第2章 第5节《海水资源的开发利用及环境保护》.docx
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第2章第5节《海水资源的开发利用及环境保护》
1.了解常见元素单质及其重要化合物对环境质量的
影响。
2.了解科学、技术、社会的相互关系(如化学与生活、
材料、能源、环境等)。
3.理解在化工生产中遵照“绿色化学”思想的重要性。
第五节
海水资源的开发利用及环境保护
………………………………[循着图示·想一想]………………………………
……………………………………[特色特性·记一记]…………………………………
1.特殊的污染名词:
雾霾、酸雨、臭氧空洞、光化学烟雾、温室效应、白色污染、水华、赤潮
2.特殊的制备流程:
(1)海水提镁:
海水―→Mg(OH)2―→MgCl2溶液―→MgCl2·6H2O―→MgCl2―→Mg
(2)海水提溴:
海水―→Br2
HBr―→Br2
(3)海带提碘:
海带―→海带灰―→含I-的溶液―→I2的有机溶液―→I2
3.必记四反应:
(1)2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
(2)Cl2+2Br-===Br2+2Cl-
(3)Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4 (4)H2O2+2H++2I-===I2+2H2O
考点一
海水资源的综合利用
[教材知识层面]
1.水资源的利用
2.化学资源的开发利用
(1)氯碱工业。
①电解NaCl溶液(写出化学方程式,下同):
2NaCl+2H2O电解,2NaOH+H2↑+Cl2↑;
②产物制盐酸:
H2+Cl2点燃,2HCl;
③制漂白液:
Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O。
(2)海水中镁的提取。
海水
Mg(OH)2
MgCl2(溶液)
MgCl2·6H2O
MgCl2
Mg。
(3)海水中溴的提取。
海水(酸化)
Br2
HBr
Br2(液)。
(4)海带中提碘。
海带
海带灰
含I-的溶液
I2
I2的有机溶液
I2
[高考考查层面]
命题点1 从海水中提取镁的方法
1.工艺流程
2.基本步骤及主要反应
(1)制熟石灰:
CaCO3
CaO+CO2↑,CaO+H2O===Ca(OH)2。
(2)沉淀:
Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓。
(3)酸化:
Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O。
(4)蒸发结晶:
析出MgCl2·6H2O。
(5)脱水:
在氯化氢气流中使MgCl2·6H2O脱水制得无水氯化镁。
(6)电解:
电解熔融氯化镁制得镁。
[典题示例]
1.(2015·泰安模拟)从海水中提取镁,正确的方法是( )
A.海水
Mg(OH)2
Mg
B.海水
MgCl2溶液―→MgCl2晶体
Mg
C.海水
Mg(OH)2
MgO
Mg
D.海水
Mg(OH)2
MgCl2溶液―→MgCl2·6H2O―→MgCl2(熔融)
Mg
解析:
选D 从海水中提取镁时,首先用石灰乳将海水中的Mg2+沉淀出来,然后再用盐酸将其溶解得到MgCl2溶液,从MgCl2溶液中冷却结晶得到MgCl2·6H2O,在HCl气流中加热MgCl2·6H2O得到无水MgCl2,最后电解熔融MgCl2得到单质Mg。
2.(2014·全国卷Ⅱ节选)
(1)海水提镁的一段工艺流程如下图:
浓海水的主要成分如下:
离子
Na+
Mg2+
Cl-
SO
浓度/(g·L-1)
63.7
28.8
144.6
46.4
该工艺过程中,脱硫阶段主要反应的离子方程式为________________,产品2的化学式为________________,1L浓海水最多可得到产品2的质量为________g。
(2)采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁,发生反应的化学方程式为________________;电解时,若有少量水存在会造成产品镁的消耗,写出有关反应的化学方程式________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
