化学与技术.docx

1、化学与技术化学与技术主题1 化学与资源开发课程标准示意课标要点解析1.通过调查讨论煤、石油和天然气等综合利用的最新进展。 2了解我国基本化工的生产资源、基本化工产品的主要种类和发展概况。 3了解海水的综合利用，认识化学科学发展对自然资源利用的作用。 4以废旧塑料的再生利用为例，认识化学对废旧物资再生与综合利用的作用，讨论其可能的途径。知识集成一、水的处理（一）天然水的净化 1混凝法水中呈胶体状态的污染物质，通常都带有负电荷，若向水中投加带相反电荷的电解质（混凝剂），可是污水中的胶体颗粒失去稳定性，并在分子引力作用下凝聚成大颗粒而下沉。通过混凝法可除去污水中细分散固体颗粒、乳状油及胶状物质。目前

2、常用的混凝剂有：明矾、碱式氯化铝、铁盐等。明矾净水原理：Al3+3H2OAl（OH）3（胶体）+3H Al（OH）3胶体具有吸附性，能水中的悬浮物。铁盐净水原理：Fe3+3H2O Fe（OH）3（胶体）+3H Fe（OH）3胶体具有吸附性，能水中的悬浮物。2化学软化（1）软水和硬水硬水：溶有较多量的Ca2和Mg2的水。软水：只溶有少量或不含有Ca2和Mg2的水。（2）暂时硬度：水的硬度由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起的(加热时由于生成CaCO3或Mg(OH)2沉淀而使硬度减小)称暂时硬度。（3）永久硬度：水的硬度由钙、镁的硫酸盐、氯化物引起的(加热时水的硬度不发生变化的)。 一般天

3、然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度。 （4）硬水的危害：水的硬度过高会使洗涤衣物时，耗肥皂太多，衣物也不易洗净；锅炉用水如果硬度太高，长期烧煮后，水里的钙盐和镁盐会在锅炉内结成锅垢，使锅炉内金属管道的导热能力大大降低，不但浪费燃料，而且会使管道局部过热，使锅炉管道变形或损坏，严重时会引起爆炸事故；长期饮用硬度过高的水也对身体不利。（5）软化硬水的方法常用的方法有加热煮沸法、药剂软化法和离子交换法A 加热煮沸法只能软化暂时硬水，其作用原理为 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。 MgC

4、O3 +H2OMg(OH)2+ CO2 水垢的成分为CaCO3和Mg(OH)2。B 药剂法：a石灰纯碱法 用石灰纯碱法时应先加Ca(OH)2，将Mg2+引起的硬度转化为由Ca2+形成的硬度；再加Na2CO3，将过量的Ca2+沉淀出来，可消除水的暂时硬度，其作用原理如下Ca(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3+2H2OMg(HCO3)2+2Ca(OH)2=Mg(OH)2+2CaCO3+2H2OMgSO4+Ca(OH)2=Mg(OH)2+CaSO4加入纯碱的作用是将过量的Ca2+沉淀出来Ca2+CO32-=CaCO3b磷酸盐法：对于工业锅炉用水，用Na3PO4作药剂处理方法，使沉淀物悬浮在

5、水面上不结垢。 3Mg2+2PO43-=Mg3(PO4)2 3Ca2+2PO43-=Ca3(PO4)2C 离子交换法利用了离子交换反应原理，软化水的质量高，常用磺化煤(NaR)作离子交换剂2NaR+Ca2+=CaR2+2Na+ 2NaR+Mg2+=MgR2+2Na+。用5%8%的食盐溶液可使失去软化能力的磺化煤再生CaR2+2Na+=Ca2+2NaR MgR2+2Na+=Mg2+2NaR。（二）污水处理1.污水处理方法很多，一般可分为物理法、化学法以及生物法。根据污水处理的程度又分为一级、二级和三级。(1)一级处理通常采用物理方法，即用格栅间（除去污水中的大块物体）、沉淀池等除去污水中不溶解的

