化学与资源开发利用(课件PPT)

十一章化学与资源开发利用学案46化学与资源开发利用轻松学教材一､从水资源中获取洁净水的主要方法和原理1.天然水净化(1)混凝法①一般过程:混凝沉淀､过滤､杀菌｡②常用的混凝剂:明矾､绿矾､聚合铝､硫酸铁等｡③明矾净水反应原理:离子方程式为();()()23244323KAlSOKAl2SOAl3HOAlOH3H胶体｡(2)化学软化法①具有暂时硬度的水:水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2所引起的｡常用软化方法为加热法,反应原理为()?,()?, 32322323223222CaHCOCaCOHOCOMgHCOMgCOHOCOMgCOHOMgOHCO｡②具有永久硬度的水:水的硬度是由钙､镁的硫酸盐或氯化物所引起的,常用软化方法为药剂法和离子交换法｡a.药剂法:把纯碱､生石灰等试剂加入到硬水中,与Ca2+､Mg2+反应形成沉淀,分离｡b.离子交换法:用离子交换剂除去硬水中的Ca2+､Mg2+｡如用离子交换树脂软化水的过程为2NaR+Ca2+===CaR2+2Na+,2NaR+Mg2+====MgR2+2Na+｡而离子交换树脂的再生(用离子方程式表示)为CaR2+2Na+===2NaR+Ca2+｡2.污水处理(1)酸碱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｡二､海水中盐的开发和利用1.海水制盐(1)利用蒸发法,从海水中主要获得氯化钠及氯化镁､氯化钾等副产品｡(2)电渗析法､冷冻法不仅能制得盐,同时还可得到淡水｡2.氯碱工业——食盐资源的利用离子交换膜法电解食盐水:(1)设备:离子交换膜电解槽｡离子交换膜只允许Na+通过｡(2)原理:化学方程式为｡ 2222NaCl2HO2NaOHHCl通电(3)工艺流程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｡(4)产品阳极室产品:氯气,补充饱和食盐水流出淡盐水｡阴极室产品:氢气和NaOH,补充纯水(加入一定NaOH溶液)流出NaOH溶液｡  沉淀剂加适量稀盐酸粗盐水过滤离子交换树脂精盐水｡3.粗盐的精制(1)目的:除去泥沙,使Ca2+､Mg2+､Fe3+､等离子的含量达到要求｡(2)原因:Ca2+､Mg2+等会在碱溶液中形成沉淀,破坏离子交换膜,泥沙及会引起杂质｡(3)试剂:BaCl2､Ca(OH)2､Na2CO3､稀盐酸｡用BaCl2除去,用Ca(OH)2除去Mg2+､Fe3+,用Na2CO3除去Ba2+及Ca2+,所加沉淀剂需过量｡试剂的加入顺序:纯碱须加在钡试剂后,稀盐酸加在过滤后｡24SO24SO24SO(4)有关反应方程式:43322243232222322BaSOBaSO,Mg2OHMgOH,Fe3OHFeOH,CaCOFYCaCO,BaCOHOCO｡三､海水提取溴的原理探究1.工艺流程2.主要反应原理:Cl2+2Br-===Br2+2Cl-3.溴的吸收富集(1)纯碱吸收法:海水中的溴离子被氧化为溴单质后,用热空气或水蒸气吹出,通过Na2CO3溶液使溴富集后,再将得到的溶液用稀硫酸酸化,用有机溶剂萃取溴单质｡发生的反应:3Br2+3Na2CO3===5NaBr+NaBrO3+3CO2↑5NaBr+NaBrO3+3H2SO4===3Br2+3Na2SO4+3H2O(2)SO2吸收法:用空气吹出的溴和大量的空气混合在一起,不易分离,用还原剂SO2吸收后,再用氯气氧化HBr即得到溴单质｡特别提醒:①通氯气前要将海水酸化,pH为3.5时,氯气的氧化效果最好｡②用空气或H2O(g)将溴吹出,而不用CCl4萃取,因后者工艺复杂,设备投资大,经济效益低且对环境污染严重｡四､海水提取镁工艺流程和化学平衡原理的应用1.