《浙江省高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)導(dǎo)航 第10單元第41講 多樣化的水處理技術(shù) 從自然資源到化學(xué)品課件 新課標(biāo)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《浙江省高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)導(dǎo)航 第10單元第41講 多樣化的水處理技術(shù) 從自然資源到化學(xué)品課件 新課標(biāo)（82頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、 一、獲取潔凈的水一、獲取潔凈的水 1天然水的凈化 (1)混凝法 定義：加入混凝劑，使細(xì)小的懸浮物和膠體聚集成較大的顆粒而沉淀，然后用過濾的方法除去。 工業(yè)生產(chǎn)中常用的混凝劑有：明礬、硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫酸鐵等。 明礬凈水原理 明礬在水中發(fā)生電離： KAl(SO4)2=K+Al3+2 。 Al3+與水發(fā)生水解反應(yīng)生成Al(OH)3： Al3+3H2O Al(OH)3+3H+。 混凝劑難以清除溶解于水中的有機(jī)物質(zhì)、無機(jī)鹽和微生物。作為生活用水，經(jīng)過混凝法凈水后，還必須進(jìn)行殺菌消毒。2-4SO (2)化學(xué)軟化法 天然水與空氣、巖石和土壤等長(zhǎng)期接觸，溶解了許多雜質(zhì)，如無機(jī)鹽類、某些可溶性有機(jī)物以及氣
2、體等。 天然水可分為硬水和軟水 硬水：含有較多Ca2+、Mg2+的水。 軟水：含有少量Ca2+、Mg2+或不含Ca2+、Mg2+的水。 水的硬度可分為暫時(shí)硬度和永久硬度 暫時(shí)硬度：水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起的。 永久硬度：水的硬度是由鈣和鎂的硫酸鹽或氯化物等引起的。 天然水大多同時(shí)具有暫時(shí)硬度和永久硬度。 硬水軟化的方法通常有加熱法、藥劑法和離子交換法等。 2污水處理 (1)污水處理方法有物理法、生物法和化學(xué)法等。 (2)處理工業(yè)廢水常用的化學(xué)方法：中和法、沉淀法、氧化還原法。 3海水淡化電滲析法 (1)電滲析法是一種利用離子交換膜進(jìn)行海水淡化的方法。 (2)離子交
3、換膜是一種功能性膜，應(yīng)具有良好的選擇透過性和化學(xué)穩(wěn)定性。 (3)原理：在外加直流電場(chǎng)的作用下，海水中的陰、陽離子分別透過陰膜和陽膜，可達(dá)到分離和濃縮的目的。 二、海水的綜合利用二、海水的綜合利用 1海水中鹽的開發(fā)和利用 (1)海水制鹽 海水制鹽的方法有三種，即蒸發(fā)法、電滲析法和冷凍法。 目前，海水制鹽的方法仍以蒸發(fā)法(鹽田法)為主。海水蒸發(fā)濃縮，達(dá)到飽和析出食鹽晶體，分離后所得到的母液叫苦鹵。 (2)食鹽資源的利用 電解飽和食鹽水反應(yīng)原理 陰極：2H+2e-=H2 陽極：2Cl-2e-=Cl2 總反應(yīng)：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2 生產(chǎn)設(shè)備名稱：離子交換膜、電解槽電解 2海水
4、提溴 (1)氯化：工業(yè)上從海水中提取溴時(shí)，首先通氯氣，在pH為3.5左右氯氣氧化溴離子，離子方程式：Cl2+2Br-=2Cl-+Br2。 (2)吹出：當(dāng)海水中的Br-被氧化成Br2以后，用空氣將其吹出。另外，也可以用水蒸氣，使溴和水蒸氣一起蒸出。 (3)吸收：用還原劑二氧化硫使溴單質(zhì)變?yōu)镠Br，再用氯氣將其氧化成溴產(chǎn)品，化學(xué)方程式： SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4、 Cl2+2HBr=2HCl+Br2。 3海水提鎂 海水提鎂的基本反應(yīng)原理可表示如下： (1)所加試劑：石灰乳，鹽酸。 所用操作方法：過濾，濃縮，電解。 (2)用離子方程式或化學(xué)方程式表示海水提鎂的過程： Mg2+2
5、OH-=Mg(OH)2 Mg(OH)2+2H+=Mg2+2H2O MgCl2=Mg+Cl2電解 4從海水中提取重水 (1)提取重水(D2O)的方法有：蒸餾法、電解法、化學(xué)交換法和吸附法等。 (2)常用的方法是化學(xué)法，其中的一種是硫化氫水雙溫交換法。 三、工業(yè)制備硫酸三、工業(yè)制備硫酸 1三個(gè)階段 工業(yè)上制硫酸主要分造氣、催化氧化、吸收三個(gè)階段，反應(yīng)方程式分別為： (1)S+O2=SO2。 (2)2SO2+O2 2SO3。 (3)SO3+H2O=H2SO4 催化劑加熱點(diǎn)燃 2生產(chǎn)中原料的選擇 工業(yè)生產(chǎn)某種化工產(chǎn)品，選擇原料時(shí)要從多方面去考慮，如化學(xué)反應(yīng)原理、廠址選擇、原料、能源、工業(yè)用水的供應(yīng)能力
