浙江省高三化學(xué) 第10單元42講 多樣化的水處理技術(shù)從自然資源到化學(xué)品復(fù)習(xí)課件

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1、 1知道化學(xué)在水處理中的應(yīng)用； 2了解海水的綜合利用，認(rèn)識化學(xué)科學(xué)發(fā)展對自然資源利用的作用； 3了解合成氨的主要原理、原料、重要設(shè)備、流程和意義，認(rèn)識催化劑的研制對促進(jìn)化學(xué)工業(yè)發(fā)展的重大意義； 4了解我國基本化工的生產(chǎn)資源、基本化工產(chǎn)品的主要種類和發(fā)展概況； 5舉例說明金屬材料、高分子材料和其他新材料的特點，了解有關(guān)的生產(chǎn)原理； 6通過調(diào)查、討論了解煤、石油和天然氣等綜合利用的最新進(jìn)展； 7通過實例了解精細(xì)化工產(chǎn)品的生產(chǎn)特點、知道精細(xì)化工在社會發(fā)展中的作用； 8以廢舊塑料的再生利用為例，認(rèn)識化學(xué)對廢舊資源再生與綜合利用的作用，討論其可能的途徑。一、知識網(wǎng)絡(luò)自然資源利用技術(shù) 二、化學(xué)在水處理中的

2、應(yīng)用及海水的綜合利用 1自來水廠凈化水的一般步驟 混凝沉降過濾活性炭吸附池除味殺菌消毒目的原理明礬凈水_Al(OH)3(膠體)有吸附性活性炭去除異味表面積大，吸附性強(qiáng)液氯殺菌消毒_ (強(qiáng)氧化性)Al33H2O Al(OH)3(膠體)3HCl2H2O HClHClO 2.海水資源的綜合利用 (1)海水淡化：又稱_，利用物理、化學(xué)、生物方法將海水中溶解的鹽脫除。常用的方法有蒸餾法、_、_、冷凍法等。脫鹽電滲析法反滲透法 (2)海水中鹽的開發(fā)和利用 海水制鹽及食鹽的利用用海水制鹽的方法仍以_為主，此法初步得到的鹽為粗鹽。粗鹽提純后廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。 a氯堿工業(yè)：用電解飽和食鹽水的方法得到NaOH、

3、Cl2、H2，其總的反應(yīng)方程式可表示為_；工業(yè)上電解飽和食鹽水的設(shè)備為_。離子交換膜電解槽2NaCl2H2O 2NaOHCl2H2蒸發(fā)法(鹽田法)通電 b純堿工業(yè)：_法_2NaHCO3 Na2CO3H2OCO2。 海水提鎂 工業(yè)上從海水中提鎂的一種方法是，將海水抽入反應(yīng)槽，加入石灰乳，使海水中的鎂轉(zhuǎn)化為氫氧化鎂沉淀；加鹽酸轉(zhuǎn)化為氯化鎂溶液，過濾、烘干，然后電解熔融氯化鎂得到鎂和氯氣。 海水提溴 工業(yè)上常用的一種海水提溴技術(shù)叫做吹出法，即用氯氣等強(qiáng)氧化劑氧化海水中的溴離子，使其變成溴單質(zhì)，然后用空氣或水蒸氣吹出。侯氏制堿NaClH2ONH3CO2 NaHCO3NH4Cl煅燒 三、對化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)原

4、理、設(shè)備及生產(chǎn)流程的考查 1氨的合成 (1)主要原理：_，工業(yè)上，通常采用鐵觸媒為催化劑，在450左右和20MPa50MPa的條件下進(jìn)行氨的合成，得到的平穩(wěn)混合物中氨的含量約為20%。N23H2 2NH3催化劑高溫高壓 (2)生產(chǎn)流程： 合成氨的生產(chǎn)主要包括三個步驟： 造氣：制備合成氨的原料氣；_：原料氣凈化處理；_：將原料氣進(jìn)行化學(xué)合成為氨。 生產(chǎn)流程圖：凈化合成 (3)重要設(shè)備：_。 合成塔的構(gòu)造除為了有利于催化，要能夠安放厚層的觸媒外，還要能夠耐高壓和調(diào)節(jié)溫度。為了符合這些要求，合成塔有耐高壓的厚壁。塔里主要有接觸室和熱交換器兩部分。合成氨塔反應(yīng)條件相應(yīng)設(shè)備4005001.反應(yīng)開始需要加

