浙江省高考化学一轮复习导航 第10单元第41讲 多样化的水处理技术 从自然资源到化学品课件 新课标

一、获取洁净的水一、获取洁净的水 1天然水的净化 (1)混凝法 定义：加入混凝剂，使细小的悬浮物和胶体聚集成较大的颗粒而沉淀，然后用过滤的方法除去。 工业生产中常用的混凝剂有：明矾、硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁等。 明矾净水原理 明矾在水中发生电离： KAl(SO4)2=K+Al3+2 。 Al3+与水发生水解反应生成Al(OH)3： Al3+3H2O Al(OH)3+3H+。 混凝剂难以清除溶解于水中的有机物质、无机盐和微生物。作为生活用水，经过混凝法净水后，还必须进行杀菌消毒。2-4SO (2)化学软化法 天然水与空气、岩石和土壤等长期接触，溶解了许多杂质，如无机盐类、某些可溶性有机物以及气体等。 天然水可分为硬水和软水 硬水：含有较多Ca2+、Mg2+的水。 软水：含有少量Ca2+、Mg2+或不含Ca2+、Mg2+的水。 水的硬度可分为暂时硬度和永久硬度 暂时硬度：水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起的。 永久硬度：水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物等引起的。 天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度。 硬水软化的方法通常有加热法、药剂法和离子交换法等。 2污水处理 (1)污水处理方法有物理法、生物法和化学法等。 (2)处理工业废水常用的化学方法：中和法、沉淀法、氧化还原法。 3海水淡化电渗析法 (1)电渗析法是一种利用离子交换膜进行海水淡化的方法。 (2)离子交换膜是一种功能性膜，应具有良好的选择透过性和化学稳定性。 (3)原理：在外加直流电场的作用下，海水中的阴、阳离子分别透过阴膜和阳膜，可达到分离和浓缩的目的。 二、海水的综合利用二、海水的综合利用 1海水中盐的开发和利用 (1)海水制盐 海水制盐的方法有三种，即蒸发法、电渗析法和冷冻法。 目前，海水制盐的方法仍以蒸发法(盐田法)为主。海水蒸发浓缩，达到饱和析出食盐晶体，分离后所得到的母液叫苦卤。 (2)食盐资源的利用 电解饱和食盐水反应原理 阴极：2H+2e-=H2 阳极：2Cl-2e-=Cl2 总反应：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2 生产设备名称：离子交换膜、电解槽电解 2海水提溴 (1)氯化：工业上从海水中提取溴时，首先通氯气，在pH为3.5左右氯气氧化溴离子，离子方程式：Cl2+2Br-=2Cl-+Br2。 (2)吹出：当海水中的Br-被氧化成Br2以后，用空气将其吹出。另外，也可以用水蒸气，使溴和水蒸气一起蒸出。 (3)吸收：用还原剂二氧化硫使溴单质变为HBr，再用氯气将其氧化成溴产品，化学方程式： SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4、 Cl2+2HBr=2HCl+Br2。 3海水提镁 海水提镁的基本反应原理可表示如下： (1)所加试剂：石灰乳，盐酸。 所用操作方法：过滤，浓缩，电解。 (2)用离子方程式或化学方程式表示海水提镁的过程： Mg2+2OH-=Mg(OH)2 Mg(OH)2+2H+=Mg2+2H2O MgCl2=Mg+Cl2电解 4从海水中提取重水 (1)提取重水(D2O)的方法有：蒸馏法、电解法、化学交换法和吸附法等。 (2)常用的方法是化学法，其中的一种是硫化氢水双温交换法。 三、工业制备硫酸三、工业制备硫酸 1三个阶段 工业上制硫酸主要分造气、催化氧化、吸收三个阶段，反应方程式分别为： (1)S+O2=SO2。 (2)2SO2+O2 2SO3。 (3)SO3+H2O=H2SO4 催化剂加热点燃 2生产中原料的选择 工业生产某种化工产品，选择原料时要从多方面去考虑，如化学反应原理、厂址选择、原料、能源、工业用水的供应能力、存储、运输、预处理成本及环境保护等。 3生产中反应条件的控制 对二氧化硫的催化氧化： (1)温度条件：选择400500 作为操作温度，因为在这个温度范围内，反应速率和二氧化硫的转化率都比较理想。 (2)压强条件：增大气体压强，SO2的平衡转化率提高得并不多，所以，通常采用常压操作。 (3)催化剂：催化剂对化学平衡没有影响，但能改变到达平衡所需的时间。 4生产中的三废处理 (1)尾气吸收 硫酸生产的尾气中含有少量SO2，可用Ca(OH)2吸收，使其生成CaSO3，再用H2SO4处理，生成SO2和CaSO4。 