高考化學一輪復習 第4章 非金屬及其化合物 第5節(jié) 海水資源的開發(fā)利用 環(huán)境保護與綠色化學教師用書 新人教版

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第五節(jié)　海水資源的開發(fā)利用　環(huán)境保護與綠色化學 考綱定位 考情播報 1.了解海水的綜合利用。 2．了解常見元素單質(zhì)及其重要化合物對環(huán)境質(zhì)量的影響 3．了解化學與環(huán)境的關(guān)系，了解“綠色化學”的重要性。 2016全國甲卷T7、T26(5)/全國丙卷T27 2015全國卷ⅡT7、T12 2014全國卷ⅡT7、T36 2013全國卷ⅠT7、T27(3) 2012全國卷T7 考點1| 海水資源的開發(fā)利用 [基礎(chǔ)知識整合] 1．海水的淡化 淡化方法 原理 蒸餾法 將海水加熱蒸發(fā)汽化，然后蒸汽冷凝而得到蒸餾水 電滲析法 利用陰、陽離子交換膜對水中陰、陽離子的選擇透過性，在外加直流電場作用下，使水中的一部分離子轉(zhuǎn)移到另一部分水中而達到除鹽目的 離子交換法 用陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂除去海水中的陰、陽離子得到去離子水的方法 2.海水中某些元素的提取 (1)海水中提溴 a．流程 b．發(fā)生反應的離子方程式 ①2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－； ②Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－； ③2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－。 (2)海帶中提碘 a．流程 b．發(fā)生反應的離子方程式：Cl2＋2I－===I2＋2Cl－。 (3)海水中提鎂 a．流程 海水Mg(OH)2MgCl2溶液 MgCl2xH2OMgCl2(無水)Mg b．發(fā)生反應的離子方程式 ①Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓； ②Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O； ③MgCl2(無水)Mg＋Cl2↑。 3．海水中其他資源的開發(fā)利用 (1)從海水中提取核能開發(fā)的重要原料：鈾和重水。 (2)潮汐能、波浪能等是有待開發(fā)的新型能源。 [考點多維探究] 角度1　海水中鹽、Br2、Mg的提取 1．(2015全國卷Ⅱ)海水開發(fā)利用的部分過程如下圖所示。下列說法錯誤的是(　　) A．向苦鹵中通入Cl2是為了提取溴 B．粗鹽可采用除雜和重結(jié)晶等過程提純 C．工業(yè)生產(chǎn)中常選用NaOH作為沉淀劑 D．富集溴一般先用空氣和水蒸氣吹出單質(zhì)溴，再用SO2將其還原吸收 C　[A項苦鹵中含有K＋、Mg2＋、Br－等，通入Cl2可將Br－氧化成Br2，便于從苦鹵中提取Br2。B項粗鹽中含有不溶性雜質(zhì)(泥沙)和可溶性雜質(zhì)(Ca2＋、Mg2＋、SO等)，將粗鹽溶于水，并除去其中的雜質(zhì)，再通過重結(jié)晶的方法得到純凈NaCl晶體。C項工業(yè)上沉淀Mg2＋常選用廉價的Ca(OH)2，而不選用NaOH。D項Br2具有較強的揮發(fā)性，富集溴時，常先用空氣和水蒸氣吹出Br2，再用SO2將其還原吸收(SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr)，得到濃度較大的含Br－溶液。] 2．海洋是一座巨大的化學資源寶庫，如圖是從海水中提取若干種化學物質(zhì)的流程圖，則下列說法正確的是(　　) 【導學號：95812095】 A.除去粗鹽中的SO、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等雜質(zhì)，①中加入試劑的順序為Na2CO3溶液→NaOH溶液→BaCl2溶液→過濾后加鹽酸 B．