5、熱，但又是放熱反應(yīng)，不需要持續(xù)加熱，故需電加熱器2溫度太高，不利于生成氨，故需要熱交換器，預(yù)熱H2、N2，冷卻NH3高壓反應(yīng)是在高壓下進(jìn)行的，合成塔就有耐高壓的堅固的鋼壁，塔殼外用絕緣材料包裹催化劑反應(yīng)需要催化劑，所以合成塔的上部應(yīng)有觸媒層 2.氯堿生產(chǎn) (1)主要原理：陽極反應(yīng)： _ (氧化反應(yīng))；陰極反應(yīng)： _ (還原反應(yīng))。 電解法制堿的主要原料是飽和食鹽水，由于粗鹽水中含有泥沙、Ca2、Mg2、SO雜質(zhì)，不符合電解要求，必須經(jīng)過精制。 (2)主要設(shè)備：石棉隔膜電解槽；離子膜電解槽 石棉隔膜電解槽： 隔膜材料：水泥多微孔材料石棉纖維 隔膜電解槽電解飽和食鹽水，隔膜的作用：能防止在陰極室內(nèi)

6、產(chǎn)生的氫氣、NaOH溶液和在陽極室產(chǎn)生的氯氣混合反應(yīng)。2Cl2e Cl22H2e H2 離子膜電解槽： 是目前世界上比較先進(jìn)的電解制堿技術(shù)，陽離子交換膜有一種特殊的性質(zhì)，即它只允許_通過，而阻止_通過，也就是說只允許_通過，而_和氣體則不能通過。這樣既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽極產(chǎn)生的_相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影響燒堿的質(zhì)量。陽離子陰離子和氣體NaCl、OHCl2 3硫酸工業(yè)(接觸法制硫酸) (1)生產(chǎn)工藝：分三個階段：硫磺或硫鐵礦的燃燒氧化，二氧化硫的催化氧化，三氧化硫的吸收。 主要流程： (2)主要設(shè)備及原理：階段設(shè)備名稱原理造氣階段_4FeS2(s

7、)11O2(g) 2Fe2O3(s)8SO2(g)氧化階段_吸收階段_SO3H2O=H2SO4接觸室沸騰爐吸收塔2SO2(g)O2(g) 2SO3(g)25V O高溫 4.鎂和鋁的冶煉 (1)從海水中提取鎂 自然界中的鎂主要以化合態(tài)的形式存在于地殼和海水(MgCl2)中。從海水中提取鎂的過程分為兩步：一是要從氯化鎂濃度極小的海水中把氯化鎂提取出來，二是把氯化鎂中的鎂還原出來。 流程圖如下： (2)鋁的冶煉 電解法冶煉包括由礦石中提取氧化鋁和由氧化鋁電解制取金屬鋁兩個過程。 氧化鋁的生產(chǎn)：從礦石中提取氧化鋁的方法是使鋁土礦與氫氧化鈉溶液在高溫下反應(yīng)生成偏鋁酸鈉溶液，然后降溫析出氫氧化鋁晶體，再經(jīng)

8、凈化和高溫煅燒得到氧化鋁。 電解氧化鋁：氧化鋁熔點很高，生產(chǎn)中要加入_以降低電解時所需的溫度，通電使氧化鋁和冰晶石形成熔融體并電解，生成_和_。冰晶石鋁 氧氣 四、對化學(xué)工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的考查 1化工生產(chǎn)選擇適宜條件的原則 對任一可逆反應(yīng)，增大反應(yīng)物濃度，能提高反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率。故生產(chǎn)中常使廉價易得的原料適當(dāng)過量，以提高另一原料的利用率；對氣體分子數(shù)減少的反應(yīng)，增大總壓使平衡向增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率的方向移動。但壓強(qiáng)太大，動力消耗、設(shè)備要求、成本增高，故必須綜合考慮；對放熱反應(yīng)，升溫，提高反應(yīng)速率，但轉(zhuǎn)化率_，若溫度太低，_又太慢，故需使用適當(dāng)?shù)腳；對吸熱反應(yīng)，升溫，加快反應(yīng)速率，又能提高轉(zhuǎn)化率，