6、污染物。经一级处理后的水一般达不到排放标准，所以通常作为预处理。(2)二级处理采用生物方法（又称微生物法）及某些化学方法，除去水中可降解有机物和部分胶体污染物。经二级处理后的水一般可达到农灌标准和废水排放标准。(3)三级处理主要采用化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法和反渗透法等，对污水进行深度处理和净化。经三级处理后的水可用于绿化和景观用水等。2.污水处理的化学方法。(1)中和法：对酸性废水和碱性废水，可用中和法进行处理。如用熟石灰来中和钢铁厂、电镀厂等产生的酸性废水；用硫酸或二氧化碳中和造纸厂的产生的碱性废水。对高浓度的酸、碱废水，应优先考虑回收利用的问题。如可用浓缩水回收其中的酸或碱。(2

7、)沉淀法：对于含有重金属离子的工业废水，可加入某些化学物质作为沉淀剂：如含Hg2+离子、Pb2+离子、Cu2+离子的废水，可向其中加入硫化钠，使之变成难溶物除去。 Hg2+S2-=HgS； Pb2+S2-=PbS； Cu2+S2-=CuS（3）氧化还原法：利用氧化还原反应除去有害污染物。（三）海水淡化方法1蒸馏法： 蒸馏法虽然是一种古老的方法，但由于技术不断地改进与发展，该法至今仍占统治地位。将水蒸发而盐留下，再将水蒸气冷凝为液态淡水。其特点是设备简单、易操作、淡水质量好，但能耗大，今后发展的趋向是：将工业余热用于海水淡化，这是一条经济合理的途径。2电渗析法：该法的技术关键是新型离子交换膜的研

8、制。离子交换膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片，按其选择透过性区分为阳离子交换膜（阳膜）与阴离子交换膜（阴膜）。电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列，组成多个相互独立的隔室海水被淡化，而相邻隔室海水浓缩，淡水与浓缩水得以分离。电渗析法不仅可以淡化海水，也可以作为水质处理的手段，为污水再利用作出贡献。二、海水的综合利用1海水制盐的方法：盐田法、电渗析法和冷冻法。盐田法历史最悠久，而且也是最简便和经济有效的方法，现在还在广泛采用。2食盐资源的利用-氯碱工业以食盐为原料制取NaOH、Cl2、H2 ， 再进一步生产一系列的化工产品的工业（1） 电解饱和食盐水反应原理 阴极：2H+ + 2

9、e- = H2阳极：2Cl- -2e- = Cl2总反应：2H2O + 2Cl- = H2 + Cl2 +2OH-2H2O + 2NaCl = H2 + Cl2 +2NaOH (2)离子交换膜法制烧碱A示意图：B生产设备名称：离子交换膜电解槽 阳极：金属钛网(涂钛钌氧化物) 阴极：碳钢网(有镍涂层) 阳离子交换膜：只允许阳离子通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。 C离子交换膜的作用： (1)防止氯气和氢气混合而引起爆炸 (2)避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧化钠的产量 (3)生产流程3.海水提溴（1）示意图(2)生产过程A.氧化 工业上从海水中提取溴时，首先通氯气于pH为3.5左右晒盐

10、后留下苦卤(富含Br-离子)中置换出Br2。化学方程式为:Cl2 +2Br -=Br2+ 2Cl -B.吹出 然后用空气把Br2吹出，再用Na2C03溶液吸收，即得较浓的NaBr和NaBrO3溶液： 3CO32- + 3Br2 = 5Br- + BrO3- + 3CO2最后，用硫酸将溶液酸化，Br2即从溶液中游离出来,.化学方程式为: 5Br- + BrO3- + 6H+ = 3Br2 + 3H2OC.吸收 用还原剂二氧化硫使溴单质变为HBr，再用氯气将其氧化成溴产品。化学方程式为:Br2 + SO2+2H2O=2HBr+H2SO4Cl2 +2Br-=Br2+2Cl - 4.海水提镁（1）示意

11、图(2) 生产过程A.将贝壳制成石灰乳。化学方程式为:CaO+ H2O= Ca(OH)2B.在引入的海水中加入石灰乳、沉降、过滤、洗涤沉淀物。 C.将沉淀物与盐酸反应、结晶、过滤、干燥产物。化学方程式为:D.将产物熔融后电解。化学方程式为:5.从海水中提取重水 氘是氢的同位素。氘的原子核除包含一个质子外，比氢多了一个中子。氘的化学性质与氢一样，但是一个氘原子比一个氢原子重一倍，所以叫做“重氢”。氢二氧一化合成水，重氢和氧化合成的水叫做“重水”。重水主要赋存于海水中，总量可达250亿吨。重水现在已是核反应堆运行不可缺少的辅助材料，也是制取氘的原料。 制备重水有两种方法， 蒸馏法：这种方法只能得到

