届高三化学140分突破精品资料第3讲《环境材料及其自然资源的综合利用》.docx

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届高三化学140分突破精品资料第3讲《环境材料及其自然资源的综合利用》

第3讲环境、材料以及自然资源的综合利用

1．环境保护与环境污染

（1）环境污染：

主要包括大气污染、水污染、土壤污染、食品污染等，还包括固体废弃物、放射性、噪声等污染。

（2）工业三废：

废水、废气、废渣。

（3）常见的环境问题及它们对应的污染物。

环境问题

污染物

酸雨

SO2（主要）及NOx

光化学烟雾

NOx及碳氢化合物

臭氧空洞

氟氯烃及NOx

水体富营养化

含氮、磷的化合物

废旧电池污染

废旧电池中的汞、镉、铅等重金属离子

温室效应

主要是CO2，但CO2不算是大气污染物

白色污染

有机物如塑料等

①酸雨：

pH小于5.6的降水称为酸雨。

二氧化硫是导致酸雨的主要污染物：

SO2+H2O

H2SO3，2H2SO3+O2==2H2SO4（主要因素），

2SO2+O2

2SO3（催化剂指的是空气中的漂尘），SO3+H2O==H2SO4（次要因素）。

②臭氧层的破坏：

一般氮氧化物和氯氟烃在破坏臭氧层的过程中起到催化剂的作用。

③温室效应：

CO2、O3、CH4等气体能阻碍由地面反射回高空的红外辐射，这就像给地球罩上了一层保温膜，CO2等气体的过度排放，使地球表面的气温增加，产生温室效应。

（4）中学常见污染环境的气体及其防治

①SO2：

工业上用浓氨水吸收，实验室用NaOH溶液吸收。

②NOx：

用NaOH溶液吸收，也可以用催化还原法。

③H2S：

用NaOH溶液吸收。

④Cl2、Br2、HCl：

实验室中常用NaOH溶液吸收，Cl2、Br2还可用Na2SO3吸收。

工业上常用石灰乳吸收。

⑤CO：

用燃烧的方法除去。

2．材料

（1）新型无机材料：

新型无机材料按其在使用中的作用和要求可分为结构材料和功能材料。

结构材料主要是应用于具有耐高温、耐化学腐蚀的坚固耐用材料；功能材料是利用其所具有的特殊的力学、热学、光学、磁学及化学性质来完成特定功能的材料。

如新型超导材料、纳米材料等。

（2）新型有机材料：

新型有机材料是近年来大量合成的一类新型化学材料。

它具有密度较小，强度较高，弹性、可塑性、绝缘性和耐腐蚀性好等优点。

新型有机材料主要有塑料、合成纤维和合成橡胶等。

合成新型有机材料的方法通常有加聚反应和缩聚反应。

通过加聚反应合成的其单体一般含有不饱和碳原子（含C==C等）。

通过缩聚反应合成的其单体一般含有—OH、—COOH、—NH2等官能团，且在合成过程中会脱去小分子物质（H2O、HCl等）。

（3）建议在复习过程中关注以下话题：

金属；非金属；合金；半导体；超导材料；光导纤维；人造宝石；玻璃；水泥；纳米材料；航天材料；化学纤维；化学塑料；可降解塑料；陶瓷；高温结构陶瓷；半导体陶瓷；高分子导电材料；光功能高分子材料；橡胶；导电橡胶；环境材料；有机玻璃；玻璃钢；碳纤维；建筑材料；耐火材料；高强度材料；耐高温耐腐蚀材料；防弹玻璃；涂料；防水材料；建筑胶粘剂；复合材料；高吸水性树脂；离子交换树脂。

