优化方案教师用书届高考化学一轮复习第二讲化学与资源的开发利用选修2Word文档格式.docx

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（1）中和法：

处理酸性废水和碱性废水

（2）沉淀法：

处理含有重金属离子的废水

（3）氧化还原法：

除去油类、氮化物、硫化物等物质

生物法

利用微生物的作用除去废水中的溶胶物质及有机物

活性污泥法、生物滤池法、厌气处理法

【特别提醒】　

（1）水垢的主要成分是CaCO3和Mg（OH）2，不是CaCO3和MgCO3，原因是Mg（OH）2的溶解度小于MgCO3的溶解度，加热煮沸和石灰纯碱法除去Mg2＋时都转化为更难溶的Mg（OH）2。

（2）石灰纯碱法软化后的硬水，仍然会有一定的硬度，原因是生成的钙镁化合物仍然有一定的溶解度。

（3）鉴别硬水和软水可利用肥皂水，加肥皂水硬水会产生较多的沉淀，软水会产生较多的泡沫。

（4）离子交换树脂不只有阳离子交换树脂，也有阴离子交换树脂。

⊙题组一　硬水及其软化

1．（教材改编）水处理技术在生产、生活中应用广泛。

（1）含有较多________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________________________________________________________________________

（写出一个即可）。

（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________________。

解析：

（1）含有较多Ca2＋、Mg2＋的水称为硬水；

加热硬水时可发生反应：

Ca2＋＋2HCO

CaCO3↓＋CO2↑＋H2O或Mg2＋＋2HCO

MgCO3↓＋CO2↑＋H2O。

（2）软化硬水时，应先使硬水通过RH型离子交换树脂；

若让水先通过ROH型交换树脂会产生Mg（OH）2等沉淀而影响树脂交换效果。

（3）通过压力使水分子通过半透膜而获得纯净水的方法称为反渗透法。

电渗析法的推动力是电压。

（4）检验蒸馏水的纯度时，最简单易行的方法是测定水的电导率（或电阻率）。

答案：

（1）Ca2＋、Mg2＋　Ca2＋＋2HCO

CaCO3↓＋CO2↑＋H2O（或Mg2＋＋2HCO

MgCO3↓＋CO2↑＋H2O）

（2）RH　先通过阴离子交换树脂可能产生Mg（OH）2等沉淀而影响树脂交换效果

（3）反渗透法　电势差（或电场力）

（4）电导率（或电阻率）

2．水是一种重要的自然资源，是人类赖以生存不可缺少的物质。

水质优劣直接影响人体健康。

请回答下列问题：

（1）天然水中溶解的气体主要有________、________。

（2）天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是__________________________（填其中任何两种），其净水作用的原理是________________________________________________________________________。

（3）硬度为1°

的水是指每升水含10mgCaO或与之相当的物质（如7.1mgMgO）。

若某天然水中c（Ca2＋）＝1.2×

10－3mol·

L－1，c（Mg2＋）＝6×

10－4mol·

L－1，则此水的硬度为________。

（4）若（3）中的天然水还含有c（HCO

）＝8×

L－1，现要软化10m3这种天然水，则需先加入Ca（OH）2________g，然后加入Na2CO3________g。

（1）天然水中溶解的气体主要是空气，空气由N2、O2、CO2、水蒸气等气体组成。

（2）混凝剂的作用是净化水，即除去水中悬浮的杂质，能作混凝剂的物质为铁盐或铝盐，其净水原理是应用Al3＋（或Fe3＋）的水解：

Al3＋＋3H2O

Al（OH）3（胶体）＋3H＋，Fe3＋＋3H2O

Fe（OH）3（胶体）＋3H＋，由于生成的胶体中胶粒有较大的比表面积，可以吸附水中的悬浮物，并且金属氢氧化物形成的胶粒吸附阳离子后带正电荷，破坏天然水中其他带异电的胶体，达到净水的目的。