12、纯度为92%的重水； 电解法：可得99.7%的重水，但消耗电能特别大。三、石油、煤和天然气的综合利用1石油的综合利用2煤的综合利用煤除了主要含碳外还含有少量的S、P、N、H、O等元素以及无机矿物质（主要有硅、铝、钙、铁等元素）煤是有机物和无机物组成的复杂混合物（1） 煤的干馏把煤隔绝空气加强热使它分解的过程叫煤的干馏。是一个化学变化过程 。 （2）煤的汽化与液化（A）汽化 煤的汽化就是将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。煤汽化的主要化反应是指碳和水蒸气的反应。 C+H2O = COH2 这是一个吸热反应，所需热量一般都由同时进行的碳的燃烧反应来提供。 CO2 =CO2 碳燃烧时可以使用空气，

13、也可以使用氧气，但得到的煤气成分、热值及用途都不同，分别叫低热值气和中热值气。中热值气在适当催化剂的作用下，又可以转变成高热值气。即把中热值煤气里的CO和H2用催化剂合成甲烷。 CO3H2 CH4H2O(B)液化 煤的液化是将煤转化为液体燃料的过程。直接法： 把煤粉和煤液化过程中产生的油跟氢气混合，在高温下经催化剂催化，进行加氢解聚反应，同时脱去硫、氮、氧等原子，生成固-液混合物的油、液化的煤以及含有未液化的煤和炭等固态物质。经过分离可以得到油，成为低氢、低硫的重质液体燃料。间接法： 首先把煤气化为H2、CO和CH4。用催化剂把气态物质转变为液态。 nCO2nH2(CH2)nnH2O 2nCO

14、nH2(CH2)nnCO2（3）煤化工和天然气化工的发展碳化学碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等)为原料，用化工的方法制造一系列化工原料和燃料的化学。煤汽化的主要反应：2CO =2CO ， C+H2O = COH2 ， CO+H2O = CO2H2。高温条件，天然气重整：CH4H2O = CO3H2应考指南1本单元考点：（1）混凝法净水的原理；（2）硬水及其软化方法；（3）污水处理方法；（4）海水淡化、海水提溴、海水提镁方法；（5）石油的分馏、裂化、裂解方法； （6）煤的干馏、汽化、液化方法；（7）煤化工和天然气化工原理。2题型主要以填空题、实验题和计算

15、题为主，有时也有选择题出现。3命题特点与趋势以本单元中出现的化工生产中的化学反应原理、化学反应方程式为考试的主要内容，同时也考查化工生产中的主要设备及其功能和用途。有时也会以上述内容为背景，以计算题的形式出现，考查学生的计算能力和推理能力。拓展阅读1臭氧技术在水处理方面的应用“臭氧”一词，因保护“大气臭氧层”而广为人知。由于臭氧冰箱除臭器、臭氧消毒碗柜等家电产品上市，人们对臭氧的作用也逐渐熟悉。臭氧的应用按用途分为水处理、化学氧化、食品加工与医疗四个领域，各个领域的应用研究与适用设备开发都达到很高水平。臭氧在水中对细菌、病毒等微生物杀灭率高、速率快，对有机化合物等污染物质去除彻底而又不产生二次

16、污染， 因此饮用水杀菌消毒是当前臭氧应用的最主要方面。自来水行业是臭氧的最大市场。随着水源受有机化学工业产物的污染，氯消毒后会产生氯仿、二氯甲烷、四氯化碳等氯化有机物，这些物质具有致癌性， 而臭氧处理后不会产生二次污染物。我国瓶装水采用臭氧杀菌净化工艺最为普遍、积极。粗略估计，矿泉水、纯净水、洁净水厂一千多家，约60%已采用臭氧杀菌消毒工艺。游泳池水臭氧消毒应用广泛，其处理效果和优点已被公认，国外应用极为普遍。我国广州天河游泳馆、北京亚运村东游泳馆等都采用臭氧消毒，池水清澈透明，彻底解决了氯消毒刺激眼睛、皮肤及使头发变黄的难题。2水污染在生产生活中，水使用后混进各种污染物，丧失利用价值成为废水