方程式为SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O；CaSO3+H2SO4=CaSO4+SO2+H2O。 (2)污水处理 硫酸生产过程中的污水，含有酸性杂质，可 用 石 灰 乳 中 和 法 处 理 。 方 程 式 为Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O。 (3)废渣的利用 废渣可用来制砖或制造水泥。 炉渣和矿灰，可作为炼铁的原料。 四、工业合成氨四、工业合成氨 1合成氨的反应原理 方程式：N2+3H2 2NH3。 该反应是一个正反应方向气体分子数减少的、可逆的放热反应。 2适宜化工生产条件的选择 温度：400500 ；压强：10 MPa30 MPa；催化剂：以铁为主的催化剂。催化剂高温、高压 3合成氨的基本生产过程 (1)制备合成氨的原料气 氮气：一是将空气液化后蒸发分离出氧气获得氮气； 二是将空气中的氧气与碳作用生成二氧化碳，再除去二氧化碳得到氮气。 氢气：一是水蒸气通过赤热的煤(或焦炭)层，化学方程式为：C+H2O=CO+H2。 二是甲烷与水蒸气在催化剂作用下反应，化学方程式为： (2)原料气的净化 净化的原因：合成氨需要纯净的氮气和氢气。在制取原料气的过程中，常混有一些杂质，其中的某些杂质会使合成氨的催化剂中毒而失去催化作用，所以必须除去。 吸收H2S：NH3H2O+H2S=NH4HS+H2O。 除去CO： CO+H2O=CO2+H2，K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3。 (3)氨的合成与分离催化剂加热 五、工业生产纯碱五、工业生产纯碱 1氨碱法也称索尔维制碱法，其原料是：食盐、氨和二氧化碳。 (1)生成碳酸氢钠和氯化铵 将二氧化碳通入含氨的饱和食盐溶液中，可得到碳酸氢钠和氯化铵。 方程式为：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3；NaCl+NH4HCO3=NaHCO3+NH4Cl。 (2)制取碳酸钠 将析出的NaHCO3晶体煅烧，即得Na2CO3。 方程式：2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O 。 母液中的NH4Cl加消石灰可回收氨，以便循环使用。 方程式为：2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3+2H2O。 2联合制碱法(又称侯氏制碱法) (1)将制碱中含氯的废液与合成氨过程中的二氧化碳废气加以回收、利用，制成纯碱和氯化铵化肥，使制碱和制铵两大工业联合起来。 (2)原料是食盐、氨和二氧化碳。考点一 获取洁净的水 例例1 为了测量水中有机物等还原性污染物的含量，通过把1 L水样与强氧化剂完全作用时消耗氧化剂的量，折算成以氧气为氧化剂时的质量(O2 mgL-1)来表示，称为该水样的化学耗氧量(COD)。我国明文规定：COD500 mgL-1的污水不得直接排放。为了测定某工业废水的COD，实验如下：量取废水样品20.00 mL，加入0.100 molL-1KMnO4 10.00 mL和少量稀H2SO4，在一定条件下充分反应后，再用0.200 molL-1的草酸钠(Na2C2O4)溶液滴定过量的KMnO4，达到滴定终点时消耗Na2C2O4溶液11.00 mL。 (1)写出酸性介质中KMnO4(被还原为Mn2+)与N a2C2O4( 被 氧 化 为 C O2) 反 应 的 离 子 方 程 式_。 (2)计算该水样的COD。 (3)如果每次取水样20.00 mL，加入等体积的0.100 molL-1KMnO4酸性溶液；为简化计算，令滴定过量KMnO4时，每消耗1.00 mL Na2C2O4溶液，就相当于水样的COD为10 mgL-1，该Na2C2O4溶液的物质的量浓度应配制为多少？【解析】 110010-30.2 mol 0.40.211.0010-3 mol 用于与草酸钠反应的 为0.40.211.0010-3=8.810-4 mol，则与水样反应的 为10.0010-30.1-8.810-4=1.210-4 mol，则换算成氧气4MnO4MnO 则 氧 气 为 1 . 2 5 1 . 2 1 0- 4 m o l ， 质 量 为1.251.210-4 mol32 g/mol=4.810-3g=4.8mg，则该水样的COD为4.8 mg/0.020 L=240 mg/L。 (3)水样的COD=10 mg/L，则20.00 mL水样中，m ( O2) = 1 0 / 5 0 m g = 0 . 2 m g ， 为 0 . 2 1 0-3g32(g/mol)=6.2510-6 mol， 则与草酸钠反应的MnO为210- 3 mol-0.86.2510-6 mol210-3 mol， 则c(Na2C2O4)=510-3 mol(110-3L)=5.00 mol/L。【答案】(1)2 +5 +16H+=2Mn2+8H2O+10CO2(2)240 mg/L(3)5.00 mol/L4MnO2-24C O 【方法技巧点拨】本题题干内容很多，注意分析和提取有效信息，关键在于理解COD的含义，利用滴定实验原理，结合计算，巩固数据处理的能力。 考点二 氯碱工业 例例2 氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下： 依据上图完成下列填空： (1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为_。与电源负极相连的电极附近，溶液pH_(选填“不变”“升高”或“下降”)。 (2)工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质。精制过程发生反应的离子方程式为_。 (3)如果粗盐中 含量较高，必须添加钡试剂除去 ，该钡试剂可以是_(选填a，b，c)。 aBa(OH)2bBa(NO3)2cBaCl22-4SO2-4SO (4)为有效除去Ca2+、Mg2+、 ，加入试剂的合理顺序为_(选填a、b、c)。 a先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂 b先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3 c先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3 (5)脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过_、冷却、_(填写操作名称)除去NaCl。 (6)在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学方程式为_。2-4SO 【解析】 (1)电解食盐水时，与电源正极相连的电极发生的反应是2Cl-2e-=Cl2，与电源负极相连的电极发生的反应是2H+2e-=H2，消耗H+，即产生OH-，所以溶液的pH升高。 (2)精制过程中，加入Na2CO3除去Ca2+(Ca2+ =CaCO3)；加入NaOH除去Mg2+Mg2+2OH-=Mg(OH)2，由于Mg(OH)2的溶解度小于MgCO3的溶解度，所以Mg2+与OH-、 混合时，主要生成Mg(OH)2沉淀。2-3CO2-3CO (3)除去 应选择Ba2+，如加入Ba(NO3)2，溶液中会引入杂质NO，而加入BaCl2或Ba(OH)2均不会增加新的杂质。 (4)除杂质时加入Ba2+和OH-无先后之分，但Na2CO3一定在BaCl2之后加入，因为 还能除去多余的Ba2+。 (5)脱盐工序的目的是分离NaOH和NaCl，由于NaCl溶解度小，因而NaCl首先析出，其操作过程是蒸发、冷却、结晶，经过滤得到NaCl晶体。2-4SO2-3CO ( 6 ) 如 无 隔 膜 会 发 生 如 下 反 应Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O，电解食盐水溶液的化学方程式为2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2，两反应的化学方程式相加得NaCl+H2O=NaClO+H2。电解电解 【答案】 (1)2Cl-2e-=Cl2升高(2)Ca2+ =CaCO3 Mg2+2OH-=Mg(OH)2 (3)ac(4)bc (5)蒸发过滤 (6)NaCl+H2O=NaClO+H22-3CO高温 【方法技巧点拨】本题取材于教材，以氯碱工业为主线突出考查了元素及其化合物这一主干知识，通过本题的解答可归纳如下知识点： (1)在电解饱和NaCl溶液时，电解池阴极附近溶液的pH为什么会升高？这是因为当电解时Na+、H+趋向阴极，而H+放电能力比Na+强，故H+在阴极放电：2H+2e-=H2，而H+在阴极不断放电打破了水的电离平衡，使阴极附近溶液中c(OH-)c(H+)，故电解一段时间后阴极因生成NaOH而使溶液的pH升高。 (2)离子交换膜法电解制碱技术是氯碱工业发展的方向，同以前无隔膜法电解制碱技术相比，避免了Cl2进入阴极区与NaOH溶液接触发生如下反应：Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O，影响产品的质量。考点三 海水提取溴和镁 【例3】 海水是一种丰富的资源，工业上从海水中可提取许多种物质，广泛应用于生活、生产、科技等方面。下图是某工厂对海水资源进行综合利用的示意图。 回答下列问题： (1)流程图中操作a的名称为_。 (2)工业上从海水中提取的NaCl，可用来制取纯缄，其简要过程如下：向饱和食盐水中先通入气体A，后通入气体B，充分反应后过滤得到晶体C和滤液D，将晶体C灼烧即可制得纯碱。 气 体 A 、 B 是 C O2或 N H3， 则 气 体 A 应 是_(填化学式)。 滤液D中主要含有NH4Cl、NaHCO3等物质，工业上是向滤液D中通入NH3，并加入细小食盐颗粒，冷却析出不含有NaHCO3的副产品NH4Cl晶体，则通入NH3的作用是_。 (3)镁是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁从海水中提取。 若要验证所得无水MgCl2中不含NaCl，最简单的操作方法是_。 操作b是在_氛围中进行，若在空气中加热，则会生成Mg(OH)Cl，写出有关反应的化学方程式：_。 【解析】本题是实验流程题，考查海水中提取金属镁。(1)将海水蒸发结晶得到粗盐，在提取粗盐后的母液中主要含有的是Mg2+；(2)先通氨气的原因是氨气易溶于水，CO2微溶于水，若先通CO2，则影响产率；从平衡的角度去分析，增加 的浓度，有利于沉淀平衡向生成NH4Cl的方向进行，将NaHCO3转化为Na2CO3而不析出；(3)采用焰色反应来检验；HCl的作用是防止MgCl2的水解。+4NH 【答案】 (1)蒸发结晶(或蒸发)(2)NH3增加 的浓度，有利于沉淀平衡向生成NH4Cl的方向进行，将NaHCO3转化为Na2CO3而不析出(3)用铂丝蘸取少量固体，置于酒精灯火焰上灼烧，若无黄色火焰产生，则证明所得无水氯化镁晶体中不含氯化钠( 答 焰 色 反 应 也 可 ) H C l ( 气 流 )MgCl26H2O=Mg(OH)Cl+HCl+5H2O+4NH 【方法技巧点拨】本题是工业流程题，读懂流程是关键。题中涉及粗盐的提取、制碱工业、镁的提取等，是一道综合性很强的实验流程题。从流程中找到实验原理和实验目的，正确分析每一个实验步骤，理解每一个步骤中发生的化学反应。考点四 工业制备硫酸 【例4】 分析下面两个案例并回答有关问题。 (1)某城镇生产、生活的分布情况如图所示，河流中W、X、Y、Z处某次水样抽测结果如表所示。 导 致 X 、 Y 处 水 样 p H 变 化 的 原 因 可 能 是_； Z处鱼类大量减少，产生这种现象的原因可能是_。 (2)某地区已探明蕴藏有丰富的赤铁矿(主要成分为Fe2O3，还含有SiO2等杂质)、煤矿、石灰石和黏土。拟在该地区建设大型炼铁厂。 随着铁矿的开发和炼铁厂的建立，需要在该地区相应建立焦化厂、发电厂、水泥厂等，形成有规模的工业体系。据此确定上图中相应工厂的名称： A_、B_、 C_、D_。 以赤铁矿为原料，写出高炉炼铁中得到生铁和产生炉渣的化学方程式_；_。 从“三废”利用、环境保护等角度考虑，该地区和企业在生产中应采取的一些措施有(举出2种措施即可)_；_。 【解析】 (1)从给出的数据看，X处水样呈碱性，Y处水样呈酸性，Z处水样缺氧。造纸厂排放的碱性污水使X处河水pH升高，火力发电厂净化烟气的酸性废水治理未达标就排放，造成Y处等的河水pH降低(或火力发电厂燃烧产生的SO2会导致酸雨的产生，使Y处等的河水pH降低)，化肥厂、农田及生活污水Z处河水富营养化，水温较高，适于藻类等水生植物生长，河水中溶解氧被大量消耗，导致鱼类死亡。(2)某地区有丰富煤矿可建立发电厂和焦化厂，有丰富赤铁矿和石灰石可建立炼铁厂，有丰富的石灰石和黏士可建立水泥厂。 高炉炼铁相关反应：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2、CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2；从“三废”利用、环境保护等角度考虑，该地区和企业在生产中应建立污水处理系统，将石灰石煅烧成生石灰用于吸收发电厂和焦化厂燃煤时产生的SO2，减少对空气的污染。