解析:
(1)由题给海水的主要成分,脱硫就是除掉硫酸根离子,发生反应:
Ca2++SO
===CaSO4↓;由框图信息知,产品2为Mg(OH)2;1L浓海水中含有Mg2+28.8g,物质的量为1.2mol,则最多生成Mg(OH)21.2mol,质量为1.2mol×58g/mol=69.6g。
(2)电解熔融氯化镁生成氯气和单质镁,若有水存在,则高温下镁与水反应。
答案:
(1)Ca2++SO
===CaSO4↓ Mg(OH)2 69.6
(2)MgCl2
Mg+Cl2↑、
Mg+2H2O
Mg(OH)2+H2↑
命题点2 从海水中提取溴的方法
1.工艺流程
2.基本步骤及主要反应
(1)浓缩:
海水晒盐和海水淡化的过程中Br-得到浓缩。
(2)氧化:
向浓缩的海水中通入Cl2,将Br-氧化为Br2,反应的离子方程式为:
Cl2+2Br-===Br2+2Cl-。
(3)富集:
利用溴的挥发性,通入热空气或水蒸气,吹出的溴蒸气用SO2吸收。
反应的化学方程式为:
Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4。
(4)提取:
再用Cl2将HBr氧化得到产品溴。
[典题示例]
1.(2014·全国卷Ⅱ)将海水淡化与浓海水资源化结合起来是综合利用海水的重要途径之一。
一般是先将海水淡化获得淡水,再从剩余的浓海水中通过一系列工艺流程提取其他产品。
回答下列问题:
(1)下列改进和优化海水综合利用工艺的设想和做法可行的是________(填序号)。
①用混凝法获取淡水
②提高部分产品的质量
③优化提取产品的品种
④改进钾、溴、镁等的提取工艺
(2)采用“空气吹出法”从浓海水中吹出Br2,并用纯碱吸收。
碱吸收溴的主要反应是Br2+Na2CO3+H2O―→NaBr+NaBrO3+NaHCO3,吸收1molBr2时,转移的电子数为________mol。
解析:
(1)海水中主要含有NaCl等盐,用混凝法不能除去NaCl,错误。
(2)由方程式可知,Br2既是氧化剂又是还原剂,根据得失电子守恒知,吸收1molBr2转移5/3mol电子。
答案:
(1)②③④
(2)
2.海水中溴元素以Br-形式存在,工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如图:
(1)步骤①反应的离子方程式是_________________________________________。
(2)步骤③反应的化学方程式是____________________________________________。
从理论上考虑,下列也能吸收Br2的是________。
A.NaOH B.FeCl2 C.Na2SO3 D.H2O
(3)步骤⑤蒸馏的过程中,温度应控制在80~90℃。
温度过高或过低都不利于生产,请解释原因:
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
解析:
(1)
(2)离子方程式和化学方程式分别为:
2Br-+Cl2===Br2+2Cl-,SO2+Br2+2H2O===2HBr+H2SO4;只从理论上考虑,NaOH具有强碱性,能吸收Br2,Fe2+、SO
具有强还原性也能吸收Br2,但Br2在水中的溶解度较小,不能用水吸收。
(3)温度过高,大量水蒸气随溴排出,溴气中水蒸气的含量增加;温度过低,溴不能完全蒸出,产率太低。
答案:
(1)2Br-+Cl2===Br2+2Cl-
(2)SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBr ABC
(3)若温度过高,大量水蒸气随溴排出,溴气中水蒸气的含量增加;温度过低,溴不能完全蒸出,产率太低
命题点3 从海带中提取碘的方法
1.海带中含有碘元素的检验
(1)反应原理:
2H++2I-+H2O2===I2+2H2O
(2)实验步骤及证明方法
2.海带中提碘
(1)工艺流程。
(2)两种原理。
①主要的化学原理:
Cl2+2KI===2KCl+I2。
②主要的物理原理:
单质碘用苯或四氯化碳萃取,分液后用蒸馏法将碘与有机溶剂分开。
[典题示例]
1.从海带中提取碘的实验过程涉及下列操作,其中正确的是( )
解析:
选D 灼烧海带应用坩埚,A项错误;过滤时应用玻璃棒引流,B项错误;苯的密度比水的小,萃取了单质碘的苯在上层,应从分液漏斗的上口倒出,C项错误。
2.(2015·南京模拟)从海带中提取碘单质,成熟的工艺流程如下,下列关于海水制碘的说法,不正确的是( )
A.实验室在蒸发皿中灼烧干海带,并且用玻璃棒搅拌
B.在含I-的滤液中加入稀硫酸和双氧水后,碘元素发生氧化反应
C.在碘水中加入几滴淀粉溶液,溶液变蓝色
D.在碘水中加入CCl4得到I2的CCl4溶液,该操作为“萃取”
解析:
选A 灼烧干海带应在坩埚中进行,而不应在蒸发皿中灼烧海带。
[考点达标层面]
1.判断下列描述的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2013·福建高考)从海水中提取物质都必须通过化学反应才能实现。
( )
(2)(2013·浙江高考)实验室从海带中提取单质碘的方法是:
取样→灼烧→溶解→过滤→萃取。
( )
(3)海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、明矾净化法等。
( )
(4)海水中提取镁所涉及的化学反应全都是氧化还原反应。
( )
(5)从海水提取溴的工艺流程中两次出现Br-
Br2的过程,其目的是将海水中的溴元素富集。
( )
(6)将氯化镁晶体(MgCl2·6H2O)直接加热可制得无水氯化镁。
( )
答案:
(1)×
(2)× (3)× (4)× (5)√ (6)×
2.海洋是一座巨大的化学资源宝库,如图是从海水中提取若干种化学物质的流程图,则下列说法正确的是( )
A.除去粗盐中的SO
、Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质,①中加入试剂的顺序为Na2CO3溶液―→NaOH溶液―→BaCl2溶液―→过滤后加盐酸
B.②中包含制取MgCl2溶液、无水MgCl2及电解熔融状态的MgCl2几个阶段
C.③④⑤中溴元素均被氧化
D.蒸馏法是技术最成熟也是最具发展前景的海水淡化方法
解析:
选B A项中的加入顺序会导致Ba2+无法除尽,A错误;单质镁是通过电解熔融MgCl2的方法制取的,B正确;流程图中的第④步中溴元素被还原,C错误;蒸馏法会消耗大量的能源,不是最具有发展前景的方法,D错误。
考点二
环境保护与绿色化学
[教材知识层面]
1.环境污染
(1)环境问题:
主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境的破坏,以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。
(2)“三废”:
主要是指废气、废水和废渣。
(3)大气污染物的来源:
化石燃料的燃烧和工业生产过程中的废气及其携带的颗粒物。
2.环境保护的措施
(1)工业废气和所携带颗粒物的回收利用。
(2)工业、生活污水经处理达标后排放,限制使用含氮、磷洗涤剂。
(3)回收、限制废弃塑料,研制可降解塑料。
3.绿色化学
(1)绿色化学:
其核心是指利用化学原理从源头上消除和减少工业生产对环境的污染。
(2)原子经济性:
其特点为反应物中的原子全部转化为期望的最终产物,原子的利用率达到100%。
如环氧乙烷的生成:
①经典方法:
CH2===CH2+Ca(OH)2+Cl2―→
+CaCl2+H2O。
②现代化工生成方法:
2CH2===CH2+O2
。
上述两反应的原子经济性为100%的是②。
[高考考查层面]
命题点1 环境污染及其防治
1.常见的环境污染及成因
(1)酸雨——SO2及NOx的排放。
(2)光化学烟雾——主要是NOx、碳氢化合物造成的。
(3)臭氧空洞——氟氯代烃、NOx的排放。
(4)温室效应——大气中CO2、CH4含量的增加造成的。
(5)白色污染——聚乙烯等难降解的塑料制品。
(6)水华、赤潮——含磷洗衣粉的大量使用、工农业及城市污水的任意排放造成水体富营养化。
2.环境污染的类型及防治措施
主要污染物及来源
主要危害
防治措施
大气污染
①污染物:
硫氧化物、氮氧化物、碳氢化合物、固体颗粒