17、。排放后使自然水体中的污染物超过其自净能力，从而引起复杂的物理化学变化，使水质变坏，造成污染。而造纸工业每年排放的废水量占全国工业废水排放总量的10%以上。“黑液”中污染物浓度很高，生物耗氧量高达5000-40000mg/L,还含有大量纤维、无机盐、色素等，污染十分严重。水污染的种类共有八类，其中主要是生活污水和工业污水造成的。水体污染，特别是淡水水体污染不但影响工农业生产，危害生态系统的生存和发展，而且直接威胁人类健康。研究水体污染，研究污染物进入水体后的迁移、转化、归宿，提高水体净化能力，采取适当措施净化污水，控制水体污染的任务成为环境化学的一项紧迫任务。经典试题示范例1磺化煤(代表式Na

18、R)是一种钠型离子交换剂，它能使硬水的Ca2+、Mg2+离子通过离子交换柱除去而软化。现代海水(已知海水中含Na+、Ca2+、Mg2+阳离子)的淡化方法是使海水按顺序通过两种离子交换树脂，其流程如图所示。(1)现有氢型阳离子交换树脂(HR)和羟型阴离子交换树脂(ROH)，则图中离子交换柱中分别装入的离子交换树脂(填代表式)：A柱是 ；B柱是 。(2)按上述顺序装柱的理由是 。解析：要使海水淡化，必须借助离子交换树脂的作用除去海水中Na+、Ca2+、Mg2+及Cl-等离子，但若先将海水通过ROH溶液中会生成较多的OH-使Mg2+转化成Mg(OH)2沉淀而堵塞交换柱，故必须先将海水通过HR。答案：

19、(1)HR；ROH(2)若使海水先通过ROH树脂，溶液中会有较多的OH，这样使海水中Mg2+转化为Mg(OH)2沉淀，造成堵塞而使海水淡化无法继续进行。 例2如下图甲所示，某河流经工业城市Y 市，a处为上游、d处为下游，经对河水检测绘制出图乙，请回答：(1) 构成该河的污染主要分布在( )A.ab段 B.bc段 C.cd段 D.bd段(2) 列举造成该河污染的三种可能污染源 ； ； 。(3) 对c处水样进行检测，发现其中含有Cu2+，要把Cu2+变成铜单质回收，请写出两种可行的方法: ； ；(4) d处污染明显降低，请从物理、化学、生物三个方面简单分析原因。 。 解析：生活污水、工业废水是水体

20、的两个主要污染源，河流经市区必定造成污染，到下游时经过沉降，生物降解，物质之间的反应会使污染程度下降。对于铜的回收需把铜离子变成铜单质即可。答案：(1)B (2)工业废水；生活污水；生活垃圾及工业废渣(3)：加过量铁粉，过滤后加入盐酸，清洗干燥得铜；：用电解法，使用惰性电极电解，阴极上生成铜(4)物理沉降，化学处理，生物分解例3工业上从海水中提取溴可采用如下方法：向海水中通入Cl2，将海水中的溴化物氧化，其离子方程式为_ 。向上述混合液中吹入热空气，将生成的溴吹出用纯碱溶液吸收，其方程式为_ _ 。将所得溶液中用H2SO4酸化，使NaBr、NaBrO3中的溴转化为单质溴，再用有机溶剂提取溴后还

21、可得到副产品Na2SO4，写出这一过程的化学方程式 _ _。这样得到的溴中还混有少量Cl2，怎样除去？_。解析：根据卤素的性质和氧化还原知识作答。答案：（1）Cl2+2Br-=Br2+2Cl-（2）3Na2CO3+3Br2=5NaBr+NaBrO3+3CO2（3）5NaBr+NaBrO3+3H2SO4=Br2+3Na2SO4+3H2O（4）加入适量溴化钠：Cl2+2Br-=Br2+2Cl-例4 氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下： 粗盐 H2O NaOH Na2CO3 Cl2 H2 10%NaOH 、16%NaCl溶液 沉渣 NaCl晶体 50%NaOH溶液依据上图，完成下列

