2013版高考化学 4.5海水资源的开发利用 环境保护与绿色化学课件 新人教版(含精细解析)

'第五节海水资源的开发利用环境保护与绿色化学 ………三年12考高考指数:★★★★1.了解海水的综合利用。2.了解常见元素单质及其重要化合物对环境质量的影响。3.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）。4.理解在化工生产中遵照“绿色化学”思想的重要性。 一、海水资源的综合利用1.海水水资源的利用（1）海水淡化。海水淡水（2）利用海水进行循环冷却。2.海水化学资源的综合利用（1）氯碱工业。电解食盐水的化学方程式为：______________________________。蒸馏法、离子交换法、电渗析法2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑电解==== （2）海水提镁。先将海水中的镁富集，再电解熔融氯化镁。最后一步反应：__________________________。（3）海水提溴。先将海水中的溴富集，再通过氧化还原反应将溴提取出来。最后一步反应：_____________________。MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑2Br-+Cl2====2Cl-+Br2电解==== 二、环境保护与绿色化学1.常见的环境污染问题污染类型主要污染物污染物来源酸雨（pH<____）____化石燃料的燃烧光化学烟雾________________________________臭氧空洞_____________冰箱制冷剂温室效应___________化石燃料的燃烧白色污染_________废弃塑料制品氮氧化物和碳氢化合物汽车尾气NOx和氟氯烃二氧化碳废旧塑料5.6SO2 污染类型主要污染物污染物来源赤潮和水华含___、___较高的废水农业、生活废水居室污染甲醛、苯、甲苯、氡建筑、装修材料磷氮 2.环境保护（1）空气质量日报。主要包括“空气污染指数”、“空气质量级别”、“首要污染物”。目前计入的污染物主要是：__________、_________________________。（2）三废污染：是指___________________。（3）环保措施。回收利用、达标排放、研制可降解塑料等无污染的新材料等。二氧化硫二氧化氮和可吸入颗粒物废水、废气、废渣 3.绿色化学（1）核心：利用化学原理__________________________________________。（2）原子经济性：反应物的原子全部转化为期望得到的最终产物，即原子利用率为_______。从源头上减少和消除工业生产对环境的污染100% 1.蒸发海水制成饱和食盐水，将其电解可制得金属钠。（）【分析】电解食盐水得到的是NaOH、H2和Cl2，得不到Na，电解熔融氯化钠才能得到钠。2.海水提溴的过程中不发生氧化还原反应。（）【分析】海水中的溴以Br-的形式存在，利用氯气将其氧化才能得到Br2。×× 3.开发核能、太阳能等新能源，推广使用甲醇汽油，使用无磷洗涤剂都可直接降低碳排放。（）【分析】使用无磷洗涤剂不能直接降低碳排放，但可以有效地减轻水华和赤潮的产生。4.绿色化学的核心是应用化学原理对环境污染进行治理。（）【分析】绿色化学的核心是从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。×× 5.垃圾的焚烧填埋是垃圾处理的发展方向。（）【分析】垃圾的分类回收、循环利用是垃圾处理的发展方向。× 海水资源的综合利用1.氯碱工业（1）生产流程。海水蒸发过滤粗盐精制饱和NaCl溶液电解烧碱氯气氢气漂白剂盐酸造纸、玻璃、肥皂、纺织等合成农药等冶炼金属 （2）产物及其用途。阴极产物是NaOH和H2，阳极产物是Cl2。产物可用于制备盐酸、纯碱、农药和漂白剂等。 2.海水提镁(1)生产流程。