②中包含制取MgCl2溶液、無水MgCl2及電解熔融狀態(tài)的MgCl2幾個階段 C．③④⑤中溴元素均被氧化 D．SO2水溶液吸收Br2的離子方程式為：SO2＋Br2＋2H2O===2H＋＋SO＋2HBr B　[A項中的加入順序會導致Ba2＋無法除盡，A錯誤；單質(zhì)鎂是通過電解熔融MgCl2(無水)的方法制取的，B正確；流程圖中的第④步中溴元素被還原，C錯誤；D項中HBr為強酸，寫離子方程式應拆成H＋、Br－，D錯誤。] 3．目前世界上60%的鎂是從海水中提取的。海水提鎂的主要流程如下： 請回答下列問題： (1)從離子反應的角度思考，在海水中加入石灰乳的作用是________，寫出在沉淀池中發(fā)生反應的離子方程式：______________________________。 (2)石灰乳是生石灰與水形成的化合物，從充分利用海洋化學資源，提高經(jīng)濟效益的角度考慮，生產(chǎn)生石灰的主要原料來源于海洋中的________。 (3)操作A是________，操作B是________。 (4)加入的足量試劑a是________(填化學式)。 (5)無水MgCl2在熔融狀態(tài)下，通電后會產(chǎn)生Mg和Cl2，該反應的化學方程式為_________________________________________________________________， 從考慮成本和廢物循環(huán)利用的角度，副產(chǎn)物氯氣可以用于________。 [解析]　(1)石灰乳中的Ca(OH)2與海水中的鎂鹽發(fā)生復分解反應生成Mg(OH)2沉淀。(2)海灘上貝殼的主要成分是CaCO3，可用于制取生石灰。(3)從沉淀池中得到Mg(OH)2固體，應利用過濾操作，加熱濃縮MgCl2溶液，可使其結(jié)晶析出MgCl2晶體。(4)溶解Mg(OH)2應用足量鹽酸。(5)MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑，Cl2可用于生產(chǎn)鹽酸，循環(huán)利用。 [答案]　(1)沉淀Mg2＋[或使Mg2＋形成Mg(OH)2沉淀]　Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓　(2)貝殼　(3)過濾　加熱濃縮(或蒸發(fā)結(jié)晶)　(4)HCl　(5)MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑　制鹽酸 角度2　海植物中碘的提取 4．(2017長春模擬)從海帶中提取碘單質(zhì)，成熟的工藝流程如下，下列關(guān)于海水制碘的說法，不正確的是 (　　) 【導學號：95812096】 干海帶海帶灰懸濁液濾液碘水I2的CCl4溶液I2 A．實驗室在蒸發(fā)皿中灼燒干海帶，并且用玻璃棒攪拌 B．含I－的濾液中加入稀硫酸和雙氧水后，碘元素發(fā)生氧化反應 C．在碘水中加入幾滴淀粉溶液，溶液變藍色 D．碘水加入CCl4得到I2的CCl4溶液，該操作為“萃取” A　[灼燒固體時應在坩堝中，A項不正確。] 5．我們知道海帶中含有碘元素，經(jīng)常食用海帶可以防治甲狀腺腫大，所以工業(yè)上常用海帶為原料提取碘單質(zhì)。查有關(guān)資料可知碘單質(zhì)有升華現(xiàn)象。下面是某?；瘜W探究小組設(shè)計的從海帶中提取單質(zhì)碘的實驗，請你完成下列實驗。 (1)將干燥潔凈的海帶用酒精潤濕后在________(填一種儀器名稱)中灼燒成灰燼。 (2)將海帶灰燼冷卻至室溫，將其轉(zhuǎn)移到燒杯中，加蒸餾水后，攪拌、煮沸、冷卻、________(填一種操作名稱)。 (3)在濾液中滴入幾滴稀硫酸，再加入一定量的H2O2溶液，此時發(fā)生反應的離子方程式為___________________________________________________。 (4)把(3)中所得到的溶液注入分液漏斗中，然后再加入CCl4，振蕩、靜置，可以觀察到CCl4層呈________色。經(jīng)分液得到碘的CCl4溶液，在這一實驗過程中，CCl4起________作用。 (5)用試管取碘的CCl4溶液用水浴加熱，待CCl4揮發(fā)完即可得到固體碘單質(zhì)。不用酒精燈直接加熱蒸發(fā)CCl4的原因是_____________________________。 (6)證明得到的固體是碘單質(zhì)的化學方法是________________。 [解析]　(1)經(jīng)酒精潤濕的海帶應放在坩堝中灼燒。(3)濾液中先加入硫酸酸化，后加入雙氧水，發(fā)生的反應為2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O。(4)把(3)中所得溶液加入CCl4中，溶液分層，上層為水溶液，幾乎無色，下層為碘的CCl4溶液，呈紫紅色，CCl4起萃取作用。(5)用酒精燈加熱碘的CCl4溶液，CCl4揮發(fā)的同時單質(zhì)碘也容易升華，從而造成碘的損失。(6)利用淀粉遇碘變藍色可以檢驗碘的存在。 [答案]　(1)坩堝　(2)過濾　(3)2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O　(4)紫紅　萃取　(5)因為酒精燈直接加熱時的溫度高，單質(zhì)碘易升華，會損失碘的質(zhì)量　(6)取得到的固體少許，將其加入到淀粉溶液中，淀粉溶液變藍，即可證明所得固體為碘單質(zhì)(其他方法合理也可) (1)氯堿工業(yè)中所用食鹽需精制的目的是除去食鹽中的Ca2＋、Mg2＋、SO。 (2)從海水中提取溴的工藝流程中要進行兩次Cl2氧化Br－的反應，設(shè)計這兩步操作的目的是富集Br2。 (3)從海水中提取氯化鎂的工藝流程中，沉淀池中加入的是石灰乳而不是石灰水。 (4)從海水中提取氯化鎂的工藝流程中，MgCl26H2O脫水制取無水MgCl2是在HCl的氣流中加熱氯化鎂晶體，以防MgCl2發(fā)生水解而得到Mg(OH)2。 (5)碘水或溴水中I2、Br2的提取可先加CCl4萃取分液，再蒸餾獲取。 考點2| 環(huán)境保護與綠色化學 角度1　環(huán)境污染與保護 1．下列有關(guān)環(huán)境問題的敘述正確的是(　　) A．赤潮、白色污染、綠色食品都與相關(guān)物質(zhì)的顏色有關(guān) B．地震發(fā)生后，災區(qū)急需大量消毒劑，其中SO2可用于環(huán)境消毒 C．在空氣質(zhì)量日報中CO2含量屬于空氣污染指數(shù) D．我國禁止汽車使用含鉛汽油，其主要原因是鉛對環(huán)境有污染 D　[A項，綠色食品與顏色無關(guān)；B項，SO2不可用于環(huán)境消毒；C項，CO2含量不屬于空氣污染指數(shù)；D項，鉛為重金屬，對環(huán)境有污染。] 2．(2017南昌模擬)化學與人類生活、環(huán)境保護及社會可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)。下列有關(guān)敘述正確的是(　　) 【導學號：95812097】 A．大量開發(fā)利用深?？扇急?，有助于海洋生態(tài)環(huán)境治理 B．汽車尾氣中含有大量大氣污染物，這是汽油不完全燃燒造成的 C．煤炭燃燒過程安裝固硫裝置，目的是提高煤的利用率 D．PM2.5表面積大，能吸附大量的有毒有害物質(zhì)，對人體的肺功能造成很大危害 D　[大量開發(fā)深海可燃冰，會破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)，A項錯誤；汽車尾氣成分復雜，主要包括一氧化碳、氮氧化物、碳氫化合物和固體懸浮顆粒等，B項錯誤；煤炭燃燒過程中安裝固硫裝置，主要目的是減少SO2的污染，C項錯誤。] 3．(1)臭氧層空洞 高空大氣中O2吸收紫外線可變成臭氧(O3)，而冰箱中的制冷劑氟利昂在紫外線作用下分解出氯原子，氯原子能加速臭氧的分解，從而破壞平流層中的臭氧層。同樣超音速飛機的尾氣及發(fā)動機尾氣中的NO也能加快O3的分解，反應式如下：NO＋O3―→NO2＋2O；NO2＋O―→NO＋O2。請你寫出總的反應式：__________________________________； 其中NO的作用是________和________。 (2)我國沿海出現(xiàn)了大面積赤潮，赤潮是紅藻、藍藻等在較短時間內(nèi)大量繁殖形成的，它造成的嚴重后果是________________________________。 赤潮是水體富營養(yǎng)化的結(jié)果，主要是因為__________________等， 使水中含有大量的________元素對應的離子。為了防止水污染，我國許多地區(qū)已經(jīng)對洗衣粉的成分加以限制，不得再銷售含有________(從下述選項中選)的洗衣粉。 A．硅酸鈉　　　　　　 B．烷基苯磺酸鈉 C．三聚磷酸鈉 D．蛋白質(zhì) (3)大氣污染物一氧化氮、二氧化氮和某些碳氫化合物在太陽光的照射下，在低空大氣中發(fā)生復雜的光化學反應(大氣中的氧氣也參加了反應)，形成白色或淺藍色有特殊氣味的光化學煙霧。 光化學煙霧中主要含二次污染物如醛類、酮類、臭氧、過氧乙酰硝酸酯等。光化學煙霧嚴重危害人體健康，損害植物及橡膠制品等。 汽車尾氣污染： 汽車尾氣(含有烴類、CO、SO2與NO等物質(zhì))是城市空氣的污染源之一。治理的方法之一是在汽車的排氣管上裝一個“催化轉(zhuǎn)換器”(用鉑、鈀合金作催化劑)。它的特點是使CO和NO反應，生成可參與大氣生態(tài)環(huán)境循環(huán)的無毒氣體，并促使烴類充分燃燒及SO2的轉(zhuǎn)化。 ①寫出一氧化碳與一氧化氮反應的化學方程式_________________。 ②“催化轉(zhuǎn)換器”的缺點是在一定程度上提高空氣的酸度，其原因是 _______________________________________。 ③控制城市空氣污染源的方法可以有________。 A．開發(fā)氫能源 B．使用電動車 C．植樹造林 D．戴上呼吸面具 [答案]　(1)O3O2＋O　還原劑　催化劑 (2)藻類分泌毒素，并且消耗水中的溶解氧，造成水質(zhì)惡化和魚類死亡　濫用氮肥、磷肥、農(nóng)藥和城鎮(zhèn)廢水任意排放　氮、磷　C (3)①2CO＋2NON2＋2CO2 ②SO2轉(zhuǎn)化成SO3，SO3遇水生成硫酸 ③AB 當今常見環(huán)境污染及其成因 (1)酸雨——形成原因主要是SO2和氮氧化合物。 (2)光化學煙霧——主要是氮氧化合物、碳氫化合物造成的。 (3)臭氧空洞——主要是氟氯代烴、氮氧化合物等的排放引起的。 (4)溫室效應——主要是由于大氣中CO2等的含量的不斷增加造成的。 (5)白色污染——聚乙烯等難降解塑料的大量使用。 (6)水華、赤潮——含磷洗衣粉的大量使用、工農(nóng)業(yè)及城市污水的任意排放造成水體富營養(yǎng)化。 (7)PM2.5——大氣中直徑小于或等于2.510－6 m的顆粒物，它主要來自化石燃料的燃燒(如機動車尾氣、燃煤等)。 (8)霧霾——霧和霾的統(tǒng)稱?？諝庵械幕覊m、硫酸、硝酸等顆粒物組成的氣溶膠系統(tǒng)造成視覺障礙的叫霾。二氧化硫、氮氧化物以及顆粒物(PM)這三項是霧霾主要污染物，前兩者為氣態(tài)污染物，最后一項顆粒物才是加重霧霾天氣污染的罪魁禍首。 角度2　綠色化學的核心和意義 4．“綠色化學”又稱環(huán)境無公害化學。下列敘述符合“綠色化學”原則的是(　　) A．綠色化學的核心是利用化學原理對工業(yè)生產(chǎn)造成的環(huán)境污染進行治理 B．大量用純液態(tài)有機物代替水作溶劑 C．研制新型殺蟲劑，使它只對目標昆蟲有毒殺作用而對其他昆蟲無害 D．工業(yè)上用廢銅制取膽礬CuSO45H2O： 2Cu＋O2＋2H2SO4(稀)＋8H2O2CuSO45H2O D　[A項，綠色化學的核心是預防污染，不是治理污染；B項，水為無毒試劑，用水作溶劑符合“綠色化學”；C項，綠色化學是不使用有毒物質(zhì)。] 5．在下列制備環(huán)氧乙烷的反應中，原子利用率由高到低的順序為______(填字母)。 [解析]　A項原子利用率：100%≈42.3%；B項原子利用率：100%≈25.4%；C項原子利用率：100%＝100%；D項原子利用率：100%≈23.7%。所以原子利用率由高到低的順序：C>A>B>D。 [答案]　C>A>B>D 1．