3．自然资源的综合利用

（1）工业上从海水中提取溴的过程如下：

2Br-+Cl2=Br2+2Cl-，Br2+3Na2CO3=5NaBr+NaBrO3+2CO2

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

（2）以海水为原料制备金属镁：

MgCl2+Ca（OH）2=Mg（OH）2+CaCl2，

Mg（OH）2+2HCl=MgCl2+2H2O，MgCl2

Mg+Cl2↑

（3）从铝土矿中提炼金属铝：

2Al2O3

4Al+3O2↑

（4）工业制氯气及烧碱：

原理：

2NaCl＋2H2O

2NaOH＋Cl2↑＋H2↑原料：

纯净的饱和食盐水；设备：

离子交换膜电解槽；其他：

食盐水的精制；离子交换膜的作用及特点。

（5）硫酸的工业制法

4FeS2＋11O2

2Fe2O3＋8SO2（沸腾炉内进行）

2SO2＋O2

2SO3（接触室中进行）

SO3＋H2O=H2SO4（在吸收塔内用98.3%的浓H2SO4吸收）

（6）硝酸的工业制法：

氨催化氧化成NO（氧化炉）：

4NH3＋5O2

4NO＋6H2O

HNO3的生成（吸收塔）2NO＋O2===2NO2，3NO2＋H2O===2HNO3＋NO↑（放出的NO被氧化再被吸收）得到50%的HNO3，经Mg（NO3）2或浓H2SO4处理再蒸馏浓缩，可得96%以上的浓HNO3。

（7）玻璃工业

Na2CO3＋SiO2

Na2SiO3＋CO2↑

CaCO3＋SiO2

CaSiO3＋CO2↑

【典型例析】

例1：

下列有关环境问题的说法正确的是

A．燃煤时加入适量石灰石，可减少废气中SO2的量

B．臭氧的体积分数超过10－4%的空气有利于人体健康

C．pH在5.6~7.0之间的降水通常称为酸雨

D．含磷合成洗涤剂易于被细菌分解，故不会导致水体污染

变式训练：

六价铬对人体有毒，含铬废水要经过化学处理后才能排放。

方法是用绿矾（FeSO4·7H2O）把废水中的六价铬还原成三价铬离子，再加入过量石灰水后，使铬离子转化为氢氧化铬〔Cr（OH）3〕沉淀，其主要反应的化学方程式如下：

H2Cr2O7+6FeSO4+6H2SO4==3Fe2（SO4）3+Cr2（SO4）3+7H2O。

现用上法处理1×104L含铬（+6价）78mg·L－1的废水（Cr的相对原子质量为52），试回答：

（1）处理后沉淀除Cr（OH）3外，还有__（用化学式来表示）。

（2）需要用绿矾多少千克？

例2：

已知某一硅酸盐可表示为Mga（Si4O10）（OH）b（其中a、b为正整数）。

试问：

（1）a与b应满足的关系____________（填写表达式）；

（2）a能否等于2？

________（填“能”“不能”“无法确定”）；

（3）分别写出a=4和b=6时硅酸盐的表达式_______（以氧化物的形式表示）。

变式训练：

下列有关新型高分子材料的说法不正确的是

A．高分子分离膜应用于食品工业中，可用于浓缩天然果汁、乳制品加工、酿造业等

B．复合材料一般是以一种材料作为基体，另一种材料作为增强剂

C．导电塑料是应用于电子工业的一种新型有机高分子材料

D．合成高分子材料制成的人工器官都受到人体的排斥作用，难以达到生理相容的程度

例3：

下图是从铝土矿X中提取其主要成分的两种相互结合的方案，已知A为红褐色沉淀，D、F为白色沉淀，F经两次失水转化为G，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是相同的操作。

（1）操作Ⅰ的名称是__________，

（2）X的主要成分是________、_______、（用氧化物的化学式表示）。

（3）写出下列转化的离子方程式：

B＋C→D___________________________；

N→F___________________________。

（4）要使X的利用率最高，则方案一与方案二所取矿石的质量比为__________。

（5）两方案结合的优点是。

变式训练：

工业上从海水中提取溴采用下列方法：

（1）向海水中通入Cl2，将海水中的溴化物氧化，其离子方程式为：

。

（2）向上述混合液中吹入热空气，将生成的溴吹出并用纯碱溶液吸收使其生成NaBr、NaBrO3，其化学方程式为。

（3）将

（2）所得溶液用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可得到副产品Na2SO4，写出这一过程的化学方程式。