6、、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、預(yù)處理成本及環(huán)境保護(hù)等。 3生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制 對(duì)二氧化硫的催化氧化： (1)溫度條件：選擇400500 作為操作溫度，因?yàn)樵谶@個(gè)溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)速率和二氧化硫的轉(zhuǎn)化率都比較理想。 (2)壓強(qiáng)條件：增大氣體壓強(qiáng)，SO2的平衡轉(zhuǎn)化率提高得并不多，所以，通常采用常壓操作。 (3)催化劑：催化劑對(duì)化學(xué)平衡沒有影響，但能改變到達(dá)平衡所需的時(shí)間。 4生產(chǎn)中的三廢處理 (1)尾氣吸收 硫酸生產(chǎn)的尾氣中含有少量SO2，可用Ca(OH)2吸收，使其生成CaSO3，再用H2SO4處理，生成SO2和CaSO4。 方程式為SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O；CaSO3+H2SO4=CaSO4
7、+SO2+H2O。 (2)污水處理 硫酸生產(chǎn)過程中的污水，含有酸性雜質(zhì)，可 用 石 灰 乳 中 和 法 處 理 。 方 程 式 為Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O。 (3)廢渣的利用 廢渣可用來制磚或制造水泥。 爐渣和礦灰，可作為煉鐵的原料。 四、工業(yè)合成氨四、工業(yè)合成氨 1合成氨的反應(yīng)原理 方程式：N2+3H2 2NH3。 該反應(yīng)是一個(gè)正反應(yīng)方向氣體分子數(shù)減少的、可逆的放熱反應(yīng)。 2適宜化工生產(chǎn)條件的選擇 溫度：400500 ；壓強(qiáng)：10 MPa30 MPa；催化劑：以鐵為主的催化劑。催化劑高溫、高壓 3合成氨的基本生產(chǎn)過程 (1)制備合成氨的原料氣 氮?dú)猓阂皇菍⒖諝庖夯笳?/p>
8、發(fā)分離出氧氣獲得氮?dú)猓?二是將空氣中的氧氣與碳作用生成二氧化碳，再除去二氧化碳得到氮?dú)狻?氫氣：一是水蒸氣通過赤熱的煤(或焦炭)層，化學(xué)方程式為：C+H2O=CO+H2。 二是甲烷與水蒸氣在催化劑作用下反應(yīng)，化學(xué)方程式為： (2)原料氣的凈化 凈化的原因：合成氨需要純凈的氮?dú)夂蜌錃?。在制取原料氣的過程中，?；煊幸恍╇s質(zhì)，其中的某些雜質(zhì)會(huì)使合成氨的催化劑中毒而失去催化作用，所以必須除去。 吸收H2S：NH3H2O+H2S=NH4HS+H2O。 除去CO： CO+H2O=CO2+H2，K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3。 (3)氨的合成與分離催化劑加熱 五、工業(yè)生產(chǎn)純堿五、工業(yè)生產(chǎn)純堿 1氨
9、堿法也稱索爾維制堿法，其原料是：食鹽、氨和二氧化碳。 (1)生成碳酸氫鈉和氯化銨 將二氧化碳通入含氨的飽和食鹽溶液中，可得到碳酸氫鈉和氯化銨。 方程式為：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3；NaCl+NH4HCO3=NaHCO3+NH4Cl。 (2)制取碳酸鈉 將析出的NaHCO3晶體煅燒，即得Na2CO3。 方程式：2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O 。 母液中的NH4Cl加消石灰可回收氨，以便循環(huán)使用。 方程式為：2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3+2H2O。 2聯(lián)合制堿法(又稱侯氏制堿法) (1)將制堿中含氯的廢液與合成氨過程中的二氧化碳廢氣加以回收、利用，
10、制成純堿和氯化銨化肥，使制堿和制銨兩大工業(yè)聯(lián)合起來。 (2)原料是食鹽、氨和二氧化碳?？键c(diǎn)一 獲取潔凈的水 例例1 為了測(cè)量水中有機(jī)物等還原性污染物的含量，通過把1 L水樣與強(qiáng)氧化劑完全作用時(shí)消耗氧化劑的量，折算成以氧氣為氧化劑時(shí)的質(zhì)量(O2 mgL-1)來表示，稱為該水樣的化學(xué)耗氧量(COD)。我國(guó)明文規(guī)定：COD500 mgL-1的污水不得直接排放。為了測(cè)定某工業(yè)廢水的COD，實(shí)驗(yàn)如下：量取廢水樣品20.00 mL，加入0.100 molL-1KMnO4 10.00 mL和少量稀H2SO4，在一定條件下充分反應(yīng)后，再用0.200 molL-1的草酸鈉(Na2C2O4)溶液滴定過量的KMnO