贝壳石灰乳CaOMg(OH)2沉淀池HClMg海水Cl2MgCl2MgCl2·6H2O煅烧水引入电解脱水过滤+盐酸、浓缩循环 (2)基本步骤及主要反应：①制熟石灰：CaCO3CaO+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：在氯化氢环境中使MgCl2·6H2O脱水制得无水氯化镁。⑥电解：电解熔融氯化镁制得镁。高温==== 3.海水提溴（1）生产流程。(2)主要反应。2Br-+Cl2====2Cl-+Br2SO2+Br2+2H2O====4H++2Br-+SO42-含Br2的海水海水提取粗盐苦卤硫酸酸化氯气置换空气吹出含Br2的空气SO2吸收氯气氧化溴水混合物蒸馏溴蒸气冷凝分离液溴吸收液粗溴水 【高考警示钟】（1）注意在海水中钠、镁、溴和碘都以化合态形式存在且含量较低，需要先富集再提取，提取过程中要通过发生氧化还原反应获得它们的单质。（2）提取海水中NaCl、镁、溴、碘的过程中要用到结晶、过滤、萃取和分液等实验操作，要注意这些操作的使用条件和操作方法的规范性。（3）海水中铀和重水的提取，潮汐能、波浪能的开发对于新能源的开发具有重要意义。 【典例1】海水资源的利用将走综合开发的道路，一次提取海水，同时提取多种物质。如图是某工厂对海水资源综合利用的示意图。 试回答下列问题：（1）粗盐中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质，精制时通常在溶液中依次加入过量的BaCl2溶液、过量的NaOH溶液和过量的Na2CO3溶液，过滤后向滤液中加入盐酸至溶液呈中性。请写出下列操作中发生反应的离子方程式：①粗盐中加入过量的Na2CO3溶液：______________________。②滤液中加入盐酸至溶液呈中性：_____________________。（2）对精制饱和食盐水进行电解的化学方程式是__________________________________________________________。 (3)提纯粗盐后的母液中含有K+、Mg2+、Na+等阳离子，对母液进行一系列的加工可以制得金属镁。①从充分利用当地海洋化学资源，提高生产与经济效益的角度考虑，制取石灰乳的原料是________________________。②从离子反应的角度思考，在母液中加入石灰乳的目的是_________________________________________________。③电解氯化镁的化学方程式是_______________________。④在生产中，常涉及反应MgCl2·6H2O====MgCl2+6H2O，该反应需要在HCl气氛中才能顺利完成，其理由是__________。 (4)提取Mg(OH)2后在剩余母液中加入一种常见的气态氧化剂，又可制取重要的化工原料溴单质。①生成溴单质的化学反应的离子方程式是_______________；生产中将溴单质从混合物中分离出来的方法是__________，这种方法的成功应用是基于溴单质具有________性。②以下是对生产溴单质所用的气态氧化剂寻找提供货源的设想，其中合理的是_______。A.从外地购买B.从本厂生产烧碱处循环C.从本厂生产镁单质处循环D.在当地新建生产工厂 ③从多种经营综合开发，打造大而强的现代化企业及本厂生产所需要的原料等方面来看，你认为该厂还可以再增加的生产项目是__________________________________________。 【解题指南】解答本题注意以下两点：（1）精制食盐水的过程中各种试剂的作用。（2）氯碱工业、海水提镁、海水提溴的生产流程，明确各步的化学反应原理。 【解析】（1）过量的BaCl2溶液、过量的NaOH溶液和过量的Na2CO3溶液的作用分别是除SO42-、除Mg2+、除Ca2+和过量的Ba2+。过滤后在滤液中加入适量盐酸的作用是除去过量的OH-和CO32-。故粗盐中加入过量的Na2CO3溶液发生的反应为：Ca2++CO32-====CaCO3↓,Ba2++CO32-====BaCO3↓；在滤液中加入盐酸至溶液呈中性发生的反应为：2H++CO32-====CO2↑+H2O，OH-+H+====H2O。