生产步骤(1)加熟石灰;(2)过滤;(3)加盐酸;(4)浓缩结晶脱水干燥;(5)熔融电解｡2.工艺流程3.主要化学反应(1)制备石灰乳 ()()()()()()4()?3222222222222222CaCOCaOCOCaOHOCaOH2MgMgCaOHMgOHCa3MgClMgOH2HClMgCl2HOMgClMgClMgCl高温沉淀制备电解熔融通电4.工业生产中平衡原理的应用(1)沉淀溶解平衡原理的应用①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,可最大程度地将Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀｡②向Mg(OH)2沉淀中加入盐酸,使沉淀溶解平衡右移｡(2)水解平衡原理的应用在MgCl2·6H2O脱水变为MgCl2时,由于MgCl2+2H2OMg(OH)2+2HCl水解平衡的存在,在HCl气体环境中,增大c(OH-),抑制了MgCl2的水解,避免了Mg(OH)2的生成｡特别提醒:①为提高反应中Mg2+的浓度,将海水浓缩或用提取食盐后的盐卤｡②电解熔融MgCl2生成的Cl2可用于制盐酸,循环使用,节省成本｡③所得Mg(OH)2沉淀中含有的CaSO4杂质在加盐酸前应除去,以保证MgCl2的纯度｡五､石油､煤､天然气的综合利用1.石油和天然气(1)石油的综合利用①石油的分馏,分为常压分馏和减压分馏｡②石油的催化裂化:如十六烷裂化｡③石油的裂解:如己烷裂解｡1634818816CHCHCH｡61442232CHCHCHCHCHCHCH｡(2)天然气的综合利用除了直接用作燃料外,还可以制造合成氨原料气(H2),合成甲醇及其他化工原料｡例如:天然气重整的方程式｡ 422CHHOCO3H高温2.裂化､裂解的对比(催化)裂化裂解含义通过催化剂､高温,使含碳原子数多､沸点低的大分子碳链断裂,生成小分子碳链烃的过程链烃断裂成短链､不饱和烃的过程目的提高轻质油,特别是汽油的产量和质量获得有机化工原料,特别是提高乙烯的产量原料减压分馏后的重油､石蜡等石油分馏的馏分3.煤的综合利用(1)煤的干馏:将煤隔绝空气加强热,使之分解的过程,得到的固体物质焦炭､液态物质煤焦油､粗氨水,气态物质焦炉气,成分为H2､CH4､CO､CO2､N2等｡(2)煤的气化:是把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程｡222222:2CsO2COg,CsHO?COgHg,COHOgC?OH主要反应点燃高温高温｡(3)煤的液化①直接液化:煤与氢气作用生成液体燃料｡②间接液化:先把煤转化成CO和H2,再催化合成烃类燃料､醇燃料及化学品等｡体验热身1.下列叙述正确的是()①海水中含有大量的Br-,所以从海水中提取溴一般要经历浓缩和提取两个步骤②铝是一种比较活泼的金属,所以铝合金制品易被腐蚀③在煤中加入适量的生石灰,可以减少煤燃烧时二氧化硫的排放④制造玻璃的主要原料是纯碱､石灰石和石英A.②③B.②④C.①③D.③④答案:D解析:海水中提取Br2要经历富集､氧化､萃取等,①错;铝在常温下易形成一层致密的氧化膜,不易被腐蚀,②错;根据钙基固硫,加入适量CaO可吸收SO2,减少污染,故选③④,D项正确｡2.某工厂排放的酸性废水中含有较多的Cu2+,对农作物和人畜都有害,欲采用化学法除去有害成分,最好是加入下列物质中的()A.食盐､硫酸B.胆矾､石灰水C.铁粉､生石灰D.苏打､盐酸•答案:C解析:铁粉能除去Cu2+,生石灰能中和H+且能沉淀Fe3+｡A项中增加废水的酸性,且不能除去Cu2+,B项中增加废水中的Cu2+,D项中增加废水的酸性｡3.我国实施的“南水北调”工程是为了解决北方地区长期缺水的状况,在这项工程完成之前北方的许多地区使用的是地下水,而地下水中含有较大量的Ca2+､Mg2+等｡