全程复习方略2104-2015学年高考化学一轮复习 45 海水资源的开发利用 环境保护与绿色化学课件 新人教版

'第五节海水资源的开发利用环境保护与绿色化学 考纲考情三年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从含碘的有机溶液中提取碘,有如下装置: (1)该装置中的错误之处有:______________________________________________________________。(2)进行该蒸馏操作时,最好使用水浴加热,原因是:___________________________。没有使用石棉网、温度计插入液面以下、冷凝管中进出水的方向颠倒有机溶剂沸点较低,碘易升华 1.海水资源的利用:(1)利用方式:海水的淡化和直接利用海水进行_________。(2)海水的淡化。①途径:主要是从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去。循环冷却 ②方法和原理。淡化方法原　　理蒸馏法将海水加热蒸发汽化,然后将蒸气_____而得到蒸馏水电渗析法利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的____________,在外加直流电场作用下,使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到除盐的目的离子交换法用_______________________________除去海水中的阴、阳离子得到去离子水的方法冷凝选择透过性阳离子交换树脂和阴离子交换树脂 2.海水化学资源的综合利用:(1)氯碱工业。①电解食盐水(写出化学方程式,下同)。_______________________________。②产物制盐酸:_______________。③制漂白液:___________________________。电解====2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑点燃====H2+Cl22HClCl2+2NaOH====NaCl+NaClO+H2O (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:___________________。电解====MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑2Br-+Cl2====2Cl-+Br2 3.海水其他资源的开发利用:(1)从海水中提取核能开发的重要原料:_________。(2)潮汐能、波浪能是有待开发的新型能源。铀和重水 (1)制取MgCl2时,应在干燥的HCl气流中加热MgCl2·6H2O,目的是防止MgCl2·6H2O在加热脱水时水解产生Mg(OH)2或Mg(OH)Cl。(2)加碘食盐中的碘元素是以KIO3的形式存在,而不是KI、I2等。 二、环境保护与绿色化学 (1)加热时,①下部NH4Cl逐渐消失,而上部汇集了固体NH4Cl,说明______________________________________________。(2)加热时,②中现象为_____________________________________。(3)上述实验的特点:可有效地减少污染,实现化学实验绿色化的要求。NH4Cl不稳定,受热易分解,NH3与HCl易化合生成NH4Cl溶液颜色变浅,冷却后又恢复到原来颜色 1.环境问题的含义: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_________破坏,以及工农业生产和人类生活所造成的_________。生态环境环境污染 2.常见环境污染问题。SO2氮氧化物氮氧化合物碳氢化合物CO2磷 3.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 4.绿色化学:(1)核心:利用化学原理从源头上___________工业生产对环境造成的污染。(2)特征:①采用___________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具有理想的“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”。减少和消除无毒、无害 (3)原子经济性:原子经济性可用原子利用率来衡量,其定义可表示为原子利用率=×100%。①CH2＝CH2+Br2②CH4+Cl2CH3Cl+HCl上述两反应的原子利用率为100%的是___,其特点为:反应物中的原子_________________________。原子经济性的反应有两个显著优点:一是最大限度地利用了原料,二是最大限度地减少了废物的排放。光①全部转化为期望的最终产物 (1)我国酸雨主要是硫酸型,主要是由燃料燃烧产生SO2引起的,防止酸雨产生的根本途径是减少人为污染物的排放。(2)绿色化学与传统的治理工业“三废”截然不同。治理工业“三废”是先污染后治理,而绿色化学是从源头上减少和清除工业生产对环境的污染。 考点海水资源的综合利用1.氯碱工业:(1)生产流程。深化剖析 (2)产物及其用途:阴极产物是NaOH和H2,阳极产物是Cl2。产物可用于冶炼金属、制备盐酸、纯碱、农药和漂白剂等。 2.海水提镁:(1)生产流程。 (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-+Br2,SO2+Br2+2H2O====4H++2Br-+。 4.海带中碘的提取:(1)工艺流程。(2)主要反应:2I-+H2O2+2H+====I2+2H2O 【高考警示】(1)注意在海水中镁、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。 【典题通关】(2014·南昌模拟)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+、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、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。故粗盐中加入过量的Na2CO3溶液发生的反应为Ca2++====CaCO3↓,Ba2++====BaCO3↓;在滤液中加入盐酸至溶液呈中性发生的反应为2H++====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++====CaCO3↓,Ba2++====BaCO3↓②2H++====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+)水解电解====电解==== (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) 【变式训练】海洋中有大量的宝贵资源。被称为“海洋元素”的溴,其工业制法为把海水浓缩得盐卤,然后加热到363K,控制pH为3.5,通入氯气把溴置换出来,然后用一种气体X把溴吹出,再用纯碱溶液吸收,这时,溴转化为溴离子和溴酸根,最后用硫酸酸化,单质溴可从溶液中析出。(1)把溴吹出的气体X,最可能用下面的(填序号)。A.乙烯B.空气C.氩气D.CO2 (2)某同学对上述工艺提出改进意见,认为氧化后直接用有机溶剂萃取出溴即可,你认为其建议是否合理。______________(填“是”或“否”),并说出理由。(3)提取溴的工厂往往会因为溴的挥发而造成空气污染,某实验小组准备收集工厂的空气测定溴的含量,提供乙醇溶液、蒸馏水、饱和Na2SO3溶液、饱和NaBr溶液,请你为他们设计收集一瓶工厂的空气的方法_________________________________。 (4)纯碱溶液吸收溴的化学方程式为____________________,硫酸酸化得到单质溴的离子方程式为___________________。 【解析】(1)吹出的溴单质用Na2CO3吸收,不能用CO2吹出Br2,是因为CO2与Na2CO3能发生反应,乙烯与溴单质发生加成反应,氩气的使用在工业上成本较高,因此最可能用的是空气。(2)直接萃取单质溴不仅需要大量的萃取剂,而且还造成一部分溴流失,从萃取剂中分离出液溴使成本增加。(3)收集工厂内的空气,只需把装满饱和NaBr溶液的试剂瓶带到工厂后,把其中的液体倒出,然后密封试剂瓶,即得一瓶工厂内的空气。 (4)根据题中提供的信息,Br2与Na2CO3反应的化学方程式为3Br2+3Na2CO3====5NaBr+NaBrO3+3CO2↑,然后用硫酸酸化得单质溴的离子方程式为5Br-+6H++====3Br2+3H2O。答案:(1)B(2)否　需大量萃取剂,污染大,利用率低(3)把装满饱和NaBr溶液的试剂瓶带到工厂,在工厂内把其中的液体全部倒出,然后加盖密封(4)3Br2+3Na2CO3====5NaBr+NaBrO3+3CO2↑5Br-+6H++====3Br2+3H2O 【加固训练】1.溴是海水中重要的非金属元素,地球上90%的溴元素以Br-的形式存在于海水中,所以人们称溴为“海洋元素”。下列有关说法中正确的是()A.从海水中提取溴时,不涉及氧化还原反应B.苯与溴水反应生成溴苯C.可以用CCl4萃取溴水中的溴D.向FeBr2溶液中通入Cl2时,一定会发生如下反应:2Fe2++4Br-+3Cl2====2Fe3++2Br2+6Cl- 【解析】选C。从海水中提取溴,一般要经历浓缩、氧化和提取三个步骤,A不正确。苯只能与液溴在催化剂作用下发生取代反应,B不正确。FeBr2与Cl2反应时,因Cl2的量不同,生成物不同,题目中没有说明Cl2与FeBr2的量的关系,故D不正确。 2.实验室测定含碘废液中I-的含量以及碘的回收过程如下:Ⅰ.含碘废液中I-含量的测定量取25.00mL废液于250mL锥形瓶中,分别加入5mL2mol·L-1H2SO4和10mL20%NH4Fe(SO4)2·12H2O溶液,摇匀。小火加热蒸发至碘完全升华,取下锥形瓶冷却后,加入10mL2mol·L-1H2SO4,加入几滴二苯胺磺酸钠(用作指示剂),用0.0250mol·L-1标准K2Cr2O7溶液进行滴定至终点。重复3次,数据记录如下表: (已知反应:①2Fe3++2I-====2Fe2++I2②6Fe2++Cr2+14H+====6Fe3++2Cr3++7H2O)次　　数123滴定体积(mL)19.6019.6519.55 Ⅱ.碘的回收取250mL含碘废液于烧杯中加入按上述计算所需的Na2S2O3溶液,并将CuSO4饱和溶液在不断搅拌下滴加到废液中,加热至70℃左右完全反应(已知:2I-+2Cu2++2S2====2CuI↓+S4)。过滤,得到的沉淀按图1进行操作。检查装置的气密性后,从分液漏斗中逐滴加入浓硝酸(注意滴液的速度)完全反应后,过滤,得到粗碘固体产品和滤液。然后按图2进行粗碘的提纯。 