（2）电解饱和食盐水的化学方程式是：2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑。电解==== (3)①从充分利用当地海洋化学资源，提高生产与经济效益的角度考虑，制取石灰乳的原料是贝壳。②加石灰乳的作用是富集Mg2+，制取Mg(OH)2。③电解熔融氯化镁的化学方程式是MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑。④MgCl2在加热时水解程度较大，通入HCl可抑制Mg2+水解。电解==== (4)①生成溴单质的离子方程式是：2Br-+Cl2====Br2+2Cl-，利用溴易挥发的性质，通入热空气或水蒸气将溴蒸气吹出。②电解NaCl溶液、电解熔融的MgCl2均可制得Cl2。③利用氯气的性质可增加生产项目：生产盐酸、制漂白粉(或漂粉精)、消毒液等。 答案：(1)①Ca2++CO32-====CaCO3↓,Ba2++CO32-====BaCO3↓②2H++CO32-====CO2↑+H2O，OH-+H+====H2O(2)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑(3)①贝壳②制取氢氧化镁③MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑④抑制MgCl2(Mg2+)水解(4)①2Br-+Cl2====Br2+2Cl-通入热空气或水蒸气将溴蒸气吹出挥发②B、C③生产盐酸、制漂白粉或消毒液等(回答一项即可)电解====电解==== 【互动探究】（1）精制食盐水的过程中，下列操作顺序是否可行？①过量的NaOH溶液→过量的BaCl2溶液→过量的Na2CO3溶液→过滤→适量盐酸②过量的Na2CO3溶液→过量的NaOH溶液→过量的BaCl2溶液→过滤→适量盐酸③过量的BaCl2溶液→过量的Na2CO3溶液→过量的NaOH溶液→过滤→适量盐酸提示：①③可行，②不可行。②中无法除去过量的Ba2+，Na2CO3溶液必须放在BaCl2溶液之后加入。 （2）若利用萃取、分液的方法提取水溶液中的溴单质下列溶剂可否使用？①四氯化碳②酒精③苯④直馏汽油提示：①③④可用，②不可用。因为酒精与水互溶不分层，不能用于分液。注意不能使用裂化汽油，其含有的烯烃能与溴发生加成反应。 【变式备选】在已经提取氯化钠、溴、镁等化学物质的富碘卤水中，采用如图所示的工艺流程生产单质碘： （1）步骤③加铁粉的目的是__________________________。（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_______。 【解析】反应原理为I-AgIFeI2I2提纯I2，整个过程中单质Ag可以循环使用。答案：（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（4）萃取、分液CCl4AgNO3FeCl2CCl4萃取 环境污染的分类与防治、绿色化学1.三大环境污染的防治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，工厂废气、废烟、扬尘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 主要污染物及来源主要危害防治措施水污染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 主要污染物及来源主要危害防治措施土壤污染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对垃圾回收和分类处理，综合利用②控制各种废水排放 2.绿色化学思想（1）绿色化学的含义。