2022年高二化学选修2寒假知识纲要与发散思维训练：02化学与资源开发利用 Word版含解析
展开02化学与资源开发利用
一、获取洁净的水
【知识纲要】
要点1. 生活用水的净化
（1）基本流程：混凝沉淀―→过滤―→杀菌
（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＋3H＋，Fe3＋＋3H2OFe(OH)3＋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。
要点2. 污水处理
（1）基本流程：
（2）污水处理的方法
方法 | 原理 | 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（处理酸性废水和碱性废水）、氧化法（除去油类、氮化物、硫化物等物质）、沉淀法（处理含有重金属离子的废水）、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 |
要点3. 硬水的软化
(1)暂时硬度和永久硬度：水的硬度是由Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2引起的，称暂时硬度；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)硬水软化的目的：降低硬水中Ca2＋、Mg2＋的含量使之达到规定标准。
(3) 硬水软化的方法：
加热法 | 范围 | 软化暂时硬度的水 |
原理 | Ca(HCO3)2CaCO3↓＋CO2↑＋H2O Mg(HCO3)2MgCO3↓＋CO2↑＋H2O MgCO3＋H2OMg(OH)2＋CO2↑ | |
水垢 | CaCO3和Mg(OH)2的混合物 | |
药剂法 | 范围 | 暂时硬水和永久硬水 |
药品 | 纯碱、生石灰 | |
原理 | Ca(HCO3)2＋Ca(OH)2===2CaCO3↓＋2H2O Mg(HCO3)2＋2Ca(OH)2===2CaCO3↓＋Mg(OH)2↓＋2H2O MgSO4＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaSO4 Ca2＋＋CO===CaCO3↓ | |
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 |
①水垢的主要成分是CaCO3和Mg(OH)2，不是CaCO3和MgCO3，原因是Mg(OH)2的溶解度小于MgCO3的溶解度，加热煮沸和石灰纯碱法除去Mg2＋时都转化为更难溶的Mg(OH)2。
②药剂法软化硬水必须注意加入试剂的先后顺序，为使离子沉淀完全，所加入的试剂必须过量，过量的试剂Ca2＋也必须除去，所以Na2CO3应在Ca(OH)2之后。石灰纯碱法软化后的硬水，仍然会有一定的硬度，原因是生成的钙镁化合物仍然有一定的溶解度。
③鉴别硬水和软水可利用肥皂水，加肥皂水硬水会产生较多的沉淀，软水会产生较多的泡沫。
④离子交换树脂不只有阳离子交换树脂，也有阴离子交换树脂。
要点4. 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。
【典例分析】
例题1下列离子中，引起水质硬度较大的是（ ）
①Ca2＋ ②Al3＋ ③Na＋ ④Mg2＋ ⑤HCO ⑥SO
A.全部 B.①④⑤⑥ C.⑤⑥ D.①④
答案 | 解析 |
D
| 含Ca2＋、Mg2＋较多的水为硬水，由Ca（HCO3）2、Mg（HCO3）2造成的硬水为暂时硬水，由CaSO4、MgSO4造成的硬水为永久硬水 |
变式练习1. 钠型离子交换剂磺化煤（NaR）可使硬水中的钙、镁离子通过离子交换而软化。海水的一种淡化方法是使海水（含钠离子、镁离子、氯离子等）依次通过两种离子交换树脂A、B（如图所示），下列叙述不正确的是（ ）
A.A为氢型离子交换树脂（HR），B为羟型离子交换树脂（ROH）
B.A为羟型离子交换树脂（ROH），B为氢型离子交换树脂（HR）
C.HR与镁离子的反应可表示为：2HR＋Mg2＋=MgR2＋2H＋
D.ROH与氯离子的反应可表示为：ROH＋Cl－=RCl＋OH－
答案 | 解析 |
B | 若使海水先通过ROH树脂，溶液中会有较多的OH－，这样使海水中的Mg2＋转化为Mg（OH）2沉淀，造成堵塞而使海水淡化失败。所以A为氢型离子交换树脂（HR），B为羟型离子交换树脂（ROH） |
例题2某电镀铜厂有两种废水需要处理，一种废水中含有CN－，另一种废水中含有Cr2O。该厂拟定如图所示的废水处理流程。回答以下问题：
（1）上述处理废水的流程中主要使用的方法是 。
