选修2 第二章化学与资源开发利用概要课件

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1、第二章化学与资源开发利用,一、获取洁净的水 1.水的净化 (1)基本流程:,常用的混凝剂有:_、_、_、聚合铝等。 常用的消毒剂有:_、_、ClO2、高铁酸盐等。 (2)明矾净水原理: 明矾在水中发生电离:_, Al3+发生水解:_,氢氧化 铝胶粒能破坏天然水中的胶体杂质的稳定性,吸附悬浮物而沉 降。,明矾,Al2(SO4)3,FeSO4,漂白粉,液氯,2.硬水的软化 (1)硬水和软水： 硬水：含_较多的水 软水：含少量或不含_的水 (2)硬水的类型： 暂时硬度由钙、镁的_引起的硬度 永久硬度由钙、镁的_引起的硬度 (3)硬水的软化方法： 硬水软化的常用方法有_、药剂法和离子交换法等。,天然水

2、,Ca2+、Mg2+,Ca2+、Mg2+,碳酸氢盐,硫酸盐或氯化物,加热法,3污水处理 基本流程,二、海水的综合利用 1.海水水资源的利用海水淡化 海水淡化的常用方法有_、电渗析法和离子交换法等。,蒸馏法,2.海水中化学资源的开发利用 (1)海水中食盐的开发利用: 海水制盐 从海水中提取食盐的主要方法是_。其原理是将海水太 阳照射后,蒸发浓缩,使食盐结晶析出。得到的产品为粗盐。 另外还有电渗析法和冷冻法。 氯碱工业 a.原料:粗盐 b.反应原理:2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2,蒸发法,c.工艺流程 d.设备:离子交换膜电解槽。,(2)从海水中提取镁: 生产流程及反应原理,CaO

3、+H2O=Ca(OH)2,MgCl2+Ca(OH)2= Mg(OH)2+CaCl2,Mg(OH)2+2HCl2=MgCl2+2H2O,(3)从海水中提取溴：,纯碱,SO2,反应原理 氯化:_ _, _。 _, _。,Cl2+2NaBr=2NaCl+Br2,3Br2+3Na2CO3 = 5NaBr+NaBrO3+3CO2,5NaBr+NaBrO3+3H2SO4=3Br2+3Na2SO4+3H2O,Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4,Cl2+2HBr=2HCl+Br2,三、煤、石油、天然气的综合利用 1.煤的综合利用,隔绝空气,焦炭,煤焦油,可燃性气体,液体燃料,汽油,甲醇,2.石油的

4、炼制,物理变化,化学变化,汽油,化学变化,乙烯,3.煤化工和天然气化工的发展一碳化学 (1)煤的气化: 2C+O2 2CO C+H2O CO+H2 CO+H2O CO2+H2 (2)天然气的利用: CH4+H2O CO+3H2 2CH4+O2 2CH3OH,【思考辨析】 1.硬水中加入适量石灰水后,由于生成Mg(OH)2、CaCO3沉淀,水 就软化了。( ) 【分析】加入石灰水后,只能将Mg2+引起的硬度转化为Ca2+引起 的硬度,仍然存在大量的Ca2+。 2.废水中的重金属离子Hg2+、Pb2+、Cu2+均可用加入强碱(NaOH) 使其沉淀的方法除去。( ) 【分析】Hg2+、Pb2+、Cu

5、2+等重金属离子应用Na2S使其转化成硫 化物沉淀而除去。,3.离子交换膜电解槽电解食盐水时阴极产物是NaOH和氢气。 ( ) 【分析】电解食盐水时,阳极产物是Cl2,阴极产物是H2和NaOH。 4.将MgCl26H2O加热分解可制得无水氯化镁。( ) 【分析】MgCl26H2O加热时MgCl2发生水解,生成Mg(OH)2,故应 在HCl的气流中加热MgCl26H2O才能得到无水MgCl2。 5.石油裂化的目的是为了获得以短链不饱和烃为主要成分的基 本化工原料。( ) 【分析】石油裂化的目的是为了提高轻质油的产量,而裂解的 主要目的是为了获得短链的不饱和烃。,6.石油的分馏和煤的干馏都是物理变