9、但要避免反應(yīng)物或生成物的過熱分解；使用催化劑可大大提高反應(yīng)速率，但使用時必須注意其_，且防止_，延長使用壽命。降低反應(yīng)速率催化劑活性溫度范圍催化劑中毒 2關(guān)于硫酸工業(yè)綜合經(jīng)濟(jì)效益的討論 (1)環(huán)境保護(hù)與原料的綜合利用?；どa(chǎn)必須保護(hù)環(huán)境，嚴(yán)格治理“三廢”，并盡可能把“三廢”變?yōu)橛杏玫母碑a(chǎn)品，實現(xiàn)原料的綜合利用。硫酸廠的“三廢”處理方法是： 尾氣吸收(氨吸收法) _。 廢水處理(石灰乳中和法) _。 廢渣利用_。 SO22NH3H2O (NH4)2SO3，(NH4)2SO3H2SO4 (NH4)2SO4SO2H2OCa(OH)2H2SO4 CaSO42H2O制磚或制造水泥 (2)能量的充分利用

10、?；どa(chǎn)中應(yīng)充分利用反應(yīng)熱，這對于降低成本具有重要意義。硫酸生產(chǎn)中的反應(yīng)熱不僅用于預(yù)熱反應(yīng)物滿足自身能量的需要，而且還可以由硫酸廠向外界輸出大量能量(供熱發(fā)電)。 (3)廠址選擇和生產(chǎn)規(guī)模?；S廠址的選擇，涉及原料、水源、能源、土地供應(yīng)、市場需求、交通運輸和環(huán)境保護(hù)等因素，應(yīng)對這些因素綜合考慮，作出合 理 的 抉 擇 。 由 于 硫 酸 是 腐 蝕 性 液 體 ， 不 便_，因此硫酸廠應(yīng)建在靠近硫酸消費中心的地區(qū)，應(yīng)避開人口稠密的居民區(qū)和環(huán)境保護(hù)要求高的地區(qū)。工廠規(guī)模大小，主要由硫酸用量的多少來決定。貯存和運輸 3綠色化學(xué) (1)節(jié)省資源，提高原料轉(zhuǎn)化率和利用率。例如在合成氨工業(yè)，硝酸工業(yè)

11、，接觸法制硫酸，聯(lián)合制堿法等工藝流程中采取了循環(huán)操作，體現(xiàn)了綠色化學(xué)中節(jié)省能源的基本原理。 (2)化工生產(chǎn)中均介紹了_以防止或減少環(huán)境污染。例如：氨氧化法制硝酸、接觸法制硫酸、煉鋼、煉鐵等均介紹了尾氣處理或尾氣吸收裝置。尾氣回收方法和處理裝置水處理的若干問題【例1】下列物質(zhì)：明礬；氯化鐵；綠礬；木炭，可用做凈水劑的是() A B C D【解析】明礬水解生成Al(OH)3膠體，有強(qiáng)的吸附能力，可使水凈化；氯化鐵、綠礬溶于水后也能生成具有強(qiáng)吸附能力的Fe(OH)3膠體而具有凈水作用；木炭的吸附能力很強(qiáng)，也可用于凈水。D【遷移訓(xùn)練1】 (2010湖州質(zhì)檢)隨著現(xiàn)代科學(xué)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)和生活所需的淡水