（3）取1L该硬水，其中n（Ca2＋）＝1.2×

10－3mol，m（CaO）＝1.2×

10－3mol×

56g·

mol－1＝6.72×

10－2g，则由CaO引起的硬度为

×

103mg·

g－1＝6.72°

，该硬水中n（Mg2＋）＝6×

10－4mol，m（MgO）＝6×

10－4mol×

40g·

mol－1＝2.4×

10－2g，则由MgO引起的硬度为

≈3.38°

，则此水的硬度为6.72°

＋3.38°

＝10.1°

，约为10°

。

（4）10m3天然水中，n（Ca2＋）＝1.2×

L－1×

10m3×

1000L·

m－3＝12mol，n（Mg2＋）＝6×

m－3＝6mol，n（HCO

m－3＝8mol，应用石灰纯碱法软化硬水生成的沉淀为Mg（OH）2和CaCO3，其中发生的离子反应方程式为HCO

＋OH－===CO

＋H2O，Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓，Ca2＋＋CO

===CaCO3↓，设加入Ca（OH）2的物质的量为x，Na2CO3的物质的量为y，则反应体系中n（Ca2＋）＝12mol＋x，n（OH－）＝2x，n（CO

）＝8mol＋y，可得如下方程组

求得x＝10mol，y＝14mol，所以m[Ca（OH）2]＝10mol×

74g·

mol－1＝740g，m（Na2CO3）＝14mol×

106g·

mol－1＝1484g。

（1）O2　CO2（或N2）

（2）明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁（任填两种）　铝盐或铁盐在水中发生水解生成相应氢氧化物胶体，它可吸附天然水中悬浮物并破坏天然水中的其他带异电的胶体，使其聚沉，达到净化目的

（3）10°

（4）740　1484

⊙题组二　污水的处理

3．水处理主要包括水的净化、污水处理、硬水软化和海水淡化等。

（1）水的净化与软化的区别是________________________________________________________________________

（2）净化后的水还需杀菌消毒才能饮用，下列物质适用于自来水消毒的有________。

A．KMnO4　　　　　　　　B．Cl2

C．KAl（SO4）2·

12H2OD．活性炭

（3）化工生产中常用MnS作为沉淀剂除去工业废水中的Cu2＋，发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________，

该反应能够发生的原因是________________________________________________________________________。

（1）水的净化是用混凝剂（如明矾等）将水中的悬浮物沉淀下来，而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子。

（2）Cl2可以用于自来水的消毒，而明矾和活性炭主要用于自来水的净化。

（3）该反应为Cu2＋＋MnS

CuS＋Mn2＋，因为MnS的Ksp比CuS的Ksp大，所以能够发生沉淀的转化。

（1）水的净化是用混凝剂（如明矾等）将水中的悬浮物沉淀下来，而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子

（2）B　（3）Cu2＋＋MnS

CuS＋Mn2＋　MnS的Ksp比CuS的Ksp大

4．工业上为了处理含有Cr2O

的酸性工业废水，采用下面的处理方法：

往工业废水中加入适量的NaCl，以Fe为电极进行电解，经过一段时间，有Cr（OH）3和Fe（OH）3沉淀生成，工业废水中铬的含量已低于排放标准。

（1）两极发生的电极反应式

（2）写出Cr2O

变为Cr3＋的离子方程式：

________________________________________________________________________

（3）工业废水由酸性变为碱性的原因是________________________________________________________________________

（4）铁电极________（填“能”或“不能”）改用石墨电极，原因是________________________________________________________________________。

本题除铬思路为Cr2O

Cr3＋

Cr（OH）3↓，而还原剂显然是阳极产生的Fe2＋，该反应为Cr2O

＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O，该反应消耗H＋，另外阴极上H＋放电，使得溶液碱性增强，从而使Cr3＋、Fe3＋生成沉淀。