11、4，達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí)消耗Na2C2O4溶液11.00 mL。 (1)寫出酸性介質(zhì)中KMnO4(被還原為Mn2+)與N a2C2O4( 被 氧 化 為 C O2) 反 應(yīng) 的 離 子 方 程 式_。 (2)計(jì)算該水樣的COD。 (3)如果每次取水樣20.00 mL，加入等體積的0.100 molL-1KMnO4酸性溶液；為簡(jiǎn)化計(jì)算，令滴定過量KMnO4時(shí)，每消耗1.00 mL Na2C2O4溶液，就相當(dāng)于水樣的COD為10 mgL-1，該Na2C2O4溶液的物質(zhì)的量濃度應(yīng)配制為多少？【解析】 110010-30.2 mol 0.40.211.0010-3 mol 用于與草酸鈉反應(yīng)的 為0.40.2
12、11.0010-3=8.810-4 mol，則與水樣反應(yīng)的 為10.0010-30.1-8.810-4=1.210-4 mol，則換算成氧氣4MnO4MnO 則 氧 氣 為 1 . 2 5 1 . 2 1 0- 4 m o l ， 質(zhì) 量 為1.251.210-4 mol32 g/mol=4.810-3g=4.8mg，則該水樣的COD為4.8 mg/0.020 L=240 mg/L。 (3)水樣的COD=10 mg/L，則20.00 mL水樣中，m ( O2) = 1 0 / 5 0 m g = 0 . 2 m g ， 為 0 . 2 1 0-3g32(g/mol)=6.2510-6 mol，
13、 則與草酸鈉反應(yīng)的MnO為210- 3 mol-0.86.2510-6 mol210-3 mol， 則c(Na2C2O4)=510-3 mol(110-3L)=5.00 mol/L?！敬鸢浮?1)2 +5 +16H+=2Mn2+8H2O+10CO2(2)240 mg/L(3)5.00 mol/L4MnO2-24C O 【方法技巧點(diǎn)撥】本題題干內(nèi)容很多，注意分析和提取有效信息，關(guān)鍵在于理解COD的含義，利用滴定實(shí)驗(yàn)原理，結(jié)合計(jì)算，鞏固數(shù)據(jù)處理的能力。 考點(diǎn)二 氯堿工業(yè) 例例2 氯堿廠電解飽和食鹽水制取NaOH的工藝流程示意圖如下： 依據(jù)上圖完成下列填空： (1)在電解過程中，與電源正極相連的電極
14、上所發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為_。與電源負(fù)極相連的電極附近，溶液pH_(選填“不變”“升高”或“下降”)。 (2)工業(yè)食鹽含Ca2+、Mg2+等雜質(zhì)。精制過程發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_。 (3)如果粗鹽中 含量較高，必須添加鋇試劑除去 ，該鋇試劑可以是_(選填a，b，c)。 aBa(OH)2bBa(NO3)2cBaCl22-4SO2-4SO (4)為有效除去Ca2+、Mg2+、 ，加入試劑的合理順序?yàn)開(選填a、b、c)。 a先加NaOH，后加Na2CO3，再加鋇試劑 b先加NaOH，后加鋇試劑，再加Na2CO3 c先加鋇試劑，后加NaOH，再加Na2CO3 (5)脫鹽工序中利用NaOH和NaCl在
15、溶解度上的差異，通過_、冷卻、_(填寫操作名稱)除去NaCl。 (6)在隔膜法電解食鹽水時(shí)，電解槽分隔為陽極區(qū)和陰極區(qū)，防止Cl2與NaOH反應(yīng)；采用無隔膜電解冷的食鹽水時(shí)，Cl2與NaOH充分接觸，產(chǎn)物僅是NaClO和H2，相應(yīng)的化學(xué)方程式為_。2-4SO 【解析】 (1)電解食鹽水時(shí)，與電源正極相連的電極發(fā)生的反應(yīng)是2Cl-2e-=Cl2，與電源負(fù)極相連的電極發(fā)生的反應(yīng)是2H+2e-=H2，消耗H+，即產(chǎn)生OH-，所以溶液的pH升高。 (2)精制過程中，加入Na2CO3除去Ca2+(Ca2+ =CaCO3)；加入NaOH除去Mg2+Mg2+2OH-=Mg(OH)2，由于Mg(OH)2的溶解
16、度小于MgCO3的溶解度，所以Mg2+與OH-、 混合時(shí)，主要生成Mg(OH)2沉淀。2-3CO2-3CO (3)除去 應(yīng)選擇Ba2+，如加入Ba(NO3)2，溶液中會(huì)引入雜質(zhì)NO，而加入BaCl2或Ba(OH)2均不會(huì)增加新的雜質(zhì)。 (4)除雜質(zhì)時(shí)加入Ba2+和OH-無先后之分，但Na2CO3一定在BaCl2之后加入，因?yàn)?還能除去多余的Ba2+。 (5)脫鹽工序的目的是分離NaOH和NaCl，由于NaCl溶解度小，因而NaCl首先析出，其操作過程是蒸發(fā)、冷卻、結(jié)晶，經(jīng)過濾得到NaCl晶體。2-4SO2-3CO ( 6 ) 如 無 隔 膜 會(huì) 發(fā) 生 如 下 反 應(yīng)Cl2+2NaOH=NaC