高温高温 【答案】 (1)造纸厂排放的碱性污水使X处河水pH升高，火力发电厂净化烟气的酸性废水治理未达标就排放，造成Y处等的河水，pH降低(或火力发电厂燃烧产生的SO2会导致酸雨，飘落后使Y处等的河水pH降低)化肥厂、农田及生活污水使Z处河水富营养化，水温较高，适于藻类等水生植物生长，河水中溶解氧被大量消耗，导致鱼类死亡( 2 ) 发 电 厂 焦 化 厂 炼 铁 厂 水 泥 厂Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2用炼铁厂的炉渣(或CaSiO3)作为水泥厂的原料用发电厂的煤矸石和粉煤灰作为水泥厂的原料将石灰石煅烧成生石灰，用于吸收发电厂和焦化厂烯煤时产生的SO2，减少对空气的污染建立污水处理系统(任意两种即可)高温高温 【方法技巧点拨】本题考查的是接触法制硫酸的生产过程、反应原理、生产设备和一些生产措施在工业生产中的意义。要从最本质的角度分析实际操作的原因，以免被一些次要问题所迷惑。考点五 工业生产纯碱 【例5】纯碱是一种重要的化工原料。目前制碱工业主要有“氨碱法”和“联合制碱法”两种工艺。请按要求回答问题： (1)“氨碱法”产生大量CaCl2废弃物，请写出该工艺中产生CaCl2的化学方程式：_； (2)写出“联合制碱法”有关反应的化学方程式：_； (3)CO2是制碱工业的重要原料，“联合制碱法”与“氨碱法”中CO2的来源有何不同？_； (4)绿色化学的重要原则之一是提高反应的原子利用率。根据“联合制碱法”总反应，列出计算原子利用率的表达式： 原子利用率(%)=_。 【解析】 (1)氨碱法中产生CaCl2的化学方程式为：2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3+2H2O； (2)联合制碱法的有关方程式为： NH3+CO2+H2O=NH4HCO3， NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl； (4)联合制碱法的反应式为： NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3+NH4Cl, 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2，总反应可看作是：2NH3+2NaCl+CO2+H2O=Na2CO3+2NH4Cl，所以：原子利用率(%)= 【答案】 (1)2NH4Cl+Ca(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O (2)NH3+CO2+H2O+NaCl(饱和)=NaHCO3+NH4Cl, 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O (3)“氨碱法”的CO2来源于石灰石煅烧，“联合制碱法”的CO2来源于合成氨工业的废气 【方法技巧点拨】 “氨碱法”的反应过程如下：将饱和的食盐溶液在冷却时用氨饱和，后在加压下通入二氧化碳(由碳酸钙分解而来)，由于NaHCO3溶解度较小而析出，将析出的NaHCO3晶体煅烧，即可制得碳酸钠。母液中的氯化铵加消石灰回收氨，以便循环利用。 反应方程式：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O 2NH4Cl+Ca(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O 优缺点：此法的优点是原料经济，能连续生产，副产物NH3和CO2可回收使用，但缺点是大量的CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70%左右，约有30% NaCl在母液中。 “联合制碱法”的反应过程如下：将饱和的食盐溶液在冷却时用氨饱和，后在加压下通入二氧化碳(来源于合成氨工业的废气)，由于NaHCO3溶解度较小而析出，将析出的NaHCO3晶体煅烧，即可制得碳酸钠。根据氯化铵在常温时的溶解度比氯化钠大，而在低温时却比氯化钠溶解度小的原理，向母液中加入磨细的食盐粉末，产生同离子效应而使氯化铵单独结晶出来。 反应方程：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O 优缺点：此法保持了氨碱法的优点，消除了它的缺点。一方面使食盐的利用率提高到96%；另一方面生产出的NH4Cl可做氮肥。此法是一种制碱和制氨相结合的联合生产方法。 1. 我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业做出了突出贡献。他以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3，进而生产出纯碱。