安全的生产工艺提高能源的利用率应用无毒无害的溶剂无毒无害原料可再生资源应用无毒无害的催化剂反应物环境友好产品（安全、能降解、可再利用）反应产物反应过程原子经济性反应、高选择性反应 (2)绿色化学的基本原则。①防止污染的产生优于治理产生的污染；②原子经济性（设计的合成方法应将反应过程中所用的材料尽可能全部转化到最终产品中）即原子的利用率达到100%。原子的利用率=③应考虑到能源消耗对环境和经济的影响，并应尽量少地使用能源（在常温、常压下进行）。 【高考警示钟】（1）绿色化学思想从源头上治理污染。有些治理污染的方法不一定符合绿色化学理念，如在土壤中施加石灰不能避免酸雨，使化石燃料充分燃烧不能减少二氧化硫的排放。（2）注意下列做法不利于环境保护：①工厂将烟囱建高。②将有污染的工厂迁移到农村。③将垃圾焚烧处理。④不加限制地增加私家车数量。 【典例2】“温室效应”是全球关注的环境问题之一。CO2是目前大气中含量最高的温室气体。因此，控制和治理CO2在大气中的含量是解决温室效应的有效途径。（1）下列措施中，有利于降低大气中CO2浓度的是______(填序号)。①减少化石燃料的使用②植树造林，增大植被面积③采用节能技术④利用太阳能、风能 （2）将CO2转化成有机物可实现碳循环。CO2转化为有机物有如下反应：a.6CO2+6H2OC6H12O6+6O2b.CO2+3H2CH3OH+H2Oc.CO2+CH4CH3COOHd.2CO2+6H2H2C＝CH2+4H2O以上反应中，最节能的是_____，原子利用率最高的是____。(填字母)光能叶绿体催化剂△催化剂△催化剂△ （3）为解决目前燃料使用过程中的环境污染问题，并缓解能源危机，有的专家提出利用太阳能促进燃料循环使用的构想(如图)。 这种构想或方案可用如下反应表示：①2CO22CO+O2②2H2O2H2↑+O2↑③CO+2H2CH3OH④CO2+2H2OCH4+2O2光能光能光能光能 a.根据上述反应历程，该方案的主要目的是____________；b.要实现专家的这些构想，目前和今后要解决的关键问题是___________________________________________________。c.如果光子的能量不够，上述反应是无法完成的。而大自然已经解决了这个问题，即____________________________，它是地球上最重要的化学反应之一。 【解题指南】解答本题要注意以下三点：（1）大气中CO2产生的途径及减少CO2的方法；（2）化合反应是原子利用率达100%的反应；（3）通过进行有关方程式的加和得到由初始反应物到目标产物的化学方程式，由此可分析有关反应的目的。 【解析】（1）CO2的排放主要是化石燃料的燃烧，减少大气中CO2的含量，必须减少化石燃料的使用，增大植被面积，增强光合作用，开发利用太阳能、风能等。（2）原子利用率(100%)=原子利用率最高的反应类型有化合反应、加成反应、加聚反应等。 （3）a.将反应按方式处理后得方程式CO2+H2O+H2CH3OH+O2，再结合反应④可知该方案的主要目的是将CO2和H2O转化为CH4、CH3OH等燃料。b.现实生活中，在光照的条件下上述各步反应均不能发生，要使它们发生必须解决“如何使物质吸收光能发生上述反应转变为其他物质”。c.绿色植物的光合作用实现了在日光作用下利用光能把二氧化碳和水转变成碳水化合物的过程。光能 答案：(1)①②③④(2)ac(3)a.将CO2和H2O转化为CH4、CH3OH等燃料b.如何使物质吸收光能发生反应转变为其他物质c.绿色植物的光合作用，在日光作用下利用光能把二氧化碳和水转变成碳水化合物(糖类) 【技巧点拨】方程式加和法的应用将多个有一定关联的反应通过乘以适当的系数再加和的方法，可得到从初始反应物到最终产物的反应方程式。由此方程式可分析反应方案的最终目的以及反应物、产物和催化剂情况。 【变式训练】根据“绿色化学”思想，某化学家设计了下列化学反应步骤：①CaBr2+H2OCaO+2HBr②2HBr+HgHgBr2+H2↑③HgBr2+CaOHgO+CaBr2④2HgO2Hg+O2↑该方案的目的是为了制备（）A.HBrB.CaOC.H2D.Hg750℃100℃250℃500℃ 【解析】选C。