②来源:
化石燃料的燃烧,工业烟尘
①危害人体健康
②破坏建筑物
③影响动、植物生长
④改变气候
①开发新能源,减少化石燃料的燃烧
②对工业尾气进行处理
③立法管理
水污染
①污染物:
重金属盐、耗氧有机物,氮、磷化合物等
②来源:
工业废水、生活废水、实验室和医院废水
①污染饮用水、影响人畜健康
②影响植物生长
③形成水华、赤潮,影响水中生物生长
①对废水进行无害化处理后排放
②立法管理
土壤污染
①污染物:
重金属盐、废塑料、工业废料、建筑垃圾
②来源:
生活垃圾、工厂、建筑、化肥、农药、各种废水
①使土壤板结、硬化
②水肥流失
①对垃圾进行回收和分类处理,综合利用
②控制各种污水排放
[典题示例]
1.PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5×10-6m的颗粒物,它主要来自化石燃料的燃烧(如机动车尾气、燃煤等)。
下列有关说法正确的是( )
A.PM2.5又称可入肺颗粒物,对人体健康无害
B.PM2.5在空气中一定能产生丁达尔效应
C.开发利用新能源,实施“低碳经济”,可减少PM2.5的产生
D.PM2.5中含有的铅、铬、砷等元素均为主族元素
解析:
选C PM2.5粒子半径小,易附带有毒、有害物质,且在大气中停留时间长,因而对人体健康有害,A项错误;PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物,颗粒物直径不一定在胶体粒子直径(1~100nm)的范围内,因而在空气中不一定能产生丁达尔效应,B项错误;铅、砷等元素为主族元素,铬为副族元素,D项错误。
2.(2012·海南高考)化学与环境密切相关,下列有关说法正确的是( )
A.CO2属于大气污染物
B.酸雨是pH小于7的雨水
C.CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成
D.大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧
解析:
选D SO2及氮的氧化物是导致酸雨形成的主要物质,而CO2是造成温室效应的主要物质,C错误;CO2无毒,不属于大气污染物;酸雨是pH小于5.6的降水。
命题点2 绿色化学
1.核心:
利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境造成的污染。
又称为“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”。
绿色化学的理想在于不再使用有毒有害的物质,不再产生废物,不再处理废物,这是一门从源头上减少或消除污染的化学。
2.绿色化学的研究主要围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化开展的,因此化学反应及其产物具有以下特征:
①采用无毒、无害的原料;
②在无毒、无害的条件(包括催化剂、溶剂)下进行;
③产品应该是环境友好的;
④具有“原子经济性”,即反应具有高选择性、极少副产物,甚至实现“零排放”。
此外,它还应当满足“物美价廉”的传统标准。
[典题示例]
1.下列生产工艺不能体现“绿色化学”思想的是( )
A.海水提镁:
用电解MgCl2(熔融)产生的Cl2制取盐酸
B.工业制硫酸:
提高尾气排放的烟囱高度
C.工业制胆矾:
使用稀硫酸、双氧水溶解铜
D.火力发电:
在燃煤中加入适量生石灰
解析:
选B A项,用电解MgCl2(熔融)产生的Cl2制取盐酸,实现有毒气体的利用,减少污染,能体现“绿色化学”思想。
B项,工业制硫酸中提高排放尾气的烟囱高度,不能减少尾气的排放,不能体现“绿色化学”思想。
C项,工业制胆矾采用稀硫酸、双氧水溶解铜,不仅可以减少尾气排放,且提高了硫酸的利用率,能体现“绿色化学”思想。
D项,火力发电时,在燃煤中加入适量生石灰,可以减少SO2的排放,能体现“绿色化学”思想。
2.在“绿色化学工艺”中,理想状态是原子利用率为100%。
在用CH3C≡CH合成CH2===C(CH3)COOCH3的过程中,欲使原子利用率达到最高,还需要其他的反应物有( )
A.CO和CH3OH B.CO2和H2O
C.H2和CO2D.CH3OH和H2