科学上把含有较多Ca2+､Mg2+的水称为硬水｡(1)将硬水中所含Ca2+､Mg2+､等除去的方法是加入生石灰生成Ca(OH)2,进而发生若干复分解反应,在沉降池中所得沉淀的主要成分为__________和__________(填化学式)｡(2)FeSO4·7H2O是常用的凝聚剂,它在水中最终生成Fe(OH)3胶体沉淀｡凝聚剂除去悬浮固体颗粒起到净水作用的过程中__________(填编号)｡①发生水解②发生氧化还原反应③发生胶体的聚沉3HCOMg(OH)2CaCO3①②③(3)净化后的水要进一步消毒,常用的消毒剂是Cl2｡Cl2消毒的实质是Cl2和水反应生成了__________(填化学式),Cl2与水反应的离子方程式为__________｡(4)由于Cl2与水中的有机物作用会产生对人体不利的物质,所以世界卫生组织要求停止用Cl2对自来水进行消毒,而用其他的代用品,我国已经开始使用ClO2代替Cl2对自来水进行消毒,ClO2和Cl2的消毒效率之比为__________｡(5)从氧化还原反应角度看,下列物质中__________(填编号)可以作为Cl2的代用品｡①Ca(ClO)2②NH2Cl(氯氨)③K2FeO4④SO2⑤Al2(SO4)3HClOCl2+H2O====H++HClO+Cl-2.63∶1①②③解析:水是重要的资源,所以有关水的题目也很多｡(1)从溶解度角度可以得出沉淀是Mg(OH)2､CaCO3;(2)FeSO4·7H2O是常用的凝聚剂,其净水的过程发生了水解､氧化还原反应､胶体的聚沉等;(3)消毒剂Cl2的消毒作用主要是因为Cl2与水反应的产物中有HClO,Cl2+H2O===HCl+HClO;(4)使用ClO2代替Cl2对自来水进行消毒,ClO2和Cl2的消毒效率之比为;(5)一般具有强氧化性､与水反应的产物对人体等没有影响的试剂都可以作水的消毒剂,如选项中的①②③｡..?111g51g22631675gmol71gmol∶∶4.气化和液化是使煤变成清洁能源的有效途径｡煤的气化的重要反应是:和H2的混合气体是合成多种有机物的原料气｡下图是合成某些物质的路线: ,22CHOgCOHCO高温其中,D易溶于水,且与CH3COOH互为同分异构体,F分子中的碳原子数是D中的3倍,H经催化氧化可得到G｡请回答下列问题:(1)写出下列物质的结构简式:A____________________,H______________;指出A和H的关系:____________________｡CH3OHCH3CH2CH2CH2OH同系物(2)利用合成气(H2+CO)生产汽油､甲醇和氨等已经实现了工业化,合成气也可合成醛､酸､酯等多种产物,下列表述正确的是__________｡①以合成气为原料的反应都是化合反应②改变合成气中CO与H2的体积比,可得到不同的产物③合成气的转化反应需在适当的温度和压强下通过催化完成④从合成气出发生成气态烃或醇类有机物是实现“煤变油”的有效途径⑤以合成气为原料的反应产物中不可能有烯烃或水A.①②④B.②③④C.②④⑤D.③④⑤B(3)写出下列反应的化学方程式:①:___________________②____________________________________________;②D与新制氢氧化铜加热:__________________________________________________________｡CH3COOHEF322322322CHCOOHHOCHCHOHCHCOOCHCHOOCCH2HO浓硫酸22222HOCHCHO2CuOHHOCHCOOHCuO2HO解析:本题以能源为载体考查烃的衍生物的性质,命题着眼点在于煤的气化和液化,同时它又结合有机化学反应类型,要求整合新信息得出结论｡(1)由题图知,A经两次