（4）这样得到的溴中还混有少量Cl2，怎样除去？

【当堂反馈】

1．下列说法摘自一些科普杂志或广告用语，你认为没有科学性错误的是

A．化学家采用玛瑙研砵磨擦固体反应物进行无溶剂合成，玛瑙的主要成分是硅酸盐

B．夏天到了，游客佩戴由添加氧化亚铜的二氧化硅玻璃制作的变色眼镜来保护眼睛

C．“白雪牌”漂粉精，令所有化学物质黯然失“色”，没有最白，只有更白

D．硅的提纯与应用，促进了半导体元件与集成芯片业的发展，可以说“硅是信息技术革命的催化剂”

2．在NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中，具有的共同点是

A．使用吸收塔设备B．使用尾气吸收装置

C．使用H2作原料D．使用催化剂

3．摄影工艺中废定影液的pH＜7，其中含有银的化合物，为了回收银进行如下操作：

向盛有废定影液的烧杯中，加入少量稀NaOH溶液，再加入硫化钠溶液生成黑色沉淀，过滤，将固体移入坩埚中，加碳酸钠和硼砂（催化剂）混合加热，放出二氧化碳和氧气。

将残留的固体用水洗涤，即得到固体银，而洗涤液中主要含有硫化钠，试回答下列问题：

（1）开始时为何要向废液中加入少量NaOH溶液？

（2）操作中产生的黑色沉淀物质是什么？

（3）写出加热时坩埚内发生反应的化学方程式。

【课后巩固】

1．下列有关说法不正确的是

A．可以利用电解的方法，从海水中获取淡水资源

B．以海水为原料，制备金属镁的过程中，一定发生了氧化还原反应

C．由铝土矿提取铝的过程中，不涉及置换反应

D．人类探月工程的目的之一是获取月球上的He-3资源

2．2006年3月，温家宝指出“抓好资源节约，建设环境友好型社会”，这是我国社会和经济长期发展的重要保证。

2008年4月22日是第39个“世界地球日”，中国邮政已发行的世界地球邮票（如右图）号召人们关爱地球。

下列行为中不利于地球保护的是

A．大量开采煤、石油及天然气以满足工业发展的需要

B．大力发展农村沼气，将废弃的秸秆转化为清洁高效的能源

C．研制开发以水代替有机溶剂的化工涂料

D．研发可降解塑料或替代用品，控制白色污染

3．呋喃妥因是一种广谱抗生素，但有致畸等副作用，最近上海从“多宝鱼”中检出了超标的该药物。

呋喃妥因的结构简式如下图，以下关于呋喃妥因的叙述错误的是

A．其分子式为C9H8N4O3

B．它是一种含有硝基的有机物

C．它是一种芳香族化合物

D．它能发生加成反应

4．滥用食品添加剂已成为影响食品安全的主要问题。

国家质检总局明确确定，吊白块、苏丹红、工业明胶、瘦肉精、工业滑石粉、甲醛、孔雀石绿、硼砂等18种原料，不得在食品生产加工中使用。

去年一款在山东生产的龙口粉丝被验出含俗称「吊白块」的工业用漂白剂，加热后会释出致癌物甲醛，已勒令全面退市。

吊白块（Sodiulnformaldelwesuifoxyfate）是一种常见的漂白剂，其化学式为NaHSO2·CH2O·2H2O。

则下列说法正确的是

A．从化学反应看，吊白块的漂白原理和漂白粉相同

B．吊白块有毒，加热后释放出来的HCHO能使人体蛋白质变性

C．人造象牙的主要成分是聚甲醛，它是由甲醛通过缩聚反应生成的

D．工业滑石粉的主要成分是硅酸盐

5．不同品牌的牙膏中均含有一定量的甘油和二甘醇（HOCH2CH2OCH2CH2OH），现已禁止使用二甘醇。

下列说法中错误的是

A．甘油和二甘醇二者互称为同系物

B．甘油和二甘醇二者均可以氧化为羧酸

C．甘油和二甘醇均可以使溴水和酸性KMnO4溶液褪色

D．甘油的作用主要是利用其吸湿功能

6．化学与生活是紧密相联的，下列关于生活化学的说法正确的是

A．随着人们生活节奏的加快，方便的小包装食品已被广泛接受，为了防止中秋月饼等富脂食品氧化变质，延长食品的保质期，在包装袋中常放入生石灰

