選修2第2章化學與資源開發(fā)利用（完整版）3

選修2化學與技術第二章化學與資源開發(fā)利用3.了解煤、石油和天然氣等綜合利用的意義。4.了解化學對廢舊物資再生與綜合利用的作用。命題熱點1.考查一些技術的處理和運用。2.以實驗探究、框圖考查金屬的制取和海水資源的利用及環(huán)保?？键c串講深度剖析考點一水的凈化與污水處理1．水的凈化(1)基本流程2．硬水的軟化(1)硬水和軟水(2)硬水的類型暫時硬度——由鈣、鎂的碳酸氫鹽引起的硬度永久硬度——由鈣、鎂的硫酸鹽或氯化物引起的硬度(3)硬水軟化的方法①加熱法(只能軟化具有暫時硬度的水)其原理是：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↑。②藥劑法(石灰純堿法)③離子交換法利用離子交換反應原理，軟化水的質量高。常用離子交換樹脂作離子交換劑，其軟化硬水和再生的過程如圖所示：3．污水處理(1)基本流程(2)污水處理的常用方法污水處理方法原理方法物理法利用物理原理和機械作用對廢水進行處理沉淀、均衡調節(jié)、過濾、離心分離生物法利用微生物的作用除去廢水中溶膠物質及有機物活性污泥法、生物濾池法、厭氣處理法污水處理方法原理方法化學法使用化學試劑或其他化學手段處理廢水(1)中和法：處理酸性廢水和堿性廢水(2)沉淀法：處理含有重金屬離子的廢水(3)氧化還原法：除去油類、氮化物、硫化物等物質污水處理方法原理方法生物法利用微生物的作用除去廢水中溶膠物質及有機物活性污泥法、生物濾池法、厭氣處理法 (2011·高考山東卷)水處理技術在生產、生活中應用廣泛。(1)含有較多________離子的水稱為硬水。硬水加熱后產生碳酸鹽沉淀的離子方程式為_______________________________________________(寫出一個即可)。例1(2)將RH型陽離子交換樹脂和ROH型陰離子交換樹脂串接來軟化天然硬水,應先使硬水通過________(填“RH”或“ROH”)型離子交換樹脂，原因是______________________________________________________________。(3)通過施加一定壓力使水分子通過半透膜而將大分子或離子截留，從而獲得純凈水的方法稱為________。電滲析法凈化水時，使離子通過半透膜的推動力是________。(4)檢驗蒸餾水的純度時，最簡單易行的方法是測定水的________。(3)通過壓力使水分子通過半透膜而獲得純凈水的方法稱為反滲透法，電滲析法的推動力是電壓。(4)檢驗蒸餾水的純度時，最簡單易行的方法是測定水的電導率(或電阻率).即時應用1．(2010·高考新課標全國卷)水是一種重要的自然資源，是人類賴以生存不可缺少的物質。水質優(yōu)劣直接影響人體健康。請回答下列問題：(1)天然水中溶解的氣體主要有________、________。(2)天然水在凈化處理過程中加入的混凝劑可以是__________________________(填其中任何兩種)，其凈水作用的原理是________________________________________________________________________。(3)水的凈化與軟化的區(qū)別是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析：(1)天然水中溶解的氣體主要是空氣，空氣由N2、O2、CO2、水蒸氣等氣體組成。(2)混凝劑的作用是凈化水，即除去水中懸浮的雜質，能作混凝劑的物質為鐵鹽或鋁鹽，其凈水原理是應用Al3＋(或Fe3＋)的水解，Al3＋＋3H2O===Al(OH)3(膠體)＋3H＋,Fe3＋＋3H2O===Fe(OH)3(膠體)＋3H＋,由于生成的膠體中膠粒有較大的比表面積，可以吸附水中的懸浮物，并且金屬氫氧化物形成的膠粒吸附陽離子后帶正電荷，破壞天然水中其他帶異電的膠體，達到凈水的目的。答案：(1)O2

CO2(或氮氣)(2)明礬、硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵(任填兩種)鋁鹽或鐵鹽在水中發(fā)生水解生成相應氫氧化物膠體，它可吸附天然水中懸浮物并破壞天然水中的其他帶異電的膠體，使其聚沉，達到凈化目的(3)水的凈化是用混凝劑(如明礬等)將水中膠體及懸浮物沉淀下來，而水的軟化是除去水中的鈣離子和鎂離子(4)10°(5)740