有关反应的化学方程式为： NH3+CO2+H2O=NH4HCO3； NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl； 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O。 (1)碳酸氢铵与饱和食盐水反应，能析出碳酸氢钠晶体的原因是_(填字母标号)。 A碳酸氢钠难溶于水 B碳酸氢钠受热易分解 C碳酸氢钠的溶解度相对较小，所以在溶液中首先结晶析出 (2)某探究活动小组根据上述制碱原理，进行碳酸氢钠的制备实验，同学们按各自设计的方案实验。 一位同学将二氧化碳气体通入含氨的饱和食盐水中制备碳酸氢钠，实验装置如下图所示(图中夹持、固定用的仪器未画出)。C 试回答下列有关问题： a乙装置中的试剂是_； b 丁 装 置 中 稀 硫 酸 的 作 用 是_； c实验结束后，分离出NaHCO3晶体的操作是_(填分离操作的名称)。饱和碳酸氢钠溶液 吸收未反应的NH3 过滤 另一位同学用图中戊装置(其他装置未画出)进行实验。 a实验时，须先从_管通入_气体，再从_管中通入_气体； b有同学建议在戊装置的b管下端连接己装置，理由是_； (3)请你再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法：_。 a NH3 b CO2 增大气体与溶液接触面积，提高CO2吸收率 往烧碱溶液中通入过量CO2(或往饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2等，其他合理方法均可) 【解析】 (1)在溶液中溶解度最小的物质最先析出。(2)除去CO2中的HCl用饱和NaHCO3溶液；H2SO4吸收挥发出来的NH3；NaHCO3以固体形式析出，应采用过滤操作。侯氏制碱法应向饱和NaCl溶液中先通NH3后通CO2，因为NH3溶解度大，可吸收更多CO2，生成较多NaHCO3固体；NH3极易溶于水，易发生倒吸，所以从a管进入；己为多孔球泡，可增大接触面积。 (3)可利用以下反应原理制备NaHCO3： NaOH+CO2=NaHCO3， Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3。 2.工业制硫酸生产流程如下图： (1)我国黄铁矿资源比较丰富，但很多工厂仍以硫磺为原料生产硫酸，理由是_。 (2)在催化反应室，下列措施中有利于提高SO2平衡转化率的有_； A升高温度 B减少压强 C不断补充空气 D及时分离出SO3 黄铁矿为原料的生产中产生的废弃物太多，处理成本高 C、D (3)在生产中为提高催化剂催化效率采取了哪些措施？_(至少答出两点措施)。 (4)已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)DH= 196 kJmol-1。在450 、常压和钒催化条件下向一密闭容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，充分反应后，放出的热量_(填“”“”或“=”)196 kJ，理由是_。净化气体控制温度在400500 增大催化剂与反应气体的接触面积 在1 atm和298 K条件下，2 mol SO2和1 mol O2完全反应生成2 mol SO3，放出196 kJ热量，该反应为可逆反应，不可能进行完全，又因为反应温度为450 ，所以放出的热量小于 (5)经检测生产硫酸的原料气成分(体积分数)为SO2 7%、O2 11%、N2 82%。在500 ，0.1 MPa条件下 达 到 平 衡 时 ， 各 种 气 体 的 体 积 比 为V(SO2) V(SO3) V(O2) V(N2)=0.46 6.54 7.73 82，则SO2的利用率为_。93.4% 【解析】 (2)二氧化硫转化为三氧化硫的反应为正反应为气体体积减小的放热反应，所以低温高压有利于提高二氧化硫的转化率。(5)在生产过程中，氮气没有参加反应，所以其体积不变，则可看作反应前气体的体积SO2、O2、N2分别为7 L、11 L、82 L，反应后SO2的体积为0.46 L，所以SO2的转化率为 100% =93.4%。 6.547 3. 废水中的氮常以含氮有机物、氨、硝酸盐及亚硝酸盐等形式存在。生物处理的方法是先将大多数有机态氮转化为氨态氮，然后通过进一步转化成N2而消除污染。生物除氮工艺有以下几种方法：方法一：在好氧条件下，通过好氧硝化菌的作用，将废水中氨态氮转化为中间过渡形态的硝酸态氮和亚硝酸态氮，然后在缺氧条件下，利用反硝化菌，硝酸态氮和亚硝酸态氮被水中的有机物还原为氮气。见图中。