B．现在用的清洁燃料主要有两类：

一类是压缩天然气，另一类为液化石油气，它们属于碳氢化合物

C．福尔马林是一种良好的杀毒剂，也可用来消毒自来水

D．保护加酶洗衣粉的洗涤效果，应用沸水溶解洗衣粉

7．如图是某研究小组采用电解法处理石油炼制过程中产生的大量H2S废气的工艺流程。

该方法对H2S的吸收率达99%以上，并可制取H2和S。

下列说法正确的是

A．吸收H2S的离子方程式为：

2Fe3++H2S═2Fe2++S↓+2H+

B．电解过程中的阳极反应主要为：

2Cl——2e-═Cl2↑

C．该工艺流程体现绿色化学思想

D．实验室可用点燃充分燃烧的方法消除H2S污染

HNO3

8．下列实验室制取物质的思路既合理又符合绿色化学思想的是

9．世界上60％的镁是从海水中提取的，其主要步骤如下：

①把贝壳制成石灰乳；②在海水中加入石灰乳，过滤，洗涤沉淀物；③将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤；④在氯化氢热气流中干燥晶体；⑤电解上述晶体的熔融物。

下列说法正确的是

A．镁元素在元素周期表中位于第三周期、ⅡA族

B．向洗涤液中滴加碳酸钠溶液可检验沉淀是否洗涤干净

C．在氯化氢热气流中干燥晶体的目的是加快干燥速度

D．步骤⑤也可以采用电解该晶体水溶液的方法

10．聚乙炔导电聚合物的合成使高分子材料进入“合成金属”和塑料电子学时代，当聚乙炔分子带上药物、氨基酸、糖基等分子片后，就具有一定的生物活性。

以下是我国化学家近年来合成的一些聚乙炔衍生物分子的结构式：

（Me指甲基）

下列关于上述高分子的说法不正确的是

A．A和B均能在一定条件下水解，且水解形成相同的高分子

B．A中药物小分子羧酸的分子式为C16H18O4

C．B中氨基酸是一种α—氨基酸

D．A和B各1mol与热碱液反应，均最多消耗2nmolNaOH

11．在已经提取氯化钠、溴、镁等化学物质的富碘卤水中，采用下面的工艺流程生产单质碘：

（1）步骤③加Fe粉的目的是。

（2）写出步骤④中反应的离子方程式。

（3）上述生产流程中，可以循环利用的副产物是。

（4）操作⑤的名称是，选用的试剂是。

12．下图是一些常见元素的单质或化合物之间的转化关系。

溶液中的水以及部分反应物或生成物未标出。

A、E是空气中的两种主要成分，C是由两种元素组成的新型材料，且和SiC具有相同的价电子数和原子数，J是一种能引起温室效应的气体，K是两性化合物。

反应③、④、⑤用于工业中生产H。

回答下列问题：

（1）写出下列物质的化学式：

F，I；

（2）写出反应③的化学方程式：

；

（3）写出反应⑥的离子方程式：

；

（4）B和SiC的纳米级复合粉末是新一代大规模集成电路理想的散热材料。

反应①是科学家研究开发制备该纳米级复合粉末的最新途径。

已知B由Si及另外两种元素组成，且Si与另外两种元素的物质的量之比均为1∶4，写出反应①的化学方程式：

_______________________。

13．2007年诺贝尔化学奖授予德国科学家格哈德·埃特尔，以表彰他在表面化学研究领域作出的开拓性贡献。

（1）某校化学研究性学习小组的同学在技术人员的指导下，按下列流程探究不同催化剂对NH3还原NO反应的催化性能。

若控制其他实验条件均相同，在催化反应器中装载不同的催化剂，将经催化反应后的混合气体通过滴有酚酞的稀硫酸溶液（溶液的体积、浓度均相同）。

为比较不同催化剂的催化性能，需要测量并记录的数据是。

（2）在汽车的排气管上安装“催化转化器”（用铂、钯合金作催化剂），它的作用是使CO、NO反应生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧。