12、日益增多，人類所能支配的淡水資源隨時可能出現(xiàn)危機(jī)，這就把海水的淡化問題擺在了科學(xué)家的面前。( 1 ) 海 水 淡 化 的 最 早 方 法 是 蒸 餾 法 ， 其 原 理 是_，蒸餾法雖然在技術(shù)和工藝方面均已比較完備，但由于使用大量燃煤，因此能耗多、排污量大。為克服蒸餾法淡化海水的缺陷，請你對蒸餾法淡化海水的工藝提出一條改進(jìn)建議_。蒸餾是利用加熱海水時，鹽不揮發(fā)而留在海水中，水蒸氣經(jīng)冷凝而得到淡水 充分利用潮汐能、風(fēng)能、太陽能等海邊富有的潔凈能源(2)使用離子交換樹脂與海水中的離子進(jìn)行交換也是常用的海水處理技術(shù)。已知磺化媒(代表式NaR)是一種鈉型離子交換樹脂，它能使海水中的Ca2、Mg2被交換

13、而除去，其反應(yīng)的離子方程式可表示為2NaRCa2 CaR22Na?，F(xiàn)代海水的淡化方法是使海水按順序通過兩種離子交換樹脂氫型陽離子交換樹脂(HR)和羥型陰離子交換樹脂(ROH)，其流程如圖所示，則圖中離子交換柱中分別裝入的離子交換樹脂(填代表式)：A柱是_；B柱是_。聚丙烯酸鈉也是一種離子交換樹脂，試寫出聚丙烯酸鈉單體的結(jié)構(gòu)簡式_。HRROHCH2 CHCOONa【解析】 (1)海洋本身就是一個巨大的能源庫，因此可充分利用潮汐能等海邊富有的能源作為海水蒸餾時的熱能來源。 (2)要使海水淡化，必須借助離子交換樹脂的作用除去海水中的Mg2、Ca2等，但若先將海水通過ROH，溶液中會生成較多的OH，使

14、Mg2轉(zhuǎn)化成Mg(OH)2沉淀而堵塞交換柱，故必須先將海水通過HR。 重要化學(xué)工業(yè)原理問題【例2】合成氨所用的H2可由煤與水反應(yīng)制得，其中有一步反應(yīng)為CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)H0，欲提高CO轉(zhuǎn)化率可采用的方法有：降低溫度；增加壓強(qiáng)；使用催化劑；增大CO的濃度；增大水蒸氣的濃度，其中正確的組合是()A BC D只有B【解析】 該反應(yīng)是一個氣體總體積不變的放熱反應(yīng)，欲提高CO的轉(zhuǎn)化率，可設(shè)法使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，顯然降低溫度可以滿足這一要求，增加水蒸氣的濃度，平衡向正反應(yīng)方向移動，CO的轉(zhuǎn)化率也可以增大；但若增加CO的濃度，平衡雖然向右移動，但CO的總量增大，其轉(zhuǎn)化率反

15、而減小。增大壓強(qiáng)和使用催化劑的操作只能加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時間，而與平衡時CO的轉(zhuǎn)化率無關(guān)。 【遷移訓(xùn)練2】 (嘉興二模)某學(xué)生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，通電時，為使Cl2被完全吸收制得有較強(qiáng)殺菌能力的消毒液，設(shè)計了如圖所示的裝置，以下對電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是( )Aa為正極，b為負(fù)極；NaClO和NaClBa為負(fù)極，b為正極；NaClO和NaClCa為陽極，b為陰極；HClO和NaClDa為陰極，b為陽極；HClO和NaClB【解析】因2NaCl2H2O 2NaOHH2Cl2，在容器中：2NaOHCl2 NaClNaClOH

16、2O，而ClO具有強(qiáng)氧化性，具有強(qiáng)殺菌能力。圖中的導(dǎo)氣管是讓氫氣排出，故上部為陰極，a為負(fù)極，連接電解池的陰極，b為正極，連接電解池的陽極。電解重要化學(xué)工業(yè)過程中的重要化工問題【例3】(2010江蘇南通九校聯(lián)考)工業(yè)碳酸鈉(純度約為98%)中含有Ca2、Mg2、Fe3、Cl和SO42等雜質(zhì)，提純工藝線路如下：已知碳酸鈉的飽和溶液在不同溫度下析出的溶質(zhì)如下圖所示：回答下列問題：(1)加入NaOH溶液時發(fā)生的離子方程式為_。(2)“趁熱過濾”時的溫度應(yīng)控制在_。(3)有人從“綠色化學(xué)”角度設(shè)想將“母液”沿流程中虛線所示進(jìn)行循環(huán)使用。請你分析實際工業(yè)生產(chǎn)中是否可行_，并說明理由_ (4)已知：Na2