1484考點二海水的綜合利用1．海水淡化常用方法有蒸餾法、電滲析法等。2．海水中鹽的開發(fā)和利用特別提醒3．海水提溴反應原理Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br23Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O特別提醒(1)通氯氣前要將海水酸化，pH為3.5時，氯氣的氧化效果最好。(2)用空氣或H2O(g)將溴吹出，而不用CCl4萃取，因后者工藝復雜，設備投資大，經濟效益低且對環(huán)境污染嚴重.4．從海水中提取鎂單質(1)生產流程及反應原理(2)化學原理在化工生產中的應用①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。②水解平衡原理在MgCl2·6H2O脫水變?yōu)镸gCl2時，由于MgCl2＋2H2OMg(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。

海洋是化學資源寶庫，海洋資源的綜合利用具有廣闊的前景?；卮鹣铝袉栴}：(1)蒸餾法是人類最早使用的淡化海水的方法，技術和工藝比較完備，但常規(guī)蒸餾法也存在較大缺陷，請說明常規(guī)蒸餾法淡化海水的最大缺陷：例2________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)離子交換法也是常用的水處理技術.聚丙烯酸鈉是一種離子交換樹脂，寫出聚丙烯酸鈉單體的結構簡式________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)目前從海水中提取溴的常用流程如下(苦鹵，海水蒸發(fā)結晶分離出食鹽的母液)：從反應③后的溶液中分離出單質溴的方法是_______________________________________________________________。(4)海水提鎂過程與石灰窯和鹽酸廠有著緊密的聯(lián)系，試說明海水提鎂與鹽酸廠之間的必然聯(lián)系：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【解析】

(1)常規(guī)蒸餾法淡化海水的最大缺陷是需要使用大量燃煤，因此能耗多、排污量大。(2)聚丙烯酸鈉的單體為丙烯酸鈉，其結構簡式為CH2===CHCOONa。(3)由流程可知，從反應③后的溶液中分離出單質溴的方法是蒸餾。(4)海水提鎂過程與石灰窯和鹽酸廠有著緊密的聯(lián)系，鹽酸廠為溶解氫氧化鎂提供鹽酸，而在電解氯化鎂制鎂的過程中，可為鹽酸廠提供氯氣作原料.【答案】

(1)需要使用大量燃煤，因此能耗多、排污量大(2)CH2===CHCOONa

(3)蒸餾(4)鹽酸廠為溶解氫氧化鎂提供鹽酸，在電解氯化鎂制鎂的過程中，可為鹽酸廠提供氯氣作原料即時應用2．(2012·雙鴨山高三第一次模擬)工業(yè)上對海水資源綜合開發(fā)利用的部分工藝流程如圖所示。(1)電解飽和食鹽水常用離子膜電解槽和隔膜電解槽，離子膜和隔膜均允許通過的分子或離子是________。電解槽中的陽極材料為________。(2)本工藝流程中先后制得Br2、CaSO4和Mg(OH)2，能否按Br2、Mg(OH)2、CaSO4順序制備？________(填“是”或“否”)。原因是________________________________________________________________________。(3)溴單質在四氯化碳中的溶解度比在水中大得多，四氯化碳與水不互溶，