（1）Fe－2e－===Fe2＋　2H＋＋2e－===H2↑

（2）Cr2O

＋6Fe3＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O

（3）H＋不断放电，且Cr2O

变为Cr3＋的过程中消耗H＋，使溶液中c（OH－）>

c（H＋）

（4）不能　用石墨作电极不能提供还原剂，无法使Cr2O

变为Cr3＋

考点二　海水的综合利用

一、氯碱工业（离子交换膜法电解食盐水）

1．设备

离子交换膜电解槽。

离子交换膜只允许阳离子通过。

2．原理

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

3．工艺流程

粗盐水

过滤

离子交换树脂―→精盐水（阳极室）。

4．粗盐的精制

（1）目的：

除去泥沙，使Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO

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，损坏离子交换膜，泥沙及SO

会引入杂质。

（3）试剂：

BaCl2、Ca（OH）2、Na2CO3、稀盐酸

用BaCl2除去SO

，用Ca（OH）2除去Mg2＋、Fe3＋，用Na2CO3除去Ba2＋及Ca2＋，为保证将杂质离子除尽，所加试剂总是略有过量，过量的试剂需依靠后续试剂除去。

因此试剂的加入要有一定的顺序。

例如：

纯碱须加在钡试剂后，过滤后才能在溶液中加入稀盐酸。

（4）有关反应离子方程式：

Ba2＋＋SO

===BaSO4↓，

Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓，

Fe3＋＋3OH－===Fe（OH）3↓，

Ca2＋＋CO

===CaCO3↓，

Ba2＋＋CO

===BaCO3↓，

H＋＋OH－===H2O，

CO

＋2H＋===H2O＋CO2↑。

5．产品

（1）阳极室产品：

氯气，补充饱和食盐水，流出淡盐水。

（2）阴极室产品：

氢气和NaOH，补充纯水（加入一定量的NaOH），流出NaOH溶液。

二、海水提溴

1．生产流程

2．反应原理

Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2，

3Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑，

5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O，

Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4，

2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2。

【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。

三、海水提镁

1．生产流程及反应原理

2．平衡原理在海水提镁的应用

（1）沉淀溶解平衡原理

海水（Mg2＋）

Mg（OH）2↓[Mg（OH）2溶解度小于Ca（OH）2]

（2）水解平衡原理

MgCl2·

6H2O

MgCl2[HCl气氛抑制MgCl2水解]

【特别提醒】　电解熔融MgCl2生成的Cl2可用于制盐酸，循环使用，节省成本。

1．（教材改编）海水是巨大的资源宝库，从海水中提取食盐和溴的过程如下：

（1）请列举海水淡化的两种方法：

________、________。

（2）将NaCl溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有H2、________或H2、________。

（3）步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，其目的为________________________________________________________________________。

（4）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________________________________________________________________________。

本题包含海水淡化、海水提溴等知识。

其中海水提溴涉及到的反应为第一步：

Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2；

第二步：

SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4；

第三步：

Cl2＋2HBr===2HCl＋Br2。

（1）海水淡化的方法有：

蒸馏法、离子交换法、电渗析法等。

（2）根据2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，以及Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O可得到答案。