将反应按①×2+②×2+③×2+④式叠加处理可得方程式2H2O2H2↑+O2↑，因此CaBr2、Hg为催化剂，CaO、HBr、HgBr2、HgO皆为中间产物，总反应为H2O分解产生H2和O2，故选C。△==== 【实验探究3】——正推和逆推相结合解答化工流程型实验题【典例】（2011·山东高考·T30·节选）实验室以含有Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、Br-等离子的卤水为主要原料制备无水CaCl2和Br2，流程如下： (1)操作Ⅰ使用的试剂是________________，所用主要仪器的名称是_________________。(2)加入溶液W的目的是________________。用CaO调节溶液Y的pH，可以除去Mg2+。由表中数据可知，理论上可选择pH最大范围是____________。酸化溶液Z时，使用的试剂为______。开始沉淀时的pH沉淀完全时的pHMg2+9.611.0Ca2+12.2c(OH-)=1.8mol·L-1 【精讲精析】1.解题关键点解答本题有三个关键点：（1）明确实验流程中每个环节的化学原理，进而准确推断出每种溶液中所含的离子和每一步反应应除去的离子及生成的沉淀。（2）对常见的基本实验操作要熟悉。（3）要注意整个流程中一些特别的条件。例如本题中pH的调节等。 2.三个疑惑点（1）向溶液X中加入溶液W的目的和溶液W的确定。正确确定溶液W的作用及成分，可以从以下几点突破：①明确溶液X中的离子：Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-。②除去SO42-的方法：加入Ba2+的溶液，再考虑不能引入新杂质，应选用BaCl2溶液。（2）加入CaO后发生的反应及调节溶液Y的pH除去Mg2+的原理。①加入CaO后主要发生反应：CaO+H2O====Ca(OH)2、H++OH-====H2O，使溶液pH变大。 ②充分利用表格信息，确定使溶液中Mg2+沉淀的适宜pH，pH的选择依据有两个：即保证Mg2+完全沉淀，则pH≥11.0；保证Ca2+不能沉淀，则pH＜12.2，故pH的理论值为11.0≤pH＜12.2。（3）为什么要对溶液Z酸化及如何选择酸化试剂。①除去Mg2+后的溶液Z是碱性溶液，含有大量OH-，不利于CaCl2晶体析出。②酸化时，不能引入新的杂质离子，应选用盐酸酸化。 【参考答案】(1)四氯化碳分液漏斗(2)除去溶液中的SO42-11.0≤pH＜12.2盐酸 化学工艺流程试题是高考考查的热点试题，解答该类题目的基本思路是：1.熟悉流程首先将题目粗读一遍，初步了解大意，寻找解题的关键点。2.弄懂原理，掌握要点(1)原料与产品。从原料出发要得到目标产品，必须明确除去什么元素、引进什么元素？ (2)步骤与目的。理清加入某种试剂或采用某种方法的目的是什么？如当加入某一试剂后，能与什么物质反应，生成什么产物，分离提纯时采用什么操作方法等。分析时可采用正推和逆推相结合的方法，另外要充分利用所提问题中的相关信息。(3)抓住特例信息。①所给信息一定有用，而且一定要用到。②注意所加试剂的量，如过量、少量等。③注意相关数据的分析、利用。 (4)熟记一些基本的实验操作。如沉淀的洗涤、沉淀是否完全的检验方法、分离提纯的基本操作、常见离子的检验方法等。 1.（2012·蚌埠模拟）“低碳生活”是指生活放。下列行为不利于低碳生活的是（）A.处理废弃塑料制品较为合理的方法是使用化学方法加工成防水涂料或汽油B.开发太阳能、水能、风能等新能源，减少使用煤、石油等化石燃料C.实现资源的“3R”，即：减少消耗（Reduce）、增加重复使用（Reuse）、重复再生（Recycle)D.逐步推广天然气，代替石油和煤的使用 【解析】选D。天然气的主要成分为CH4，燃烧生成CO2，代替石油和煤使用不能降低CO2的排放量。 2.