17、l+NaClO+H2O，電解食鹽水溶液的化學(xué)方程式為2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2，兩反應(yīng)的化學(xué)方程式相加得NaCl+H2O=NaClO+H2。電解電解 【答案】 (1)2Cl-2e-=Cl2升高(2)Ca2+ =CaCO3 Mg2+2OH-=Mg(OH)2 (3)ac(4)bc (5)蒸發(fā)過濾 (6)NaCl+H2O=NaClO+H22-3CO高溫 【方法技巧點(diǎn)撥】本題取材于教材，以氯堿工業(yè)為主線突出考查了元素及其化合物這一主干知識(shí)，通過本題的解答可歸納如下知識(shí)點(diǎn)： (1)在電解飽和NaCl溶液時(shí)，電解池陰極附近溶液的pH為什么會(huì)升高？這是因?yàn)楫?dāng)電解時(shí)Na+、H+趨向陰極，而
18、H+放電能力比Na+強(qiáng)，故H+在陰極放電：2H+2e-=H2，而H+在陰極不斷放電打破了水的電離平衡，使陰極附近溶液中c(OH-)c(H+)，故電解一段時(shí)間后陰極因生成NaOH而使溶液的pH升高。 (2)離子交換膜法電解制堿技術(shù)是氯堿工業(yè)發(fā)展的方向，同以前無隔膜法電解制堿技術(shù)相比，避免了Cl2進(jìn)入陰極區(qū)與NaOH溶液接觸發(fā)生如下反應(yīng)：Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。考點(diǎn)三 海水提取溴和鎂 【例3】 海水是一種豐富的資源，工業(yè)上從海水中可提取許多種物質(zhì)，廣泛應(yīng)用于生活、生產(chǎn)、科技等方面。下圖是某工廠對(duì)海水資源進(jìn)行綜合利用的示意圖。 回答下列問題： (1)流程圖中
19、操作a的名稱為_。 (2)工業(yè)上從海水中提取的NaCl，可用來制取純緘，其簡(jiǎn)要過程如下：向飽和食鹽水中先通入氣體A，后通入氣體B，充分反應(yīng)后過濾得到晶體C和濾液D，將晶體C灼燒即可制得純堿。 氣 體 A 、 B 是 C O2或 N H3， 則 氣 體 A 應(yīng) 是_(填化學(xué)式)。 濾液D中主要含有NH4Cl、NaHCO3等物質(zhì)，工業(yè)上是向?yàn)V液D中通入NH3，并加入細(xì)小食鹽顆粒，冷卻析出不含有NaHCO3的副產(chǎn)品NH4Cl晶體，則通入NH3的作用是_。 (3)鎂是一種用途很廣的金屬材料，目前世界上60%的鎂從海水中提取。 若要驗(yàn)證所得無水MgCl2中不含NaCl，最簡(jiǎn)單的操作方法是_。 操作b是在
20、_氛圍中進(jìn)行，若在空氣中加熱，則會(huì)生成Mg(OH)Cl，寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：_。 【解析】本題是實(shí)驗(yàn)流程題，考查海水中提取金屬鎂。(1)將海水蒸發(fā)結(jié)晶得到粗鹽，在提取粗鹽后的母液中主要含有的是Mg2+；(2)先通氨氣的原因是氨氣易溶于水，CO2微溶于水，若先通CO2，則影響產(chǎn)率；從平衡的角度去分析，增加 的濃度，有利于沉淀平衡向生成NH4Cl的方向進(jìn)行，將NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3而不析出；(3)采用焰色反應(yīng)來檢驗(yàn)；HCl的作用是防止MgCl2的水解。+4NH 【答案】 (1)蒸發(fā)結(jié)晶(或蒸發(fā))(2)NH3增加 的濃度，有利于沉淀平衡向生成NH4Cl的方向進(jìn)行，將NaHCO3轉(zhuǎn)化為N
21、a2CO3而不析出(3)用鉑絲蘸取少量固體，置于酒精燈火焰上灼燒，若無黃色火焰產(chǎn)生，則證明所得無水氯化鎂晶體中不含氯化鈉( 答 焰 色 反 應(yīng) 也 可 ) H C l ( 氣 流 )MgCl26H2O=Mg(OH)Cl+HCl+5H2O+4NH 【方法技巧點(diǎn)撥】本題是工業(yè)流程題，讀懂流程是關(guān)鍵。題中涉及粗鹽的提取、制堿工業(yè)、鎂的提取等，是一道綜合性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)流程題。從流程中找到實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，正確分析每一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟，理解每一個(gè)步驟中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)?？键c(diǎn)四 工業(yè)制備硫酸 【例4】 分析下面兩個(gè)案例并回答有關(guān)問題。 (1)某城鎮(zhèn)生產(chǎn)、生活的分布情況如圖所示，河流中W、X、Y、Z處某次水樣抽測(cè)結(jié)