（3）根据框图可知先前得到的溴浓度较低，这样做是使溴富集。

（4）由Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO

＋2Br－，可知反应产生大量的酸，会腐蚀设备。

（1）蒸馏法、电渗析法、离子交换法等（其他合理答案中的任意两种即可）

（2）Cl2、NaOH　NaClO　（3）富集溴元素

（4）Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO

＋2Br－　强酸对设备的严重腐蚀

2．（2014·

高考新课标全国卷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，转移的电子为________mol。

（3）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。

（4）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：

（1）将海水经过处理得到淡水和浓海水，这是综合利用海水的重要途径之一，从而可以提高部分产品的质量，优化提取产品的品种，改进钾、溴、镁等的提取工艺。

（2）根据反应原理，将方程式配平：

3Br2＋6Na2CO3＋3H2O===5NaBr＋NaBrO3＋6NaHCO3。

每3molBr2被吸收时转移5mole－，则吸收1molBr2转移

mole－。

（3）工艺流程中，脱硫加入的是得到产品2过程中过滤时的滤液，而此滤液中所含的能够脱硫的离子来源于合成步骤中的石灰乳，故脱硫阶段的主要离子方程式为Ca2＋＋SO

===CaSO4↓；

而产品2是由加入石灰乳之后得到的沉淀得来的，即Mg2＋＋Ca（OH）2===Mg（OH）2＋Ca2＋，故产品2为Mg（OH）2；

1L浓海水中Mg2＋为28.8g，故可得到产品2即Mg（OH）2的质量为

58g·

mol－1＝69.6g。

（4）电解熔融MgCl2会得到Mg和Cl2，故化学方程式为MgCl2

Mg＋Cl2↑。

因为Mg会与H2O发生反应生成Mg（OH）2和H2，故水存在会造成产品Mg的消耗，有关反应的化学方程式为Mg＋2H2O

Mg（OH）2＋H2↑。

（1）②③④　

（2）

　（3）Ca2＋＋SO

===CaSO4↓　Mg（OH）2　69.6　（4）MgCl2

Mg＋Cl2↑　Mg＋2H2O

Mg（OH）2＋H2↑

考点三　化石燃料的综合利用

一、石油的炼制

炼制方法

变化

主要原料

主要产品

分馏

常压

利用烃的不同沸点，将其分离成沸点不同的产物

物理变化

原油

石油气、汽油、煤油、柴油、重油等

减压

重油

柴油、燃料油等

裂化

在一定条件下，使长链烃断裂为短链烃

化学变化

重油、石蜡等

汽油、煤油、柴油等轻质油

裂解

深度裂化（更高温度下的裂化）

石油分馏产物（包括石油气）

主要是乙烯、丙烯、丁烯、甲烷等

【特别提醒】　

（1）汽油指含有5～11个碳原子的烃，裂化汽油与直馏汽油不同，裂化汽油中含不饱和烃，能使溴的四氯化碳溶液褪色，而直馏汽油不能。

（2）裂解气中主要含乙烯、丙烯、丁烯等短链气态烃，而液化石油气是石油常压分馏的产物，主要含有丙烷、丁烷及少量戊烷、戊烯和含硫化合物。

二、煤的综合利用

三、煤化工和天然气化工的发展——一碳化学

一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、甲烷、甲醇等）为原料，合成一系列化工原料和燃料的化学。

【特别提醒】　一组易混淆的概念

名称

天然气

焦炉气

裂解气

液化石油气

来源

地层深处

煤干馏

石油产品的深度裂化

石油分馏产物

主要

成分

CH4及

少量C2H6

和C3H8

H2、CH4、

CO、C2H4

C2H4、C3H6、

CH2===CH—C2H5

C3H8、

C4H10等

用途

燃料、

化工

原料

燃料、化

工原料

化工原料

1．（2015·

四川乐山高三模拟）四川有丰富的天然气资源。

以天然气为原料合成尿素的主要步骤如下图所示（图中某些转化步骤及生成物未列出）：

请填写下列空白：

（1）已知0.5mol甲烷和0.5mol水蒸气在t℃、pkPa时，完全反应生成一氧化碳和氢气（合成气），吸收了akJ热量。

该反应的热化学方程式是________________________________________________________________。

（2）在合成氨的实际生产过程中，常采取的措施之一是将生成的氨从混合气体中及时分离出来，并将分离出氨后的氮气和氢气循环利用，同时补充氮气和氢气。

请应用化学反应速率和化学平衡的观点说明采取该措施有何作用：

（3）当甲烷合成氨气的转化率为75%时，以5.60×

107L甲烷为原料能够合成________L氨气。

（假设体积均在标准状况下测定）

（4）已知尿素的结构简式为

，请写出两种含有碳氧双键的尿素的同分异构体的结构简式：

①______________________，②______________________。

由CH4＋H2O（g）

CO＋3H2，CO＋H2O（g）

CO2＋H2，N2＋3H2

2NH3可得关系式：

CH4　～　4H2　～　

NH3

5．60×

107L×

75%　1.12×

108L

（1）CH4（g）＋H2O（g）

CO（g）＋3H2（g）　ΔH＝＋2akJ·

mol－1

（2）增大氮气和氢气的浓度有利于