2018届高考化学一轮复习 化学与资源开发利用

第2讲 化学与资源开发利用

[考纲要求] 1.了解煤、石油和天然气等综合利用的意义。2.了解我国无机化工的生产资源和产品的主要种类。3.了解海水的综合利用，了解化学科学发展对自然资源利用的作用，了解化学在水处理中的应用。4.了解化学资源对废弃物的再生和综合运用的作用。

考点一 多样化的水处理技术

1． 水的净化与污水处理

(1)生活用水的净化

①基本流程

②常用混凝剂为铝盐(如硫酸铝、明矾、碱式氯化铝等)、三价铁盐等。原理为Al3＋＋3H2OAl(OH)3(胶体)＋3H＋，Fe3＋＋3H2OFe(OH)3(胶体)＋3H＋，生成的胶体能吸附水中的悬浮杂质而沉降。

③常用的消毒剂为液氯、漂白粉、臭氧、二氧化氯等。

④除去水中的异味：活性炭颗粒的表面积大，吸附能力强，让水通过由细小的活性炭颗粒组成的滤床能够除去水中的异味。

(2)污水处理的方法

方法 含义 操作

物理法 主要是利用物理原理和机械作用对废水进行治理 沉淀、均衡调节、过滤、离心分离等

物理化学法 通过物理化学过程来除去污染物的方法 吸附、浮选、反渗透、电渗析、超过滤、超吸附等

化学法 通过施用化学药剂或采用其他手段进行废水处理的方法 中和法、氧化法、还原法、离子交换法等

生物化学法 利用微生物的代谢作用，除去废水中的溶胶物质及有机物质的方法 活性污泥法、生物滤池法、厌气处理法等

(3)硬水的软化

①暂时硬度和永久硬度

a．暂时硬度：水的硬度是由Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2引起的，称暂时硬度。

b．永久硬度：水的硬度是由钙和镁的硫酸盐或氯化物引起的，称永久硬度。

②硬水软化

a．硬水软化的目的：降低硬水中Ca2＋、Mg2＋的含量使之达到规定标准。

b．软化方法

加热法 范围 硬水中Ca2＋、Mg2＋以Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2形式存在

原理 Ca(HCO3)2=====△CaCO3↓＋CO2↑＋H2O

Mg(HCO3)2=====△MgCO3↓＋CO2↑＋H2O

MgCO3＋H2O=====△Mg(OH)2＋CO2↑

水垢 CaCO3和Mg(OH)2的混合物

离子交换法 范围 硬水中Ca2＋、Mg2＋以硫酸盐或氯化物形式存在

药品 磺化煤(NaR)作离子交换剂

原理 2NaR＋Ca2＋===2Na＋＋CaR2

2NaR＋Mg2＋===2Na＋＋MgR2

2. 海水淡化

海水淡化又称脱盐，利用物理、化学、生物方法将海水中溶解的盐脱除。常用方法有蒸馏法、电渗析法、反渗透法、冷冻法等。

题组一 生活用水的获取

1． 下列说法中正确的是 ( )

A．软水中一定不含Ca2＋、Mg2＋

B．硬水经煮沸后就一定变为软水了

C．水垢的主要成分是碳酸钙和氢氧化镁

D．经过磺化煤处理过的水是不含离子的纯净水

答案 C

解析 软水是含有较少Ca2＋和Mg2＋的水，故A项错；煮沸法可以使硬水的暂时硬度降低，而永久硬度几乎是不会降低的；经磺化煤处理的水，Ca2＋和Mg2＋的浓度降低了，但Na＋的浓度增大了。

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________(答一种)，其净水作用的原理是______________________________________________________________________。

(3)水的净化和软化的区别是______________________________________________。

(4)硬度为1° 的水是指每升水含10 mg CaO或与之相当的物质(如7.1 mg MgO)。若某天然水中c(Ca2＋)＝1.2×10－3 mol·L－1，c(Mg2＋)＝6×10－4 mol·L－1，则此水的硬度为________。

(5)若(4)中的天然水还含有c(HCO－3)＝8×10－4 mol·L－1，现要软化10 m3这种天然水，则需先加入Ca(OH)2________ g，后加入Na2CO3________ g。

答案 (1)O2 CO2(或氮气)

(2)明矾(或硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁，答出一种即可)

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

(4)10° (5)740 1 484

题组二 污水及处理

3． 下列所述情况可能引起水污染的是 ( )

①城市生活污水的任意排放 ②农业生产中农药、化肥使用不当 ③海上油轮石油泄漏

④工业生产中废液、废渣、废气的排放

A．①③ B．①④ C．②④ D．①②③④

答案 D

4． 工业三废(废水、废气、废渣)处理或将三废消灭于生产过程中，是近年来化工技术发展的方向之一。

(1)工业生产H2SO4的尾气中常含有少量SO2，通常用________吸收，有关的化学方程式为______________________________________________________________________；