22、果如表所示。 導(dǎo) 致 X 、 Y 處 水 樣 p H 變 化 的 原 因 可 能 是_； Z處魚類大量減少，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是_。 (2)某地區(qū)已探明蘊(yùn)藏有豐富的赤鐵礦(主要成分為Fe2O3，還含有SiO2等雜質(zhì))、煤礦、石灰石和黏土。擬在該地區(qū)建設(shè)大型煉鐵廠。 隨著鐵礦的開發(fā)和煉鐵廠的建立，需要在該地區(qū)相應(yīng)建立焦化廠、發(fā)電廠、水泥廠等，形成有規(guī)模的工業(yè)體系。據(jù)此確定上圖中相應(yīng)工廠的名稱： A_、B_、 C_、D_。 以赤鐵礦為原料，寫出高爐煉鐵中得到生鐵和產(chǎn)生爐渣的化學(xué)方程式_；_。 從“三廢”利用、環(huán)境保護(hù)等角度考慮，該地區(qū)和企業(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)采取的一些措施有(舉出2種措施即可)_；_。
23、 【解析】 (1)從給出的數(shù)據(jù)看，X處水樣呈堿性，Y處水樣呈酸性，Z處水樣缺氧。造紙廠排放的堿性污水使X處河水pH升高，火力發(fā)電廠凈化煙氣的酸性廢水治理未達(dá)標(biāo)就排放，造成Y處等的河水pH降低(或火力發(fā)電廠燃燒產(chǎn)生的SO2會(huì)導(dǎo)致酸雨的產(chǎn)生，使Y處等的河水pH降低)，化肥廠、農(nóng)田及生活污水Z處河水富營(yíng)養(yǎng)化，水溫較高，適于藻類等水生植物生長(zhǎng)，河水中溶解氧被大量消耗，導(dǎo)致魚類死亡。(2)某地區(qū)有豐富煤礦可建立發(fā)電廠和焦化廠，有豐富赤鐵礦和石灰石可建立煉鐵廠，有豐富的石灰石和黏士可建立水泥廠。 高爐煉鐵相關(guān)反應(yīng)：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2、CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2；從“三廢”
24、利用、環(huán)境保護(hù)等角度考慮，該地區(qū)和企業(yè)在生產(chǎn)中應(yīng)建立污水處理系統(tǒng)，將石灰石煅燒成生石灰用于吸收發(fā)電廠和焦化廠燃煤時(shí)產(chǎn)生的SO2，減少對(duì)空氣的污染。高溫高溫 【答案】 (1)造紙廠排放的堿性污水使X處河水pH升高，火力發(fā)電廠凈化煙氣的酸性廢水治理未達(dá)標(biāo)就排放，造成Y處等的河水，pH降低(或火力發(fā)電廠燃燒產(chǎn)生的SO2會(huì)導(dǎo)致酸雨，飄落后使Y處等的河水pH降低)化肥廠、農(nóng)田及生活污水使Z處河水富營(yíng)養(yǎng)化，水溫較高，適于藻類等水生植物生長(zhǎng)，河水中溶解氧被大量消耗，導(dǎo)致魚類死亡( 2 ) 發(fā) 電 廠 焦 化 廠 煉 鐵 廠 水 泥 廠Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+C
25、O2用煉鐵廠的爐渣(或CaSiO3)作為水泥廠的原料用發(fā)電廠的煤矸石和粉煤灰作為水泥廠的原料將石灰石煅燒成生石灰，用于吸收發(fā)電廠和焦化廠烯煤時(shí)產(chǎn)生的SO2，減少對(duì)空氣的污染建立污水處理系統(tǒng)(任意兩種即可)高溫高溫 【方法技巧點(diǎn)撥】本題考查的是接觸法制硫酸的生產(chǎn)過程、反應(yīng)原理、生產(chǎn)設(shè)備和一些生產(chǎn)措施在工業(yè)生產(chǎn)中的意義。要從最本質(zhì)的角度分析實(shí)際操作的原因，以免被一些次要問題所迷惑?？键c(diǎn)五 工業(yè)生產(chǎn)純堿 【例5】純堿是一種重要的化工原料。目前制堿工業(yè)主要有“氨堿法”和“聯(lián)合制堿法”兩種工藝。請(qǐng)按要求回答問題： (1)“氨堿法”產(chǎn)生大量CaCl2廢棄物，請(qǐng)寫出該工藝中產(chǎn)生CaCl2的化學(xué)方程式：_；
26、(2)寫出“聯(lián)合制堿法”有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式：_； (3)CO2是制堿工業(yè)的重要原料，“聯(lián)合制堿法”與“氨堿法”中CO2的來源有何不同？_； (4)綠色化學(xué)的重要原則之一是提高反應(yīng)的原子利用率。根據(jù)“聯(lián)合制堿法”總反應(yīng)，列出計(jì)算原子利用率的表達(dá)式： 原子利用率(%)=_。 【解析】 (1)氨堿法中產(chǎn)生CaCl2的化學(xué)方程式為：2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3+2H2O； (2)聯(lián)合制堿法的有關(guān)方程式為： NH3+CO2+H2O=NH4HCO3， NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl； (4)聯(lián)合制堿法的反應(yīng)式為： NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3+