（2）②中使用的NaClO溶液呈碱性，用离子方程式解释原因 。
（3）②中反应后无气体放出，该反应的离子方程式为 。
（4）③中反应时，当有0.4 mol Cr2O参加反应时转移2.4 mol e－，该反应的离子方程式为 。
（5）取少量待检水样于试管中，先加入NaOH溶液，观察到有蓝色沉淀生成，继续加入NaOH溶液，直到不再产生蓝色沉淀为止，再加入Na2S溶液，有黑色沉淀生成，且蓝色沉淀逐渐减少。请你使用化学用语，结合必要的文字解释其原因 。
答案 | 解析 |
（1）氧化还原法 （2）ClO－＋H2OHClO＋OH－ （3）CN－＋ClO－===CNO－＋Cl－ （4）3S2O＋4Cr2O＋26H＋=6SO＋8Cr3＋＋13H2O （5）待检水样中还有Cu2＋， Cu2＋＋2OH－=Cu（OH）2↓，Cu（OH）2（s）＋S2－（aq）=CuS（s）＋2OH－（aq）或Cu（OH）2Cu2＋＋2OH－，Cu2＋＋S2－===CuS↓，CuS比Cu（OH）2更难溶［或CuS比Cu（OH）2的溶解度更小］ | （1）由题图可知CN－被氧化，Cr2O被还原，故处理废水的流程中主要使用的方法是氧化还原法。（2）NaClO溶液呈碱性是因为ClO－发生水解，离子方程式为：ClO－＋H2OHClO＋OH－。（4）0.4 mol Cr2O参加反应时转移2.4 mol 电子，即1 mol Cr2O参加反应时转移6 mol电子，故反应中Cr元素化合价从＋6变为＋3，则离子方程式为：3S2O＋4Cr2O＋26H＋===6SO＋8Cr3＋＋13H2O。 （5）加入氢氧化钠溶液后有蓝色沉淀产生，表明水样中有Cu2＋；加入Na2S有黑色沉淀产生，表明蓝色沉淀转变为黑色的CuS沉淀，涉及的反应为Cu（OH）2（s）＋S2－（aq）===CuS（s）＋2OH－（aq）或Cu（OH）2Cu2＋＋2OH－，Cu2＋＋S2－===CuS↓，即CuS比Cu（OH）2更难溶［或CuS比Cu（OH）2的溶解度更小］ |
变式练习2. （1）有毒物质的无害化也是绿色化学研究的内容之一。ClO2是一种性能优良的消毒剂，还可将废水中少量的S2－、NO和CN－等有毒有害的还原性酸根离子氧化除去。请写出用ClO2将废水中含有剧毒的CN－氧化成无毒气体的离子方程式 ，并说明该方法的优点 。
（2）下图为某饮用水厂从天然水制备纯净水（去离子水）的工艺流程示意图。
活性炭的作用是 ；O3消毒的优点是 。A、B中放置的物质名称分别是：A ；B 。
答案 | 解析 |
（1）2ClO2＋2CN－=2CO2↑＋N2↑＋2Cl－ 产物为无毒的气体（CO2和N2） （2）吸附水中的有机物（或去除水中的异味） 反应产物无毒无害 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂
| （1）书写氧化还原方程式时，根据题意先确定反应产物：应将CN－氧化成无毒的CO2和N2两种气体，而ClO2被还原为Cl－；再利用化合价升降法配平化学方程式：Cl元素由＋4→－1价，C元素由＋2→＋4，N元素由－3→0价。（2）天然水去除水中不溶性杂质通过吸附作用去除有毒、有异味的分子去除水中的阳离子去除水中的阴离子杀菌消毒 |
二、海水的综合利用
【知识纲要】
要点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＋2H2O2NaOH＋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。
（3）粗盐的精制
①目的：除去泥沙，使Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO等离子的含量达到要求。
②原因：Ca2＋、Mg2＋等会在碱溶液中形成沉淀，损坏离子交换膜，泥沙及SO会引入杂质。
③试剂：BaCl2、Ca(OH)2、Na2CO3、稀盐酸
用BaCl2除去SO，用Ca(OH)2除去Mg2＋、Fe3＋，用Na2CO3除去Ba2＋及Ca2＋，为保证将杂质离子除尽，所加试剂总是略有过量，过量的试剂需依靠后续试剂除去。因此试剂的加入要有一定的顺序。例如：纯碱须加在钡试剂后，过滤后才能在溶液中加入稀盐酸。
④有关反应离子方程式：Ba2＋＋SO===BaSO4↓，Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，Fe3＋＋3OH－===Fe(OH)3↓，Ca2＋＋CO===CaCO3↓，Ba2＋＋CO===BaCO3↓，H＋＋OH－===H2O，CO＋2H＋===H2O＋CO2↑
要点2. 从海水中提取溴单质
