽油的產(chǎn)量和質量 答案 1 從下往上 從左往右檢驗裝置的氣密性導氣 冷凝氣體 2 裂化生成了5個碳原子數(shù)以上的烴 3 裂化生成了碳原子數(shù)小于5的烯烴 4 不能 因為裂化產(chǎn)物中有烯烴 易與溴發(fā)生加成反應 不能萃取溴 5 C20H42C10H22 C10H20 6 可提高石油產(chǎn)品中輕質燃油 特別是汽油的產(chǎn)量和質量 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全