27、NH4Cl, 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2，總反應(yīng)可看作是：2NH3+2NaCl+CO2+H2O=Na2CO3+2NH4Cl，所以：原子利用率(%)= 【答案】 (1)2NH4Cl+Ca(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O (2)NH3+CO2+H2O+NaCl(飽和)=NaHCO3+NH4Cl, 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O (3)“氨堿法”的CO2來源于石灰石煅燒，“聯(lián)合制堿法”的CO2來源于合成氨工業(yè)的廢氣 【方法技巧點(diǎn)撥】 “氨堿法”的反應(yīng)過程如下：將飽和的食鹽溶液在冷卻時(shí)用氨飽和，后在加壓下通入二氧化碳(由碳酸鈣分解而來)，由于NaHCO3溶解度較
28、小而析出，將析出的NaHCO3晶體煅燒，即可制得碳酸鈉。母液中的氯化銨加消石灰回收氨，以便循環(huán)利用。 反應(yīng)方程式：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O 2NH4Cl+Ca(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O 優(yōu)缺點(diǎn)：此法的優(yōu)點(diǎn)是原料經(jīng)濟(jì)，能連續(xù)生產(chǎn)，副產(chǎn)物NH3和CO2可回收使用，但缺點(diǎn)是大量的CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70%左右，約有30% NaCl在母液中。 “聯(lián)合制堿法”的反應(yīng)過程如下：將飽和的食鹽溶液在冷卻時(shí)用氨飽和，后在加壓下通入二氧化碳(來源于合成氨工業(yè)的廢氣)，由
29、于NaHCO3溶解度較小而析出，將析出的NaHCO3晶體煅燒，即可制得碳酸鈉。根據(jù)氯化銨在常溫時(shí)的溶解度比氯化鈉大，而在低溫時(shí)卻比氯化鈉溶解度小的原理，向母液中加入磨細(xì)的食鹽粉末，產(chǎn)生同離子效應(yīng)而使氯化銨單獨(dú)結(jié)晶出來。 反應(yīng)方程：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O 優(yōu)缺點(diǎn)：此法保持了氨堿法的優(yōu)點(diǎn)，消除了它的缺點(diǎn)。一方面使食鹽的利用率提高到96%；另一方面生產(chǎn)出的NH4Cl可做氮肥。此法是一種制堿和制氨相結(jié)合的聯(lián)合生產(chǎn)方法。 1. 我國(guó)化工專家侯德榜的“侯氏制堿法”曾為世界制堿工業(yè)做出了突出貢獻(xiàn)
30、。他以NaCl、NH3、CO2等為原料先制得NaHCO3，進(jìn)而生產(chǎn)出純堿。有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為： NH3+CO2+H2O=NH4HCO3； NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl； 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O。 (1)碳酸氫銨與飽和食鹽水反應(yīng)，能析出碳酸氫鈉晶體的原因是_(填字母標(biāo)號(hào))。 A碳酸氫鈉難溶于水 B碳酸氫鈉受熱易分解 C碳酸氫鈉的溶解度相對(duì)較小，所以在溶液中首先結(jié)晶析出 (2)某探究活動(dòng)小組根據(jù)上述制堿原理，進(jìn)行碳酸氫鈉的制備實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們按各自設(shè)計(jì)的方案實(shí)驗(yàn)。 一位同學(xué)將二氧化碳?xì)怏w通入含氨的飽和食鹽水中制備碳酸氫鈉，實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示(圖中夾持、固
31、定用的儀器未畫出)。C 試回答下列有關(guān)問題： a乙裝置中的試劑是_； b 丁 裝 置 中 稀 硫 酸 的 作 用 是_； c實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，分離出NaHCO3晶體的操作是_(填分離操作的名稱)。飽和碳酸氫鈉溶液 吸收未反應(yīng)的NH3 過濾 另一位同學(xué)用圖中戊裝置(其他裝置未畫出)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 a實(shí)驗(yàn)時(shí)，須先從_管通入_氣體，再?gòu)腳管中通入_氣體； b有同學(xué)建議在戊裝置的b管下端連接己裝置，理由是_； (3)請(qǐng)你再寫出一種實(shí)驗(yàn)室制取少量碳酸氫鈉的方法：_。 a NH3 b CO2 增大氣體與溶液接觸面積，提高CO2吸收率 往燒堿溶液中通入過量CO2(或往飽和Na2CO3溶液中通入過量CO2等，其他合理方