17、CO310H2O(s) Na2CO3(s)10H2O(g)H532.36 kJmol1 Na2CO310H2O(s) Na2CO3H2O(s)9H2O(g)H473.63 kJmol1寫 出 N a2C O3 H2O 脫 水 反 應(yīng) 的 熱 化 學(xué) 方 程 式_?！窘馕觥?(2)根據(jù)流程圖中的產(chǎn)物Na2CO3H2O和Na2CO3的飽和溶液在不同溫度下析出的溶質(zhì)示意圖，可確定過濾的溫度為高于36。 (3)母液中含有Cl和SO42等雜質(zhì)，若循環(huán)使用，會不斷增大Cl和SO42的濃度，而導(dǎo)致所得產(chǎn)物Na2CO3中混有雜質(zhì)。 (4)由反應(yīng)得：Na2CO3H2O(s) Na2CO3(s)H2O(g)H58

18、.73 kJmol1 【答案】 (1)Fe33OH Fe(OH)3，MgCO32OH Mg(OH)2CO32(2)高于36 (3)不可行若“母液”循環(huán)使用，則溶液c(Cl)和c(SO)增大，使最后所得產(chǎn)物Na2CO3中混有雜質(zhì)(4)Na2CO3H2O(s) Na2CO3(s)H2O(g)H58.73 kJmol1【遷移訓(xùn)練3】化工企業(yè)最大的污染來自于有害廢氣、廢渣、廢水的排放。位于渤海邊的某企業(yè)為實現(xiàn)資源的合理綜合利用，實現(xiàn)綠色化工生產(chǎn)，設(shè)計了硫酸磷胺水泥聯(lián)產(chǎn)、海水淡水多用、鹽熱電聯(lián)產(chǎn)三大生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，而這三條產(chǎn)業(yè)鏈又相互聯(lián)系，一條產(chǎn)業(yè)鏈中的廢物轉(zhuǎn)化為另一條產(chǎn)業(yè)鏈中的原料，形成一張循環(huán)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)，

19、像一個生態(tài)食物網(wǎng)。其流程如圖所示： 試回答下列問題： (1)設(shè)備的名稱是_、_、_。 (2)設(shè)備中反應(yīng)發(fā)生的條件是_，該反應(yīng)是_反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”)，其廢渣能夠煉鐵的原因是_。沸騰爐接觸室吸收塔 硫鐵礦為粉末狀，高溫且通入過量空氣放熱廢渣中含有Fe2O3(3)設(shè)備的反應(yīng)是_反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”)，反應(yīng)的條件是_，選擇該條件主要考慮了哪些因_。放熱 500左右、V2O5作催化劑、常壓 500左右是催化劑的活性溫度，V2O5作催化劑，能提高反應(yīng)速率，由于反應(yīng)是一個體積縮小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，轉(zhuǎn)化率增大，但改變量不大，綜合考慮各因素，常壓時生產(chǎn)成本低，效益較好 (4)設(shè)備中發(fā)生的化學(xué)方程

20、式是_，為了提高吸收效率，使用的吸收劑是_，所得硫酸常稱_硫酸。 (5)從流程可以看出，熱電廠用的冷卻水是_，該過程體現(xiàn)了工業(yè)生產(chǎn)_的思路。SO3H2O H2SO498.3%濃H2SO4發(fā)煙海水能源、資源的充分合理使用【解析】本題實質(zhì)是圍繞工業(yè)制硫酸的流程而設(shè)計的一張循環(huán)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)絡(luò)圖，很明顯設(shè)備分別對應(yīng)于硫酸工業(yè)中的沸騰爐、接觸室、吸收塔。在沸騰爐內(nèi)FeS2與O2發(fā)生反應(yīng)生成SO2；在接觸室內(nèi)有催化劑存在下SO2進(jìn)一步與O2化合生成SO3；SO3經(jīng)吸收塔時，采用98.3%的濃H2SO4進(jìn)行吸收。1.鈾是一種帶有銀白色光澤的金屬，化學(xué)性質(zhì)很活潑，自然界中不存在游離的金屬鈾。鈾是核反應(yīng)最重要的燃料，