解析:
选A 从原子守恒和绿色化学的思想出发:
CH3C≡CH+其他的反应物―→CH2===C(CH3)COOCH3,则其他的反应物的原子组成为C2H4O2,只有选项A中的物质按等物质的量混合符合题意。
[考点达标层面]
1.判断下列描述的正误(正确的打“√”,错误的打“×”)。
(1)(2014·海南高考)装饰材料释放的甲醛会造成污染。
( )
(2)(2014·海南高考)Na2S可除去污水中的Cu2+。
( )
(3)(2013·浙江高考)
和CO2反应生成可降解聚合物
,该反应符合绿色化学的原则。
( )
(4)(2012·江苏高考)改进汽车尾气净化技术,减少大气污染物的排放。
( )
(5)(2011·福建高考)CO2、CH4、N2等均是造成温室效应的气体。
( )
(6)(2011·天津高考)使用无磷洗衣粉,可彻底解决水体富营养化问题。
( )
(7)(2011·福建高考)使用清洁能源是防止酸雨发生的重要措施之一。
( )
答案:
(1)√
(2)√ (3)√ (4)√ (5)× (6)× (7)√
2.(2015·合肥二模)下列做法中有利于环境保护的是( )
①使用无磷洗涤剂 ②垃圾分类处理 ③使用一次性木质筷子 ④使用清洁能源 ⑤使用化肥、农药 ⑥使用无氟冰箱
A.①②④⑥B.②④⑤⑥
C.①②③④⑥D.②③④⑤⑥
解析:
选A ③使用一次性木质筷子,需要砍伐树木,影响环境;⑤过度使用化肥、农药,易对环境造成污染。
以“海水中提取食盐、镁、溴的过程”为载体串联海水资源开发的知识
高考载体(2009·天津高考T9改编)
海水是巨大的资源宝库,从海水中提取食盐、镁和溴的过程如下:
[知识串联设计]
(1)请列举三种海水淡化的方法:
____________、____________、____________。
(2)工业上电解精制后的食盐水可以制得烧碱、氢气和氯气,写出反应的化学方程式:
________________________________________________________________________。
(3)粗盐中含有Ca2+、Mg2+、SO
,设计实验方案,如何精制食盐(除去Ca2+、Mg2+、SO
)?
________________________________________________________________________
________________________。
(4)步骤Ⅳ中加入生石灰发生反应的化学方程式(或离子方程式)为______________、____________。
(5)灼烧氯化镁结晶水合物时为什么在HCl的气流中进行?
_________________
(6)工业上能否用电解熔融MgO的方法冶炼镁?
为什么?
____________________
(7)步骤Ⅰ中已获得Br2,步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br-,其目的是__________________。
(8)步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2,吸收率可达95%,有关反应的离子方程式为________________________________________________________________________,
由此反应可知,除环境保护外,在工业生产中应解决的主要问题是________________。
答案:
(1)蒸馏法 电渗析法 离子交换法
(2)2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑
(3)精制食盐水的过程为:
(4)CaO+H2O===Ca(OH)2、Mg2++2OH-===Mg(OH)2↓
(5)抑制MgCl2的水解 (6)不能;MgO的熔点高、需消耗大量能源 (7)富集溴元素
(8)Br2+SO2+2H2O===4H++SO
+2Br- 强酸对设备的严重腐蚀
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- 海水资源的开发利用及环境保护 第2章 第5节海水资源的开发利用及环境保护 海水 资源 开发利用 环境保护