32、法均可) 【解析】 (1)在溶液中溶解度最小的物質(zhì)最先析出。(2)除去CO2中的HCl用飽和NaHCO3溶液；H2SO4吸收揮發(fā)出來的NH3；NaHCO3以固體形式析出，應(yīng)采用過濾操作。侯氏制堿法應(yīng)向飽和NaCl溶液中先通NH3后通CO2，因?yàn)镹H3溶解度大，可吸收更多CO2，生成較多NaHCO3固體；NH3極易溶于水，易發(fā)生倒吸，所以從a管進(jìn)入；己為多孔球泡，可增大接觸面積。 (3)可利用以下反應(yīng)原理制備NaHCO3： NaOH+CO2=NaHCO3， Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3。 2.工業(yè)制硫酸生產(chǎn)流程如下圖： (1)我國(guó)黃鐵礦資源比較豐富，但很多工廠仍以硫磺為原料生產(chǎn)硫
33、酸，理由是_。 (2)在催化反應(yīng)室，下列措施中有利于提高SO2平衡轉(zhuǎn)化率的有_； A升高溫度 B減少壓強(qiáng) C不斷補(bǔ)充空氣 D及時(shí)分離出SO3 黃鐵礦為原料的生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物太多，處理成本高 C、D (3)在生產(chǎn)中為提高催化劑催化效率采取了哪些措施？_(至少答出兩點(diǎn)措施)。 (4)已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)DH= 196 kJmol-1。在450 、常壓和釩催化條件下向一密閉容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，充分反應(yīng)后，放出的熱量_(填“”“”或“=”)196 kJ，理由是_。凈化氣體控制溫度在400500 增大催化劑與反應(yīng)氣體的接觸面積 在1 atm和298
34、 K條件下，2 mol SO2和1 mol O2完全反應(yīng)生成2 mol SO3，放出196 kJ熱量，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，不可能進(jìn)行完全，又因?yàn)榉磻?yīng)溫度為450 ，所以放出的熱量小于 (5)經(jīng)檢測(cè)生產(chǎn)硫酸的原料氣成分(體積分?jǐn)?shù))為SO2 7%、O2 11%、N2 82%。在500 ，0.1 MPa條件下 達(dá) 到 平 衡 時(shí) ， 各 種 氣 體 的 體 積 比 為V(SO2) V(SO3) V(O2) V(N2)=0.46 6.54 7.73 82，則SO2的利用率為_。93.4% 【解析】 (2)二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的反應(yīng)為正反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng)，所以低溫高壓有利于提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率
35、。(5)在生產(chǎn)過程中，氮?dú)鉀]有參加反應(yīng)，所以其體積不變，則可看作反應(yīng)前氣體的體積SO2、O2、N2分別為7 L、11 L、82 L，反應(yīng)后SO2的體積為0.46 L，所以SO2的轉(zhuǎn)化率為 100% =93.4%。 6.547 3. 廢水中的氮常以含氮有機(jī)物、氨、硝酸鹽及亞硝酸鹽等形式存在。生物處理的方法是先將大多數(shù)有機(jī)態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮，然后通過進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成N2而消除污染。生物除氮工藝有以下幾種方法：方法一：在好氧條件下，通過好氧硝化菌的作用，將廢水中氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為中間過渡形態(tài)的硝酸態(tài)氮和亞硝酸態(tài)氮，然后在缺氧條件下，利用反硝化菌，硝酸態(tài)氮和亞硝酸態(tài)氮被水中的有機(jī)物還原為氮?dú)狻Ｒ妶D中。反應(yīng)過程如下
36、(注：有機(jī)物以甲醇表示；當(dāng)廢水中有機(jī)物不足時(shí)，需另外投加有機(jī)碳源)： 2 +3O2=2HNO2+2H2O+2H+ 2HNO2+O2=2HNO3 6 +2CH3OH=6NO+2CO2+4H2O 6 +3CH3OH=3N2+3CO2+3H2O+6OH+4NH-3NO-2NO 方法二：與方法一相比，差異僅為硝化過程的中間過渡形態(tài)只有亞硝酸態(tài)氮。見圖中。 請(qǐng)回答以下問題： (1) 的空間構(gòu)型為_。大氣中的氮氧化物的危害有_和_等。 (2)方法一中氨態(tài)氮元素1 g轉(zhuǎn)化為硝酸態(tài)氮時(shí)需氧的質(zhì)量為_g。 (3)從原料消耗的角度說明方法二比方法一有優(yōu)勢(shì)的原因：_。+4NH正四面體 破壞臭氧層 光化學(xué)污染(或形成