22、填空：（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为 ，与电源负极相连的电极附近，溶液pH值 （选填：不变、升高或下降）。 （2）工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质。精制过程发生反应的离子方程式为 ， （3）如果粗盐中SO含量较高，必须添加钡式剂除去SO，该钡试剂可以是 （选填a、b、c，多选扣分） A.Ba(OH)2 B.Ba(NO3)2 C.BaCl2 (4)为有效除去Ca2+、Mg2+、SO，加入试剂的合理顺序为 （选填a，b，c多选扣分）A.先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂 B.先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3 C.先加钡试剂，后加NaOH，再加

23、Na2CO3 （5）脱盐工序中利用NaoH和NaCl在溶解度上的差异，通过 、冷却、 （填写操作名称）除去NaCl （6）在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学方程式为 解析：在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应为氧化反应；Cl-失电子；与电源负极相连的电极发生2H+2e-=H2, 由于H+消耗，OH-浓度增大，pH升高。答案：(1)2Cl-2eCl2 升高 （2）Ca2+COCaCO3Mg2+2OH-Mg(OH)2 (3) A.C.(4)B.C .(5)

24、蒸发 过滤 (6) NaCl+H2OH2+Cl2+2NaOH必练训练题库1为了提高生活用水的卫生标准，自来水厂常用Cl2和FeSO47H2O 同时使用进行消毒、净化改善水质，其原理是： 。2某硬水中主要含有Mg(HCO3)2,现拟用两种方法将其软化：(1)加热法，(2)加石灰法。请写出有关化学方程式。3某1mol链烃A在一定条件下完全裂化成1mol烷烃B和1mol烯烃C，生成的混合气体相对分子质量为29，试通过计算回答下列问题。(1)写出链烃A可能的结构简式和名称 (2)烷烃B和烯烃C可能各是什么? (3)如果要求1molB完全燃烧时需要氧气的物质的量是整数，那么C只能是什么烯烃? 4某些废旧

25、塑料可采用下列方法处理：将废塑料隔绝空气加强热，使其变成有用的物质，实验装置如右图。加热聚丙烯废塑料得到的产物如下表：产物氢气甲烷乙烯丙烯苯甲苯碳质量分数(%)1224121620106（1）试管A中残余物有多种用途，如下列转化就可可制取高聚物聚乙炔。A中残留物电石乙炔聚乙炔写出反应的化学方程式 （2）试管B收集到的产品中，能使酸性高锰酸钾溶液褪色的物质，其一氯代物有 种。（3）锥形瓶C中观察到的现象。经溴水充分吸收，剩余气体经干燥后的平均相对分子质量为 。（4）写出C中逸出的气体在工业上的两种用途 、 。5海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：（1）若在空气中加热MgCl26H2O

26、，生成的是Mg(OH)Cl或MgO，写出相应反应的化学方程式 。用电解法制取金属镁时，需要无水氯化镁。在干燥的HCl气流中加热MgCl26H2O时，能得到无水MgCl2，其原因是 。（2）Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去？写出实验步骤。 。（3）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的；溶解时： 。过滤时： 。蒸发时： 。参考答案1Cl2与水反应生成HClO能杀死水中细菌，起消毒作用；Cl2能将Fe2+氧化成Fe3+，Fe3+水解：Fe3+3H2OFe(OH)3+3H+；生成Fe(OH)3胶体吸附

27、能力很强，可吸附水中悬浮的杂质，并形成沉淀，使水净化。2(1) Mg(HCO3)2MgCO3+ CO2+ H2OMgCO3+H2OMg(OH)2+CO2 (2) Mg(HCO3)2+2Ca(OH)2=Mg(OH)2+2CaCO3+2H2O3(1)CH3CH2CH2CH3正丁烷 异丁烷。(2) B为甲烷，C为丙烯。或B为甲烷，C为乙烯。 (3)丙烯。4（1）CaC22H2OCa(OH)2C2H2 nHCCHHCCH（2）4（3）棕黄色溶液变无色或褪色4.8（4）合成氨原料，作燃料或有机化工原料（其他合理答案均给分）5（1）MgCl26H2O Mg(OH)Cl+HCl+5H2O MgCl26H2O MgO+HCl+5H2O或Mg(OH)Cl MgO+HCl 在干燥的HCl气流中，抑制了MgCl2水解，且带走MgCl26H2O受热产生的水气，故能得到无水MgCl2。（2）加入MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤。（3）搅拌，加速溶解；使待滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外洒；搅拌，防止因局部过热液滴或晶体飞溅。