6、化过程。( ) 【分析】石油的分馏是物理变化,而煤的干馏是化学变化。 7.从海水中提取溴的工艺流程中有两次由Br-Br2的目的是提 高溴的产量。( ) 【分析】第一次由Br- Br2的目的是富集海水中的溴。第 二次是为了提纯Br2。因为第一次得到的Br2中混有水,不易分 离,使其转化为Br-,再氧化得Br2。,考点 1 氯碱工业 1.原料 精制饱和食盐水。 (1)精制目的:除去泥沙,使Ca2+、Mg2+、Fe3+、S 等离子的含 量达到要求。 (2)精制原因: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,而使产品不纯。,(3)精制方法:用BaCl2除去 用Ca(OH)2除

7、去Mg2+、Fe3+,用 Na2CO3除去Ba2+及Ca2+,所加沉淀剂需稍过量。最后加盐酸调节 盐水的pH。,(4)有关离子方程式: Ba2+ =BaSO4 Mg2+2OH-=Mg(OH)2 Fe3+3OH-=Fe(OH)3 Ca2+ =CaCO3 Ba2+ =BaCO3 +2H+=H2O+CO2,(5)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。 2.原理 2NaCl+2H2O 2NaOH+H2+Cl2,3.主要设备 离子交换膜电解槽: 阳极室:加入的是精制后的饱和食盐水 阴极室:加入纯水(加入一定

8、量的NaOH溶液),4.生产流程,【高考警示】 (1)除去饱和食盐水中的Ca2+、Mg2+、S 时,纯碱应在钡试剂 之后加入,稀盐酸应在过滤后加入。 (2)电解饱和食盐水时要使用惰性电极而不能使用Fe、Cu等活 性电极,否则阳极得不到Cl2。 (3)阳离子交换膜既防止了Cl2与NaOH溶液的反应,又防止了Cl2 与H2的反应。,【典例1】(2012浙江高考)(1)氯碱工业是利用电解食盐水生 产为基础的工业体系。 (2)电解前,为除去食盐水中的Mg2+、Ca2+、S 等杂质离子,下 列加入顺序合理的是。 A.碳酸钠、氢氧化钠、氯化钡 B.碳酸钠、氯化钡、氢氧化钠 C.氢氧化钠、碳酸钠、氯化钡 D

9、.氯化钡、氢氧化钠、碳酸钠,(3)“盐泥”是粗盐提纯及电解食盐水过程中形成的工业“废料”。某工厂的盐泥组成如下:,为了生产七水硫酸镁,设计了如图所示的工艺流程:,装置1中加入的酸应选用,加入的酸应适当过量,控制pH为5左右,反应温度在50左右。持续搅拌使之充分反应,以使Mg(OH)2充分溶解并转化为MgSO4,在此过程中同时生成CaSO4。其中碳酸钙可以转化为硫酸钙的原因是 。 装置2中滤渣的主要成分为。 装置3中通入高温水蒸气并控制温度在100110,蒸发结晶,此时析出的晶体主要是。用装置6(真空干燥器)干燥七水硫酸镁晶体的理由是 。,【解题指南】解答本题要注意以下2点: (1)关注“盐泥”

10、的主要成分。 (2)粗盐的提纯过程中试剂的滴加顺序。,【解析】(1)由于电解饱和食盐水的过程中产生了Cl2、H2和 NaOH,所以电解食盐水主要是为了制取以上三种物质。(2)在粗 盐提纯过程中,所加除杂试剂的顺序通常为先加BaCl2,再加 NaOH,最后加入Na2CO3。加NaOH的顺序可以放在BaCl2的前面也 可以放在Na2CO3的后面,但Na2CO3的加入顺序必须放在BaCl2的 后面,因过量的BaCl2需用Na2CO3除去。(3)由于最终的产品为MgSO47H2O,所以所加的酸应该是H2SO4,加入H2SO4后发生的反 应有:Mg(OH)2+H2SO4=MgSO4+2H2O,CaCO3