37、酸雨) 4.57(或4.6) 節(jié)省氨態(tài)氮氧化到硝酸態(tài)氮所需消耗的氧，還可節(jié)省還原硝酸態(tài)氮到氮?dú)獾挠袡C(jī)碳源 (4)自然界中也存在反硝化作用，使硝酸鹽還原成氮?dú)?，從而降低了土壤中氮素營(yíng)養(yǎng)的含量，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不利，農(nóng)業(yè)上可通過松土作業(yè)，以防止反硝化作用。其原因是_。 (5)荷蘭Delft大學(xué)Kluyver生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)確認(rèn)了一種新途徑。在厭氧條件下，以亞硝酸鹽作為氧化劑，在自養(yǎng)菌作用下將氨態(tài)氮(氨態(tài)氮以NH表示)氧化為氮?dú)?見圖中過程)。其反應(yīng)離子方程式為_。增加與氧氣的接觸，防止反硝化作用 + =N2+2H2O +4NH-2NO114 【解析】 本題是與生活相聯(lián)系的信息情景題。(1)氮的氧化物常
38、見危害是破壞臭氧層、形成光化學(xué)煙霧、形成酸雨等；(2)從方程式可以看出，2 mol 完全轉(zhuǎn)化為HNO3時(shí)消耗4 mol O2，則1 g氨態(tài)氮元素需要的氧氣的質(zhì)量為 32 g=4.57 g；(3)注意要從原料消耗的角度去解釋；(4)通過松土作業(yè)，增加與氧氣的接觸，防止反硝化作用；(5)依據(jù)題中所給的信息，可以寫出方程式： + =N2+2H2O。+4NH+4NH-2NO114 4.(2010上海上海)工業(yè)生產(chǎn)純堿的工藝流程示意圖如下： 完成下列填空： (1)粗鹽水加入沉淀劑A、B除雜質(zhì)(沉淀劑A來源于石灰窯廠)，寫出A、B的化學(xué)式。 A_；B_。Ca(OH)2或CaO Na2CO3 (2)實(shí)驗(yàn)室提
39、純粗鹽的實(shí)驗(yàn)操作依次為：取樣、_、沉淀、_、_、冷卻結(jié)晶、_、烘干。 (3)工業(yè)生產(chǎn)純堿工藝流程中，碳酸化時(shí)產(chǎn)生的現(xiàn)象是_。碳酸化時(shí)沒有析出碳酸鈉晶體，其原因是_。 (4)碳酸化后過濾，濾液D最主要的成分是_(填寫化學(xué)式)，檢驗(yàn)這一成分的陰離子的具體方法是：_。 溶解 過濾 蒸發(fā) 過濾 有晶體析出(或出現(xiàn)渾濁) 碳酸鈉溶解度比碳酸氫鈉大 NH4Cl 取樣，加硝酸酸化，加硝酸銀，有白色沉淀，該陰離子是氯離子 (5)氨堿法流程中氨是循環(huán)使用的，為此，濾液D加入石灰水產(chǎn)生氨。加石灰水后所發(fā)生的反應(yīng)的離子方程式為_，濾液D加石灰水前先要加熱，原因是_。 (6)產(chǎn)品純堿中含有碳酸氫鈉。如果用加熱分解的方
40、法測(cè)定純堿中碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，純堿中碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可表示為_(注明你的表達(dá)式中所用的有關(guān)符號(hào)的含義)。 +OH-=NH3+H2O +4NH防止加石灰水時(shí)產(chǎn)生碳酸鈣沉淀 w(NaHCO3)= 841231 1mmmm1樣品的質(zhì)量，m2加熱后固體的質(zhì)量 【解析】(1)粗鹽中的雜質(zhì)是Ca2+、Mg2+。沉淀劑A源于石灰窯，說明其是生石灰或熟石灰，它用于除去Mg2+，再用Na2CO3除去Ca2+；(2)實(shí)驗(yàn)室提純粗鹽的整個(gè)操作過程為：取樣、溶解、沉淀、過濾、蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過濾、烘干幾步；(3)在原飽和食鹽水中，氨化(呈堿性)后，可以溶解較多的CO2(碳酸化)，產(chǎn)生較大濃度的 ，從而有N a H
41、 C O3晶 體 析 出 ； ( 4 ) 由 于 反 應(yīng) 是NaCl+NH3+CO2=NaHCO3+NH4Cl，所以碳酸化后溶液中主要是NH4Cl；檢驗(yàn)Cl-時(shí)，要注意先酸化，因?yàn)槿芤撼蕢A性。 -3HCO (5)濾液D主要含NH4Cl，還有一定量的NaHCO3，若直接加石灰水，其中的 會(huì)產(chǎn)生沒有回收價(jià)值的CaCO3沉淀，浪費(fèi)了碳元素及OH-；若在加石灰水前先加熱，NH4HCO3 NH3+CO2，既消耗了Ca(OH)2，又充分利用了碳元素，所得混合氣體可循環(huán)使用。 (6)假設(shè)加熱前樣品的質(zhì)量為m1，加熱后固體的質(zhì)量為m2，則有： 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O-3HCO31NaHCO122 8462mwmmgg解得：w(NaHCO3)= 841231 1mmm
浙江省高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)導(dǎo)航 第10單元第41講 多樣化的水處理技術(shù) 從自然資源到化學(xué)品課件 新課標(biāo)