(1)工艺流程：
①通氯气前要将海水酸化，pH为3.5时，氯气的氧化效果最好。
②用空气或H2O(g)将溴吹出，而不用CCl4萃取，因后者工艺复杂，设备投资大，经济效益低且对环境污染严重。
(2)反应原理：
Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2
3Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑
5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O
Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4
Cl2＋2HBr===2HCl＋Br2
要点3. 从海水中提取镁单质
(1)工艺流程：
(2)主要化学反应：
①制备石灰乳：CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋H2O===Ca(OH)
②沉淀Mg2＋：Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋Ca2＋
③制备MgCl2：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
④电解MgCl2：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
(3)生产中应用的平衡原理
①沉淀溶解平衡原理：向海水中加入沉淀剂Ca(OH)2，由于c(OH－)增大，Mg(OH)2的溶解度小于Ca(OH)2的，则最大限度地将Mg2＋转化为Mg(OH)2沉淀。
②水解平衡原理：在MgCl2·6H2O脱水变为MgCl2时，由于MgCl2＋2H2OMg(OH)2＋2HCl水解平衡的存在，在HCl气体环境中，增大了c(HCl)，抑制了MgCl2的水解，避免了Mg(OH)2的生成。
（4）电解熔融MgCl2生成的Cl2可用于制盐酸，循环使用，节省成本。
【典例分析】
例题3海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源等(如图所示)。下列有关说法不正确的是 ( )
A．从能量转换角度来看，框图中的氯碱工业是一个将电能转化为化学能的过程
B．过程②中结晶出的MgCl2·6H2O要在HCl氛围中加热脱水制得无水MgCl2
C．在过程③⑤中溴元素均被氧化
D．过程①中除去粗盐中的SO、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等杂质，加入的药品顺序为：Na2CO3溶液→NaOH溶液→BaCl2溶液→过滤后加盐酸
答案 | 解析 |
D | 氯碱工业是电解食盐水，其过程是将电能转化为化学能，A项正确；由MgCl2·6H2O加热得到MgCl2需要加HCl抑制Mg2＋的水解，B项正确；根据工艺流程图③、⑤均是Br－被氧化得到Br2，发生氧化反应，C项正确；D项需要先加BaCl2溶液后加Na2CO3溶液，才能达到不引入Ba2＋杂质的目的，D项错误 |
变式练习3. 天然海水中主要含有Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl－、SO、Br－、CO、HCO等离子。火力发电燃煤排放的含SO2的烟气可利用海水脱硫，其工艺流程如下图所示，下列说法中错误的是 ( )
A．天然海水pH≈8的原因是海水中的CO、HCO水解
B．“氧化”是利用氧气将H2SO3、HSO、SO等氧化生成SO
C．“反应、稀释”时加天然海水的目的是中和、稀释经氧化后海水中生成的酸
D．“排放”出来的海水中SO的物质的量浓度与进入吸收塔的天然海水相同
答案 | 解析 |
D | 由题中所给的天然海水的离子及结合流程图可分析知，氧化的环节是指将烟气中硫元素氧化成SO，故最终出来的海水中的SO含量比进入吸收塔的要高，D项错 |
例题4将海水淡化与浓海水资源化结合起来是综合利用海水的重要途径之一。一般是先将海水淡化获得淡水，再从剩余的浓海水中通过一系列工艺流程提取其他产品。回答下列问题：
(1)下列改进和优化海水综合利用工艺的设想和做法可行的是________(填序号)。
①用混凝法获取淡水 ②提高部分产品的质量
③优化提取产品的品种 ④改进钾、溴、镁等的提取工艺
(2)采用“空气吹出法”从浓海水中吹出Br2，并用纯碱吸收。碱吸收溴的主要反应是Br2＋Na2CO3＋H2O―→ NaBr＋NaBrO3＋NaHCO3，吸收1 mol Br2时，转移的电子为________mol。