回答下列问题:(1)在盛有废液的锥形瓶中先加入5mL2mol·L-1H2SO4的目的是________________________________________________。 (2)根据滴定有关数据,该废液中I-含量是g·L-1。在滴定过程中,下列操作(其他操作正确)会造成测定结果偏低的是。A.终点读数时俯视读数,滴定前平视读数B.锥形瓶水洗后未干燥C.滴定管未用标准K2Cr2O7溶液润洗D.盛标准K2Cr2O7溶液的滴定管,滴定前有气泡,滴定后无气泡 (3)在图1锥形瓶中发生反应的化学方程式是_____________。(4)按图2装置进行粗碘提纯,采用的分离方法是,a、b为冷凝水进出口,其中(选填a或b)接水龙头进水。最终得到较高纯度的单质碘。 【解析】(1)加入稀硫酸是为了抑制Fe3+的水解。(2)由反应①、②可得出如下关系式:6I-～Cr2,滴定消耗标准液K2Cr2O7溶液的体积V==19.60mL,则:c(I-)×0.0250L=6×0.0250mol·L-1×0.01960L,解得c(I-)=0.1176mol·L-1,则废液中I-的含量为0.1176mol·L-1×127g·mol-1≈14.94g·L-1。A项,滴定终点时俯视读数,滴定前平视读数,会造成标准液体积偏小而导致测定结果偏低;B项,对测定结果无影响;C项,标准液被稀释,造成滴定时所用体积偏大而使测定结果偏高;D项,标准液滴定 前有气泡,滴定后无气泡,使标准液读取体积偏大,使测定结果偏高,故选A。(3)CuI中Cu+和I-均可被浓硝酸氧化,根据得失电子守恒、原子守恒可写出:2CuI+8HNO3(浓)====2Cu(NO3)2+4NO2↑+I2+4H2O。(4)图2是利用升华法提纯碘,冷凝水应从a口进,使碘蒸气更易凝结为固体碘。答案:(1)抑制Fe3+水解(2)14.94(14.93～14.95均可)A(3)2CuI+8HNO3(浓)====2Cu(NO3)2+4NO2↑+I2+4H2O(4)升华法a 【资源平台】环境保护与绿色化学1.减少污染,保护环境的主要措施:(1)将煤与适量生石灰混合燃烧或处理烟道气,可减少废气中SO2的排放。(2)推广使用无铅汽油、在汽车尾气系统中安装催化转化器、使用燃料电池、乙醇汽油作为汽油替代品、发展电动车等措施减少汽车等机动车尾气污染。 (3)停止氟氯代烷的生产和使用以保护臭氧层。(4)使用无磷洗衣粉以减少水华和赤潮的发生。(5)使用合格环保型建筑材料和装饰材料降低居室装修污染。(6)禁止在公共场所吸烟。(7)发展低碳经济、倡导低碳生活、增大植被面积等以减少二氧化碳的排放量,减轻温室效应。 (8)开发使用可降解塑料和适当减少塑料的使用量以减少白色污染。(9)对垃圾进行分类回收和无害化处理。(10)回收利用废旧电池,防止土壤污染和水污染。 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%。(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)。 【方法指南】化学实验中的绿色化学思想(1)开发绿色实验,如实验室以H2O2分解制取氧气取代KClO3分解法,实现原料和反应过程的绿色化。(2)防止实验过程中尾气、废物对环境的污染,实验中有危害性气体产生时要加尾气吸收,对实验产物尽可能再利用等。(3)在保证实验效果的前提下,尽量减少实验试剂的用量,使实验小型化,微型化。 (4)对于危险性反应、反应条件苛刻、污染严重或实验仪器、试剂价格昂贵的化学实验,可采用计算机模拟、观看实验视频等方式。(5)妥善处理实验产生的废物,防止污染空气。 【典例】下列化工生产中体现绿色化学内涵的是()①减少“三废”排放量　②考虑催化剂和载体的再生使用③回收未反应的原料、副产物、助溶剂、稳定剂等非反应试剂④考虑有关原材料的再生利用⑤拒绝使用无法替代、无法回收、污染作用明显的原料A.①②③B.①③④⑤C.①②③⑤D.①②③④⑤ 【解题指南】解答本题应注意以下两点:(1)绿色化学的核心和特征。(2)应用绿色化学思想分析判断各项人类活动。 【解析】选D。减少“三废”排放量以及拒绝使用无法替代、无法回收、污染作用明显的原料,从源头上减少了对环境的污染,符合绿色化学的理念,①⑤均正确。考虑催化剂、载体、原材料的再生利用,回收未反应的原料、副产物、助溶剂、稳定剂等非反应试剂,减少了废物的排放,符合绿色化学的理念,②③④均正确。 【变式训练】(2014·信阳模拟)“绿色化学”要求综合考虑经济、技术、环保等来设计化学反应。下列各反应符合“绿色化学”思想的是()A.制Cu(NO3)2:Cu+4HNO3(浓)====Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2OB.制Cu(NO3)2:3Cu+8HNO3(浓)====3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2OC.制CuSO4:Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2OD.制CuSO4:2Cu+O22CuO;CuO+H2SO4====CuSO4+H2O△====△==== 【解析】选D。A项中产物有NO2生成,NO2是有毒气体,对环境有害,不符合绿色化学思想,故A错误;B项中产物有NO生成,NO是有毒气体,对环境有害,不符合绿色化学思想,故B错误;C项中产物有SO2生成,SO2是有毒气体,对环境有害,不符合绿色化学思想,故C错误;D项中产物无污染,符合绿色化学思想,故D正确。'