故可用于萃取溴，但在上述工藝中卻不用四氯化碳，原因是________________________________________________________________________。解析：(1)電解飽和食鹽水用的是陽離子交換膜，而在食鹽水中的陽離子只有H＋和Na＋，電解時，H＋在陰極上生成氫氣，Na＋在外加電場作用下向陰極運動，所以通過離子膜和隔膜的是Na＋。由于陽極上發(fā)生氧化反應，是溶液中Cl－放電生成Cl2，所以必須用惰性電極，工業(yè)上一般用鈦(表面涂有釕氧化物)，也可以用石墨電極。(2)在該流程開始時向苦鹵中加入硫酸,因CaSO4微溶于水，先形成CaSO4沉淀而將Ca2＋除去.若先制取Mg(OH)2,加入的石灰水會有部分與硫酸反應生成CaSO4而使制得的Mg(OH)2不純凈.(3)CCl4是一種易揮發(fā)、有毒的液體，所以此流程中不用CCl4萃取的方法，而是利用溴的揮發(fā)性，向得到的含溴水的海水中吹入熱空氣，使溴揮發(fā)出來。與萃取相比，該方法簡單、實用、經濟、無污染。答案：(1)陽離子(或Na＋)鈦(或石墨)(2)否如果先沉淀Mg(OH)2，則沉淀中會夾雜有CaSO4沉淀，產品不純(3)四氯化碳萃取法工藝復雜、設備投資大，經濟效益低、環(huán)境污染嚴重考點三化石原料的綜合利用1．石油的煉制煉制方法原理變化主要原料主要產品分餾常壓利用烴的不同沸點，將其分離成沸點不同的產物物理變化原油石油氣、汽油、煤油、柴油、重油等減壓重油柴油、燃料油等煉制方法原理變化主要原料主要產品裂化在一定條件下，使長鏈烴斷裂為短鏈烴化學變化重油、石蠟等汽油、煤油、柴油等輕質油裂解深度裂化(更高溫度下的裂化)化學變化石油分餾產物(包括石油氣)主要是乙烯、丙烯、丁烯、甲烷等特別提醒(1)汽油指含有5～11個碳原子的烴，裂化汽油與直餾汽油不同，裂化汽油中含不飽和烴，能使溴的四氯化碳溶液褪色，而直餾汽油不能。(2)裂解氣中主要含乙烯、丙烯、丁烯等短鏈氣態(tài)烴，而液化石油氣是石油常壓分餾的產物，主要含有丙烷、丁烷及少量戊烷、戊烯和含硫化合物。2．煤的綜合利用3．煤化工和天然氣化工的發(fā)展——一碳化學一碳化學是指以分子中只含一個碳原子的化合物(如一氧化碳、甲烷、甲醇等)為原料，合成一系列化工原料和燃料的化學。注意：一組易混淆的概念名稱天然氣焦爐氣裂解氣液化石油氣來源地層深處煤干餾石油產品的深度裂化石油分餾產物主要成分CH4及少量C2H6和C3H8H2、CH4、CO、C2H4C2H4、C3H6、CH2===CH—CH2—CH3C3H8、C4H10等主要用途燃料、化工原料燃料、化工原料化工原料燃料、化工原料

(2012·樂山高三第一次模擬)四川有豐富的天然氣資源。以天然氣為原料合成尿素的主要步驟如圖所示(圖中某些轉化步驟及生成物未列出)：例3請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?1)已知0.5mol甲烷和0.5mol水蒸氣在t

℃，pkPa時，完全反應生成一氧化碳和氫氣(合成氣)，吸收了akJ熱量。該反應的熱化學方程式是：______________________________________________________________。(2)在合成氨的實際生產過程中，常采取的措施之一是將生成的氨從混合氣體中及時分離出來，并將分離出氨后的氮氣和氫氣循環(huán)利用，同時補充氮氣和氫氣。請應用化學反應速率和化學平衡的觀點說明采取該措施的理由：__________________________。(3)當甲烷合成氨氣的轉化率為75%時,以5.60×107L甲烷為原料能夠合成________L氨氣。(假設體積均在標準狀況下測定)(4)已知尿素的結構簡式為H2NCONH2,請寫出兩種含有碳氧雙鍵的尿素的同分異構體的結構簡式：①____________________，②____________________?！窘馕觥?/p>

(1)書寫熱化學方程式時要注意反應物的量與反應熱的關系，同時還要注意反應物和生成物的狀態(tài)。(2)分離氨氣目的是減小生成物濃度，使平衡正向移動；增大氮氣和氫氣濃度既可加快反應速率又可使平衡向正反應方向移動。(3)根據反應關系式可知：CH4～2NH3

5.60×107L×75%8.4×107L【答案】

(1)CH4(g)＋H2O(g)===CO(g)＋3H2(g)ΔH(t

℃，pkPa)＝＋2akJ/mol(2)增大氮氣和氫氣的濃度有利于增大反應速率；減小氨氣的濃度，增大氮氣和氫氣的濃度都有利于平衡向正反應方向移動(3)8.4×107(4)①

②即時應用3．(2012·西安高三質檢)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。資料1：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2：石油催化裂化中通常使用Al2O3作催化劑。某研究性學習小組在實驗室中模擬石油的催化裂化，裝置如圖。實驗過程中可觀察到燒瓶Ⅰ中固體石蠟先熔化,試管Ⅱ中有少量液體凝結，試管Ⅲ中酸性高錳酸鉀溶液褪色，實驗后聞試管Ⅱ中液體氣味，具有汽油的氣味。(1)該裝置儀器連接的順序應遵循的原則為______________________，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Ⅱ中少量液體凝結說明_____________________________________________________________；(3)試管Ⅲ中溶液褪色說明_______________________________________________________________；(4)能否用試管Ⅱ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_______________