(3)海水提镁的一段工艺流程如下图：
浓海水的主要成分如下：
离子 | Na＋ | Mg2＋ | Cl－ | SO |
浓度/(g·L－1) | 63.7 | 28.8 | 144.6 | 46.4 |
该工艺过程中，脱硫阶段主要反应的离子方程式为________________________，产品2的化学式为________，1 L浓海水最多可得到产品2的质量为________g。
(4)采用石墨阳极、不锈钢阴极电解熔融的氯化镁，发生反应的化学方程式为__________；电解时，若有少量水存在会造成产品镁的消耗，写出有关反应的化学方程式：_____________。
答案 | 解析 |
(1)②③④ (2) (3)Ca2＋＋SO===CaSO4↓ Mg(OH)2 69.6 (4)MgCl2Mg＋Cl2↑ Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑ | (1)将海水经过处理得到淡水和浓海水，这是综合利用海水的重要途径之一，从而可以提高部分产品的质量，优化提取产品的品种，改进钾、溴、镁等的提取工艺。(2)根据反应原理，将方程式配平：3Br2＋6Na2CO3＋3H2O===5NaBr＋NaBrO3＋6NaHCO3。每3 mol Br2被吸收时转移5 mol e－，则吸收1 mol Br2转移 mol e－。(3)工艺流程中，脱硫加入的是得到产品2过程中过滤时的滤液，而此滤液中所含的能够脱硫的离子来源于合成步骤中的石灰乳，故脱硫阶段的主要离子方程式为Ca2＋＋SO===CaSO4↓；而产品2是由加入石灰乳之后得到的沉淀得来的，即Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2＋Ca2＋，故产品2为Mg(OH)2；1 L浓海水中Mg2＋为28.8 g，故可得到产品2即Mg(OH)2的质量为×58 g·mol－1＝69.6 g。(4)电解熔融MgCl2会得到Mg和Cl2，故化学方程式为MgCl2Mg＋Cl2↑。因为Mg会与H2O发生反应生成Mg(OH)2和H2，故水存在会造成产品Mg的消耗，有关反应的化学方程式为Mg＋2H2OMg(OH)2＋H2↑ |
变式练习4. 海水是宝贵的自然资源，从海水中可以提取多种化工原料，如图是某工厂对海水综合利用的示意图：
(1)在粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SO等杂质，电解精制时所用的试剂有①盐酸；②氯化钡溶液；③氢氧化钠溶液；④碳酸钠溶液。则加入试剂的先后顺序是____________(填编号)。
(2)工业上电解饱和食盐水的离子方程式：____________。
(3)步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，其目的是________。步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式：______________。
(4)从步骤Ⅲ得到的Mg(OH)2沉淀中混有少量的Ca(OH)2，除去少量Ca(OH)2的方法是向沉淀中加入________溶液，充分搅拌后经________(填操作方法)可得纯净的Mg(OH)2。
(5)在制取无水氯化镁时需要在干燥的HCl气流中加热MgCl2·6H2O的原因：_________。
答案 | 解析 |
(1)③②④①(或②③④①、②④③①) (2)2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－ (3)富集溴元素 Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－ (4)MgCl2(或氯化镁) 过滤、洗涤 (5)在干燥的HCl气流中，能抑制MgCl2的水解，且带走MgCl2·6H2O受热产生的水蒸气，得到无水MgCl2 | (1)在粗盐的提纯中，每步所加试剂都要过量，并且最后不能引入新的杂质，所以碳酸钠溶液应在加入氯化钡溶液之后再加，最后只能加入盐酸，故加入试剂的顺序可以是③②④①、②③④①、②④③①。(2)电解饱和食盐水的离子方程式为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。(3)经过步骤Ⅰ和Ⅱ，通过反应：Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－，将溴富集。(4)除去Mg(OH)2中的少量Ca(OH)2，可以加入MgCl2溶液，然后过滤、洗涤即可除去。(5)在干燥的HCl气流中，加热MgCl2·6H2O晶体能抑制MgCl2的水解，有利于无水MgCl2的生成 |