我们要树立“科学发展观”，绝不能以牺牲环境为代价来发展经济。下面有关环境污染的说法中，不正确的是（）A.在采矿厂、制陶厂、耐火材料生产厂等场所长期工作的人员，若不采取劳动保护措施，则容易患上矽肺病B.氮的氧化物可以造成光化学污染，也可以破坏臭氧层，同时还可以形成酸雨C.工业废水、生活污水、农药、化肥、含磷的洗涤剂等都可以对水体造成污染D.植树造林既可以缓解温室效应，又可以降低酸雨的危害 【解析】选D。长期处在可吸入颗粒物浓度大的环境中，容易患矽肺病；氮的氧化物可造成光化学污染和酸雨也会破坏臭氧层；工业废水、生活废水、农药、化肥、含磷洗涤剂等可造成水体污染；植被面积越大，光合作用吸收的CO2就越多，可缓解温室效应，但酸雨是由SO2、NO2大量进入空气造成的，植树造林无法降低其危害。 3.海水是一个巨大的化学资源宝库。在开发利用海水资源过程中，下列说法不正确的是（）A.加入明矾，使海水的盐分沉淀并淡化B.海水蒸发制海盐的过程中只发生了物理变化C.海水淡化的方法主要有蒸馏法、离子交换法和电渗透法等D.大海中含有钾、溴、碘等元素，需经过氧化还原反应才可得到钾、溴、碘的单质 【解析】选A。海水淡化的主要任务是除去海水中溶解的盐类物质，加入明矾后铝离子水解生成的氢氧化铝胶体只能吸附海水中的悬浮物，不能除去海水中溶解的盐类物质；海水晒盐中无化学变化发生，B正确；海水淡化的主要方法有蒸馏法、离子交换法和电渗透法等，C正确；大海中的钾、溴、碘元素均以化合态存在，要得到它们的单质必须通过氧化还原反应，D正确。 4.以下反应最符合绿色化学原子经济性要求的是（）A.乙烯聚合为聚乙烯高分子材料B.甲烷与氯气制备一氯甲烷C.以铜和浓硝酸为原料生产硝酸铜D.用SiO2制备高纯硅【解析】选A。绿色化学的原子经济性要求在生产中所有原子均转化为产物，没有副产物。A项没有副产物符合；B项有HCl等副产物；C项有NO2等副产物；D项有CO等副产物。 5.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.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.碘水加入CCl4得到I2的CCl4溶液，该操作为“萃取” 【解析】选A。A项，灼烧干海带应在坩埚中进行，且盖子盖上，不用搅拌，选项A错误。B项，双氧水在酸性介质中把I-氧化为I2，2I-+H2O2+2H+====2H2O+I2；C项，I2遇淀粉变蓝是I2的特征反应；D项，I2在CCl4中的溶解度远大于在水中的溶解度，故CCl4能够将I2从碘水中萃取出来。 6.汽车已经成为重要的交通工具，但其排放的尾气是空气的主要污染物之一。已知汽车尾气中的主要污染物有：CmHn(烃)、SO2、NOx、CO和C等，请回答下列有关问题。(1)若用CmHn表示汽油的主要组成，CmHn在空气中完全燃烧的化学方程式为______________________________________。汽油燃烧产生能量为汽车提供了动力，这一过程中能量的转化是由______能转化为______能，最终转化为机械能。(2)通过对车用燃油的精炼加工处理，可减少汽车尾气中的______(填化学式)的排放。 (3)目前汽车尾气多采用催化转化的方法加以治理，写出在催化剂作用下NOx与CO反应的化学方程式：________________。 【解析】(1)CmHn完全燃烧生成CO2和H2O，其完全燃烧的化学方程式为：4CmHn+(4m+n)O24mCO2+2nH2O。汽油燃烧产生的能量为汽车提供了动力，该过程中化学能转化为热能，最终转化为机械能。（2）车用燃油在精炼加工处理过程中，对燃油进行了脱硫处理，因此可减少汽车尾气中SO2的排放。（3）在催化剂作用下NOx与CO反应生成了N2和CO2，NOx与CO反应的化学方程式为：2NOx+2xCON2+2xCO2。点燃催化剂==== 答案：（1）4CmHn+(4m+n)O24mCO2+2nH2O化学热（2）SO2（3）2NOx+2xCON2+2xCO2催化剂====点燃'