21、其提煉技術(shù)直接關(guān)系著一個國家核工業(yè)或核武器的發(fā)展水平，一些核擁有國往往不愿意其他國家獲得這種技術(shù)，伊朗的鈾濃縮就一直受到聯(lián)合國原子能機(jī)構(gòu)和一些國家的反對。(1)鈾的冶煉首先要把礦石加工成含鈾60%70%的化學(xué)濃縮物，進(jìn)一步純化轉(zhuǎn)變成三氧化鈾，再用炭在高溫 下 還 原 成 二 氧 化 鈾 ， 其 化 學(xué) 方 程 式 為_。(2)再將二氧化鈾與無水HF反應(yīng)，得到四氟化鈾，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。(3)最后用金屬鈣(或鎂)還原四氟化鈾，得到最終產(chǎn)品金屬鈾，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。UO3C UO2COUO24HF UF42H2OUF42Ca U2CaF2高溫【解析】炭在高溫下還原三氧化鈾得到二氧化鈾和CO

22、；二氧化鈾與無水HF反應(yīng)得到四氟化鈾和H2O；金屬鈣還原四氟化鈾得到金屬鈾和CaF2。2.(寧波二模)下圖所示的裝置是仿照工業(yè)制備硫酸的工藝流程設(shè)計出來的，用于探究工業(yè)上為何采用98.3%的濃硫酸吸收三氧化硫。試填寫下列空白：(1)寫出工業(yè)上用FeS2制取SO2的化學(xué)方程式：_。(2)寫出上圖中部分裝置的作用：甲：混合SO2和O2；_；丙和?。篲。4FeS211O2 2Fe2O38SO2干燥SO2和O2(或“觀察通入SO2和O2體積比”)吸收SO3并做對照實驗(3)若丁裝置在反應(yīng)過程中出現(xiàn)氣泡，不久就出現(xiàn)了白霧，而丙裝置一直沒有明顯變化，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的可能原因是：丙中插入濃硫酸溶液的導(dǎo)管插得太

23、深，使兩個吸收瓶內(nèi)的壓強(qiáng)差較大，導(dǎo)致SO3從丁的水中冒了出來，與水形成酸霧；_。(4)上圖裝置中的甲和乙部分、丙和丁部分分別與工業(yè)制取硫酸的裝置相對應(yīng)，甲和乙相當(dāng)于_；丙和丁相當(dāng)于_。 濃硫酸對SO3的吸收效果遠(yuǎn)好于水，SO3充分被濃硫酸吸收接觸室吸收塔(5)在硫酸工業(yè)制法中，下列生產(chǎn)操作與說明生產(chǎn)操作的主要原因都正確的是 _ (填下列各項的序號)。A硫鐵礦燃燒前需要粉碎，因為大塊的硫鐵礦不能在空氣中燃燒B從沸騰爐出來的爐氣需凈化，因為爐氣中二氧化硫會與雜質(zhì)反應(yīng)C二氧化硫氧化為三氧化硫時需使用催化劑，這樣可以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率D三氧化硫用98.3%的濃硫酸吸收，目的是防止形成酸霧，以提高三氧化硫的吸收效率D【解析】本裝置模擬工業(yè)制硫酸的接觸室和吸收塔，Cr2O3作催化劑，二氧化硫和氧氣同時長進(jìn)短出經(jīng)過裝有濃硫酸的洗氣瓶，可以起到使氣體混合均勻并干燥的目的，同時還可以根據(jù)氣泡大小控制氣流速度。工業(yè)上吸收塔中不用水來吸收三氧化硫是為了避免產(chǎn)生酸霧從而降低吸收效率。