然后再用硫酸处理，目的是________________________________________________。

硫酸厂的废水呈________性，通常加入________进行处理。

(2)铬的毒性与其存在的价态有关，六价铬比三价铬毒性高100倍，并易被人体吸收且能在体内蓄积。因此在处理含铬污水时，通常加入________使六价铬转化为三价铬，再加__________使其转化为沉淀。

(3)二氧化氯(ClO2)是一种在水处理方面有广泛应用的高效安全消毒剂。与Cl2相比，ClO2不但具有更显著的杀菌能力，而且不会产生对人体有潜在危害的有机氯代物，ClO2有下列两种制备方法。

方法一：2NaClO3＋4HCl===2ClO2↑＋Cl2↑＋2NaCl＋2H2O；

方法二：2NaClO3＋H2O2＋H2SO4===2ClO2↑＋Na2SO4＋O2↑＋2H2O。

用方法__________(填“一”或“二”)制备的ClO2更适合用于饮用水消毒，其主要原因是_____________________________________________________________________。

(4)对于含有Hg2＋、Pb2＋、Cu2＋等重金属离子的工业废水，通常加入过量的__________使其转化为沉淀而除去。

答案 (1)Ca(OH)2溶液 Ca(OH)2＋SO2===CaSO3↓＋H2O 将CaSO3转化为SO2，提高SO2的利用率，同时得到副产品CaSO4 酸 熟石灰

(2)FeSO4 碱

(3)二 方法二制得的ClO2中不含有Cl2 (4)Na2S

题组三 海水淡化

5． 南海某小岛上，解放军战士为了寻找合适的饮用水源，对岛上山泉水进行分析化验，结果显示水的硬度为28°(属于硬水)，主要含钙离子、镁离子、氯离子和硫酸根离子。请思考下列问题：

(1)该泉水属于________硬水(填写“暂时”或“永久”)。

(2)若要除去Ca2＋、Mg2＋可以往水中加入石灰和纯碱，试剂添加顺序为_______________，原因是___________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

(3)目前常用阴、阳离子交换树脂来进行水的软化，水中的Ca2＋、Mg2＋与交换树脂的________起离子交换作用。当阴离子交换树脂失效后可放入________溶液中再生。

(4)岛上还可以通过海水淡化来获得淡水。下面是海水利用电渗析法获得淡水的原理图，已知海水中含Na＋、Cl－、Ca2＋、Mg2＋、SO2－4等离子，电极为惰性电极。请分析下列问题：

①阳离子交换膜是指________(填“A”或“B”)。

②写出通电后阳极区的电极反应式：_________________________________________；

阴极区的现象是_______________________________________________________。

答案 (1)永久 (2)先加石灰后加纯碱 过量的钙离子可通过纯碱使之沉淀下来 (3)H＋

强碱 (4)①B ②2Cl－－2e－===Cl2↑ 电极上产生无色气体，溶液中出现少量白色沉淀

解析 (1)这种山泉水的阴离子是氯离子和硫酸根离子，故这种水为永久硬水。(2)加入石灰，可以将镁离子沉淀下来，水中除原来的钙离子外，又增加了石灰中的钙离子，这些

钙离子用纯碱可以除去。(3)阳离子交换树脂中的阳离子可以与硬水中的阳离子发生交换，故HR中的氢离子与水中的钙离子、镁离子交换；HR阳离子交换树脂失效后生成了CaR2和MgR2；阴离子交换树脂中的OH－与水中的Cl－、SO2－4交换，阴离子交换树脂失效后可放入强碱(如NaOH)溶液中再生。(4)通电后，溶液中的阳离子向阴极移动，阴离子向阳极移动，故图示中A为阴离子交换膜，B为阳离子交换膜；阳极发生氧化反应，Cl－失电子生成Cl2，阴极区发生还原反应，水得电子生成H2和OH－，OH－与Mg2＋生成白色的Mg(OH)2沉淀。

反思归纳

1． 常见的水处理技术知识框架

2． 污水处理的一般流程

考点二 海水的综合利用

1． 海水中盐的开发和利用

(1)海水制盐

以蒸发法为主，主要得到NaCl和CaCl2、MgCl2、Na2SO4。另外还有电渗析法和冷冻法。

(2)氯碱工业

①反应原理：2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

②工艺流程

③设备：离子交换膜电解槽。(阳)离子交换膜只允许Na＋通过。

④产品：阳极室：氯气，补充饱和食盐水流出淡盐水。阴极室：氢气和NaOH，补充纯水(加入一定量NaOH)流出NaOH溶液。

2． 海水提溴

反应原理

氯化：Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2；

①3Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑，5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O；

②Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4，Cl2＋2HBr===2HCl＋Br2。

3． 海水提镁

(1)生产流程及反应原理