高中化学：《化学与资源开发利用》课件2鲁科版选修2

欢迎进入化学课堂 第2讲化学与资源开发利用 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 K Al3 2SO42 Al3 与水发生水解反应生成Al OH 3 Al3 3H2O Al OH 3 3H 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 2CaCO3 CO2 H2O Mg HCO3 2MgCO3 CO2 H2O 继续煮沸时 MgCO3可转化为更难溶的Mg OH 2 MgCO3 H2OMg OH 2 CO2 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 2 Ca OH 2 2CaCO3 2H2OMg HCO3 2 2Ca OH 2 2CaCO3 Mg OH 2 2H2OMgSO4 Ca OH 2 Mg OH 2 CaSO4加入纯碱的作用是将过量Ca2 沉淀出来 Ca2 CO32 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 nHR Mn MRn nH mROH Ym RmY mOH 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Hg2 S2 HgS Pb2 S2 PbS Cu2 S2 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 2009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 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 2ClO2 2CN 2CO2 N2 2Cl 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 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 工艺流程 2 反应原理Cl2 2NaBr 2NaCl Br23Br2 3Na2CO3 5NaBr NaBrO3 3CO2 5NaBr NaBrO3 3H2SO4 3Br2 3Na2SO4 3H2O 3 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MgCl2 6H2O脱水变为MgCl2时 由于MgCl2 2H2O Mg OH 2 2HCl水解平衡的存在 在HCl气体环境中 增大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2NaCl 2H2O2NaOH Cl2 H2 得出Cl2和NaOH物质的量之比为1 2 转化为质量比即得出答案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 O2 H2O 2e 2OH 负极 H2 2OH 2e 2H2O 三 石油 煤和天然气的综合利用1 石油的炼制 2 煤的综合利用 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 CH4C 2H2 CH4 H2OCO 3H2 CO H2OCO2 H2 3 为有机化工提供重要原料 甲醇 2CH4 O22CH3OH 4 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20 30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 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 a C20H42C10H20 C10H22b C10H22C5H12 C5H10c C5H12C2H4 C3H8d C5H12CH4 C4H8 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态的5个碳原子以下的烯烃 由于裂化产物中有烯烃生成 易与溴发生加成反应 所以不能用卤素单质萃取 从以上变化可以看出 石油裂化的主要目的是为了获得更多的轻质燃油 特别是汽油的产量和质量 答案 1 从下往上 从左往右检验装置的气密性导气 冷凝气体 2 裂化生成了5个碳原子数以上的烃 3 裂化生成了碳原子数小于5的烯烃 4 不能 因为裂化产物中有烯烃 易与溴发生加成反应 不能萃取溴 5 C20H42C10H22 C10H20 6 可提高石油产品中轻质燃油 特别是汽油的产量和质量 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全