反应过程如下(注：有机物以甲醇表示；当废水中有机物不足时，需另外投加有机碳源)： 2 +3O2=2HNO2+2H2O+2H+ 2HNO2+O2=2HNO3 6 +2CH3OH=6NO+2CO2+4H2O 6 +3CH3OH=3N2+3CO2+3H2O+6OH+4NH-3NO-2NO 方法二：与方法一相比，差异仅为硝化过程的中间过渡形态只有亚硝酸态氮。见图中。 请回答以下问题： (1) 的空间构型为_。大气中的氮氧化物的危害有_和_等。 (2)方法一中氨态氮元素1 g转化为硝酸态氮时需氧的质量为_g。 (3)从原料消耗的角度说明方法二比方法一有优势的原因：_。+4NH正四面体 破坏臭氧层 光化学污染(或形成酸雨) 4.57(或4.6) 节省氨态氮氧化到硝酸态氮所需消耗的氧，还可节省还原硝酸态氮到氮气的有机碳源 (4)自然界中也存在反硝化作用，使硝酸盐还原成氮气，从而降低了土壤中氮素营养的含量，对农业生产不利，农业上可通过松土作业，以防止反硝化作用。其原因是_。 (5)荷兰Delft大学Kluyver生物技术实验室试验确认了一种新途径。在厌氧条件下，以亚硝酸盐作为氧化剂，在自养菌作用下将氨态氮(氨态氮以NH表示)氧化为氮气(见图中过程)。其反应离子方程式为_。增加与氧气的接触，防止反硝化作用 + =N2+2H2O +4NH-2NO114 【解析】 本题是与生活相联系的信息情景题。(1)氮的氧化物常见危害是破坏臭氧层、形成光化学烟雾、形成酸雨等；(2)从方程式可以看出，2 mol 完全转化为HNO3时消耗4 mol O2，则1 g氨态氮元素需要的氧气的质量为 32 g=4.57 g；(3)注意要从原料消耗的角度去解释；(4)通过松土作业，增加与氧气的接触，防止反硝化作用；(5)依据题中所给的信息，可以写出方程式： + =N2+2H2O。+4NH+4NH-2NO114 4.(2010上海上海)工业生产纯碱的工艺流程示意图如下： 完成下列填空： (1)粗盐水加入沉淀剂A、B除杂质(沉淀剂A来源于石灰窑厂)，写出A、B的化学式。 A_；B_。Ca(OH)2或CaO Na2CO3 (2)实验室提纯粗盐的实验操作依次为：取样、_、沉淀、_、_、冷却结晶、_、烘干。 (3)工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是_。碳酸化时没有析出碳酸钠晶体，其原因是_。 (4)碳酸化后过滤，滤液D最主要的成分是_(填写化学式)，检验这一成分的阴离子的具体方法是：_。 溶解 过滤 蒸发 过滤 有晶体析出(或出现浑浊) 碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大 NH4Cl 取样，加硝酸酸化，加硝酸银，有白色沉淀，该阴离子是氯离子 (5)氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液D加入石灰水产生氨。加石灰水后所发生的反应的离子方程式为_，滤液D加石灰水前先要加热，原因是_。 (6)产品纯碱中含有碳酸氢钠。如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为_(注明你的表达式中所用的有关符号的含义)。 +OH-=NH3+H2O +4NH防止加石灰水时产生碳酸钙沉淀 w(NaHCO3)= 841231 1mmmm1样品的质量，m2加热后固体的质量 【解析】(1)粗盐中的杂质是Ca2+、Mg2+。沉淀剂A源于石灰窑，说明其是生石灰或熟石灰，它用于除去Mg2+，再用Na2CO3除去Ca2+；(2)实验室提纯粗盐的整个操作过程为：取样、溶解、沉淀、过滤、蒸发、冷却结晶、过滤、烘干几步；(3)在原饱和食盐水中，氨化(呈碱性)后，可以溶解较多的CO2(碳酸化)，产生较大浓度的 ，从而有N a H C O3晶 体 析 出 ； ( 4 ) 由 于 反 应 是NaCl+NH3+CO2=NaHCO3+NH4Cl，所以碳酸化后溶液中主要是NH4Cl；检验Cl-时，要注意先酸化，因为溶液呈碱性。 -3HCO (5)滤液D主要含NH4Cl，还有一定量的NaHCO3，若直接加石灰水，其中的 会产生没有回收价值的CaCO3沉淀，浪费了碳元素及OH-；若在加石灰水前先加热，NH4HCO3 NH3+CO2，既消耗了Ca(OH)2，又充分利用了碳元素，所得混合气体可循环使用。 (6)假设加热前样品的质量为m1，加热后固体的质量为m2，则有： 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O-3HCO31NaHCO122 8462mwmmgg解得：w(NaHCO3)= 841231 1mmm