①写出CO与NO反应的化学方程式：

，

该反应作氧化剂的物质是_________。

②用CH4催化还原NOx也可以消除氮氧化物的污染。

例如：

CH4（g）+4NO2（g）4NO（g）＋CO2（g）+2H2O（g）ΔH1＝－574kJ·mol－1

CH4（g）+4NO（g）2N2（g）＋CO2（g）+2H2O（g）ΔH2

若1molCH4还原NO2至N2，整个过程中放出的热量为867kJ，则ΔH2＝。

（3）①有人认为：

该研究可以使氨的合成反应，在铁催化剂表面进行时的效率大大提高，从而使原料的转化率大大提高。

请你应用化学基本理论对此观点进行评价：

。

②合成氨工业生产中所用的α—Fe催化剂的主要成分是FeO、Fe2O3，当催化剂中Fe2+与Fe3+的物质的量之比为1：

2时，其催化活性最高，以Fe2O3为原料制备上述催化剂，可向其中加入适量炭粉，发生如下反应：

2Fe2O3十C

4FeO十CO2↑。

为制得这种活性最高的催化剂，应向480gFe2O3粉末中加入炭粉的质量为g。

14．我国中医药已有数千年历史，其独特的疗效使得经深加工的中药产品正逐步进入国际市场，但国外在进口中药时对中药的重金属元素和有毒元素的含量等各项指标检查是非常严格的，因此把好出口中药的质量关是非常重要的。

以下介绍了分析实验室对中草药中可能的残余有毒元素砷的检验方法和步骤（As在中草药中主要以As2O3的形式存在）：

①取1000g中草药样品进行前期处理制得待测溶液，此时样品中可能含有的砷元素将转化为H3AsO3；②将待测溶液转移入250mL锥形瓶中，并加入2~3滴0.2%的淀粉溶液；③用标准碘溶液滴定待测溶液至终点，消耗20.25mL标准I2溶液，其中发生反应：

H3AsO3＋I2＋H2O→H3AsO4＋I－＋H＋（未配平）。

试回答下列问题：

（1）简述如何对少量的中草药样品进行前期处理制得待测溶液？

（2）配平离子反应方程式：

____H3AsO3＋____I2＋____H2O—____H3AsO4＋____I－＋____H＋

（3）0.2%的淀粉溶液的作用是，如何判断滴定到达终点？

____________________________。

（4）题中所用标准碘溶液并非将碘单质直接溶解于蒸馏水中制得，而是由0.1070g纯KIO3、过量的KI以及酸混合，并将其准确稀释到1000mL而制得，请用一个离子反应方程式说明标准碘溶液的形成过程。

（5）我国《药用植物及制剂进出口绿色行业标准》中限定：

绿色中药的砷含量不超过2.000mg/kg，试计算说明该中草药样品是否合格？

（不需计算过程）计算可知该样品砷含量约为mg/kg，故该草药样品（填“合格”或“不合格”）。

2010届高三化学140分突破精品资料第3讲

参考答案

例1：

思路点拨：

本题从4个不同侧面考查有关环境问题知识，将化学与生活联系起来，在此情景下考查学生对“钙基固硫”、“酸雨”、“水体富营养化”等知识的了解，解题时应寻找中学知识的落脚点，对常识性知识要多读、多记、多想。

疑难辨析：

对钙基固硫的方法（反应原理）不熟悉而导致误选。

解题过程：

空气中的微量臭氧能刺激中枢神经，加速血液循环，令人产生爽快和振奋的感觉，但当空气中臭氧的含量超过10-5%（体积分数）时，就会对人体、动植物，以及其他暴露在空气中的物质造成危害。