“綠色化學”的含義 (1)核心：利用化學原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境造成的污染。又稱為“環(huán)境無害化學”、“環(huán)境友好化學”、“清潔化學”。 綠色化學的理想在于不再使用有毒、有害的物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物，不再處理廢物，這是一門從源頭上減少或消除污染的化學。 (2)綠色化學的研究主要圍繞化學反應、原料、催化劑、溶劑和產(chǎn)品的綠色化開展的，因此化學反應及其產(chǎn)物具有以下特征： ①采用無毒、無害的原料； ②在無毒、無害的條件(包括催化劑、溶劑)下進行； ③產(chǎn)品應該是環(huán)境友好的； ④具有“原子經(jīng)濟性”，即反應具有高選擇性、極少副產(chǎn)物，甚至實現(xiàn)“零排放”。此外，它還應當滿足“物美價廉”的傳統(tǒng)標準。 2．原子經(jīng)濟性 原子經(jīng)濟性可用原子利用率來衡量，其定義式可表示為：原子利用率＝100%。 經(jīng)濟性的反應有兩個顯著優(yōu)點：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地減少了廢物的排放。 [課堂小結(jié)反饋達標1＋1]　　　　 　全新理念　探究高考　明確考向　　　 1．一組判斷，展示高考易誤點 (1)海水淡化的方法很多，但實質(zhì)都是得到純水。(　　) (2)海水通過陽離子交換膜可以除去大量的Na＋、Mg2＋等陽離子。(　　) (3)海水中的鈉、鎂、氯、溴等均以化合態(tài)存在。(　　) (4)從MgCl2溶液中經(jīng)過蒸發(fā)結(jié)晶可直接得到MgCl2。(　　) (5)含I2的四氯化碳溶液可通過蒸發(fā)得到I2固體。(　　) (6)SO2形成的酸雨在空氣中放置可使溶液的pH增大。(　　) (7)白色污染指的是聚乙烯、聚苯乙烯等塑料制品引起的污染。(　　) (8)赤潮、水華是含氮、磷化合物的廢水引起的水污染。(　　) (9)PM2.5指的是大氣中直徑小于或等于2.5 nm的顆粒物引起的污染。(　　) (10)光化學煙霧是氮氧化合物與碳氫化合物在光的作用下形成的污染。(　　) [答案]　(1)　(2)　(3)√　(4)　(5)　(6)　(7)√　(8)√　(9)　(10)√ 2．一題串知，覆蓋高考考什么 (2015全國卷Ⅱ改編)海水開發(fā)利用的部分過程如圖所示： (1)由海水制備淡水的常用方法有________、________、離子交換法，從海水中提純粗鹽的方法是________。[考查海水淡化的方法和粗鹽制備原理] (2)從苦鹵中提取Br2的離子方程式為__________________________， 然后用SO2吸收空氣和水蒸氣吹出的Br2，其離子方程式為______________。 [考查海水中提取溴的化學反應原理] (3)提取海水中的Mg，工業(yè)上常用________作沉淀劑，其化學方程式為 _____________________________________________________________。 由MgCl26H2O得到無水MgCl2的方法是________________，由MgCl2制Mg的化學方程式為_____________________。[考查海水中提取Mg的原理] (4)海水的開發(fā)利用過程中有可能引起的污染有___________________(列舉3例)。[考查環(huán)境保護與污染] [答案]　(1)蒸餾法　電滲析法　濃縮蒸發(fā) (2)2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－　Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－ (3)石灰乳　MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2　在HCl氣體氛圍中加熱失水　MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ (4)水體污染、大氣污染、土壤污染