11、+H2SO4=CaSO4+ CO2+H2O。CaCO3和H2SO4的反应之所以能够持续进行,是因为,该反应是在50及持续搅拌的条件下进行的,该条件下CO2可以迅速从溶液中逸出而使平衡不断向正反应方向移动。CaSO4是一种微溶物,滤渣中除BaSO4、不溶于酸的物质外还应含有CaSO4。在真空干燥器中MgSO47H2O表面的水不需要加热烘干就能挥发掉,这样就能有效防止失去结晶水。,答案:氯气、烧碱、氢气(只写出氯气、烧碱也可) D(稀)硫酸 搅拌过程中CO2不断逸出,使平衡CaCO3+H2SO4 CaSO4+H2CO3,H2CO3 H2O+CO2 不断向右移动 CaSO4、BaSO4、其他不溶于酸

12、的物质 氯化钠防止失去结晶水,【互动探究】电解前除去食盐水中的Mg2+、Ca2+、S 等杂质 离子,除本题的(2)中的试剂加入顺序外,还有其他加入顺序吗? 提示:还可以按以下顺序除去食盐水中的杂质离子: NaOHBaCl2Na2CO3,考点 2 水的净化与处理 1.硬水软化的方法 (1)加热法(只能软化具有暂时硬度的水): 其原理为Ca(HCO3)2 CaCO3+CO2+H2O, Mg(HCO3)2 MgCO3+CO2+H2O, 继续煮沸时,MgCO3可转化为更难溶的Mg(OH)2: MgCO3+H2O Mg(OH)2+CO2。,(2)药剂法(石灰纯碱法): 反应原理: Ca(HCO3)2+C

13、a(OH)2=2CaCO3+2H2O Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2= 2CaCO3+Mg(OH)2+2H2O MgSO4+Ca(OH)2=Mg(OH)2+CaSO4 Ca2+ =CaCO3,(3)离子交换法:利用了离子交换反应原理,软化水的质量高。常用离子交换树脂作离子交换剂,其软化硬水和再生的过程如图所示:,2.污水处理的常用方法,【高考警示】 (1)用药剂法软化硬水时一定要注意加入试剂的先后顺序,即Na2CO3应在Ca(OH)2之后加入。 (2)用阳离子交换树脂HR除去硬水中的Ca2+、Mg2+时,溶液中的酸性会增强,应再用碱性溶液中和H+。 (3)污水处理中的酸性废水常用熟石灰中

14、和而不用NaOH溶液中和,碱性废水常用CO2中和。,【典例2】(2011山东高考)水处理技术在生产、生活中应用广泛。 (1)含有较多离子的水称为硬水。硬水加热后产生碳酸盐沉淀的离子方程式为:_(写一个即可)。 (2)将RH型阳离子交换树脂和ROH型阴离子交换树脂串接来软化天然硬水,应该先使硬水通过(填“RH”或“ROH”)型离子交换树脂,原因是_。,(3)通过施加一定压力使水分子通过半透膜而将大分子或离子截留,从而获得纯净水的方法称为_。 电渗析法净化水时,使离子通过半透膜的推动力是_。 (4)检验蒸馏水的纯度时,最简单易行的方法是测定水的_ _。,【解题指南】解答本题时注意如下3点: (1)硬水应先通过“RH”,再通过“ROH”,防止生成Mg(OH)2影响交换效果; (2)电渗析法净化水时使离子通过半透膜的推动力是电势差(或电场力)。 (3)水是一种极弱的电解质,纯度越高电导率越小或电阻率越大。,【解析】(1)含有较多的钙、镁离子的水称为硬水;加热硬水产 生碳酸盐的化学方程式为Ca(HCO3)2 CaCO3+CO2+H2O; Mg(HCO3)2 MgCO3+CO2+H2O,故离子方程式为 Ca2+ CaCO3+CO2+H2O; Mg2+ MgCO3+CO2+H2O。 (2)先通过阳离子交换树脂RH,因溶液中镁离子易与ROH型阴离 子交换树脂反应生