由于溶解了CO2的缘故，正常雨水的pH约为5.6，当空气中硫的氧化物和氮的氧化物随雨水降下就成为酸雨，因此酸雨的pH小于5.6。

含磷合成洗涤剂虽于被分解，但当水体中含有大量磷元素后，会造成水体富营养化，导致水体污染。

应选A。

变式训练：

答案：

（1）Fe（OH）3

（2）12.51kg

解析：

废水与绿矾反应后生成Cr3+、Fe3+，再加入石灰水后，Cr3+变为Cr（OH）3，而Fe3+将变为Fe（OH）3，

Fe3++3OH－====Fe（OH）3↓

Cr～3FeSO4·7H2O

52834m

1×104L×78mg·L－1×10－6kg·mg－1，m=12.51kg。

例2：

思路点拨：

利用化合价代数和等于0的原则去判断。

疑难辨析：

对硅酸盐改写成氧化物的形式不了解会导致错误。

解题过程：

（1）根据化合物中正负化合价的代数和为零可得：

2a+4×4－10×2－b=0，即2a=b+4。

（2）由于2a=b+4，若a=2，则b=0，不符题意，故a≠2。

（3）a=4时，b=4，硅酸盐为Mg4（Si4O10）·（OH）4，用氧化物形式表示为4MgO·4SiO2·2H2O。

b=6时，a=5，硅酸盐为Mg5（Si4O10）（OH）6或5MgO·4SiO2·3H2O。

变式训练：

答案：

D

解析：

合成高分子材料主要包括功能高分子材料和复合材料。

医用高分子材料归属于功能高分子材料，它们都无毒，具有良好的生物相容性和稳定性，有足够的机械强度等特点，所以D选项不正确。

其他对复合材料、高分子分离膜的应用描述是正确的。

例3：

思路点拨：

由铝土矿制备Al（OH）3的最佳途径是利用双水解反应制备：

Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O，

Al2O3+2NaOH=2NaAlO2+H2O，Al2（SO4）3+6NaAlO2+12H2O=8Al（OH）3↓+3Na2SO4。

疑难辨析：

应首先判断出铝土矿中含有杂质Fe2O3和SiO2，由于题中描述F经2次失水转化成G，因此F必为原硅酸。

解题过程：

由A为红褐色沉淀可知A为Fe（OH）3，说明原铝土矿中含有Fe2O3，F为白色沉淀，F经两次失水转化为G，G不溶于稀硫酸，说明原铝土矿中含有SiO2。

答案：

（1）过滤

（2）Fe2O3、Al2O3、SiO2

（3）3AlO2-+Al3++6H2O=4Al（OH）3↓SiO32-+2H++H2O=H4SiO4↓（4）3：

1（5）获得相同质量的产物，消耗反应物（酸或碱）少

变式训练：

答案：

（1）Br－+Cl2===2Cl－+Br2

（2）3Br2+3Na2CO3===5NaBr+NaBrO3+3CO2↑

（3）5NaBr+NaBrO3+3H2SO4===3Na2SO4+3Br2+3H2O（4）加NaBr溶液振荡后再加CCl4萃取分液。

【当堂反馈】

1．D2．D3．

（1）因为废定影液的pH＜7,若直接加入Na2S固体，会生成有毒的H2S气体

（2）Ag2S（3）2Ag2S＋2Na2CO3

4Ag＋2Na2S＋2CO2↑＋O2↑

【课后巩固】

1．A2．A3．C4．BD5．AC6．B7．AC8．B9．AB10．B

11．

（1）使碘化银转化成碘化亚铁（FeI2）和单质银（或将难溶的碘化银转化成可溶的碘化亚铁）

（2）2Fe2++4I—+3Cl2=2I2+2Fe3++6Cl—（3）Ag（填AgNO3也可）（4）萃取、分液CCl4（其他合理答案也给分）

12．

（1）NH3NaAlO2

（2）4NH3+5O2

4NO+6H2O（3）CO2＋2AlO2－＋3H2O=2Al（OH）3↓＋CO32－

（4）Al4SiC4＋2N2

4AlN＋SiC＋3C

13．

（1）溶液显色所需要的时间

（2）①2CO+2NO

N2+2CO2NO②－1160kJ·mol－1

（3）①该研究只能提高化学反应速率，不能使化学平衡发生移动②6g

14．

（1）取少量样品于坩锅内灼烧成灰，将灰转移至烧杯中并加入蒸馏水煮沸，趁热过滤，取滤液恢复至室温后得待测溶液。

（2）1，1，1，1，2，2。

（3）作为指示剂以判断滴定的终点溶液由蓝色变为无色，保持半分钟不变色（4）IO3－＋5I－＋6H＋＝3I2＋3H2O。

（5）在2.278mg/kg到2.279mg/kg范围内均可得分；不合格。