三、石油、煤、天然气的综合利用
【知识纲要】
要点1. 石油的炼制
炼制方法 | 原理 | 变化 | 主要原料 | 主要产品 | |
分馏 | 常压 | 利用烃的沸点不同，将其分离成沸点不同的产物 | 物理 变化 | 原油 | 液化石油气、汽油、煤油、柴油、重油等 |
减压 | 重油 | 柴油、润滑油、燃料油、石蜡、沥青等 | |||
裂化 | 在一定条件下，使长链烃断裂为短链烃 | 化学 变化 | 重油、石蜡等 | 汽油、煤油、柴油等轻质油 | |
裂解 | 深度裂化(更高温度下的裂化) | 化学 变化 | 石油分馏产物(包括石油气) | 主要是乙烯、丙烯、丁烯、甲烷等 | |
(1)汽油指含有5～11个碳原子的烃，裂化汽油与直馏汽油不同，裂化汽油中含不饱和烃，能使溴的四氯化碳溶液褪色，而直馏汽油不能。
(2)裂解气中主要含乙烯、丙烯、丁烯等短链气态烃，而液化石油气是石油常压分馏的产物，主要含有丙烷、丁烷及少量戊烷、戊烯和含硫化合物。
要点2. 煤的综合利用
| 原理 | 产品 | |
干馏 | 将煤隔绝空气加强热使其分解 | 焦炭、煤焦油、焦炉气 | |
气化 | 把煤中的有机物转化为可燃性气体 | CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体 | |
液化 | 直接液化 | 高温、高压和有催化剂条件下，与溶剂混合，使煤与H2作用生成液体燃料 | 优质汽油、柴油、芳香烃和副产物燃料气、液化石油气等 |
间接液化 | 把煤转化成CO和H2，经催化合成烃类燃料、醇类燃料(如CH3OH)等 | 合成汽油、甲醇等 | |
要点3. 概念辨析
【典例分析】
例题5煤被誉为工业的粮食，下列关于煤的说法正确的是( )
A．煤中含有苯、甲苯、二甲苯等芳香烃
B．煤的液化是高温时将固体煤熔化为液体煤
C．煤的气化技术在一定程度上实现了煤的高效、清洁利用
D．向煤中加入适量CaSO4，可大大减少燃烧产物中SO2的量
答案 | 解析 |
C | 煤干馏可以得到苯、甲苯、二甲苯等芳香烃，但煤本身不含这些芳香烃，A错；煤的液化是煤在高温高压的条件下与H2反应直接转化为液体燃油，B错；向煤中加入适量CaCO3、CaO或Ca(OH)2，可大大减少燃烧产物中SO2的量，D错 |
变式练习5. 下列关于石油的炼制和石油化工的叙述正确的是 ( )
A．石油干馏可得到汽油、煤油等
B．石油分馏可获得乙烯、丙烯和丁烯
C．煤油可由石油分馏获得，可用作燃料和保存少量金属钠
D．石油裂解和油脂皂化都是由高分子生成小分子的过程
答案 | 解析 |
C | 石油分馏可获得汽油、煤油等，石油裂解可获得乙烯、丙烯和丁烯，A、B错，C正确；石油和油脂都不属于高分子，D错 |
例题6石油和煤都是重要的能源和化工原料，下图是煤化工产业链的一部分。试用所学知识，解决下列问题：
(1)柴油是由石油加工得到的重要产品，它在燃烧时往往冒黑烟，可能的原因是_______。
(2)煤经过干馏可以得到焦炉气、煤焦油和焦炭等。煤焦油经过________(填加工方法)可得到芳香族化合物。
(3)煤的直接液化是煤和适当溶剂混合在高温和______存在下与________作用生成液态燃料的过程。
(4)煤和石油等化石燃料燃烧排放的大量二氧化碳会引起全球气候变暖。一种新的处理方法是将二氧化碳气体通入含有长石(地壳中最常见的矿石，含量高达60%)成分的水溶液里，其中一种反应的化学方程式：KAlSi3O8＋CO2＋2H2O===KHCO3＋X↓＋3SiO2↓，则X的化学式为___ 。
(5)在煤燃烧前需对煤进行脱硫处理。煤的某种脱硫技术的原理如下图所示：
FeS2Fe2＋＋SOFe3＋
这种脱硫技术称为微生物脱硫技术。该技术的第一步反应的离子方程式为_________，第二步反应的离子方程式为____________________。
(6)工业上主要采用氨氧化法生产硝酸，如图是氨氧化率与氨空气混合气体中氧氨比的关系。
其中直线表示反应的理论值，曲线表示实际生产情况。当氨氧化率达到100%，理论上γ[n(O2)/n(NH3)]＝________，实际生产将γ值维持在1.7～2.2之间，原因是_________。
答案 | 解析 |
(1)燃烧不充分 (2)蒸馏(分馏) (3)催化剂 H2 (4)Al(OH)3 (5)2FeS2＋7O2＋2H2O微生物,4H＋＋2Fe2＋＋4SO 4H＋＋4Fe2＋＋O24Fe3＋＋2H2O (6)1.25 氧气太少，不利于氨气的转化；γ值为2.2时，NH3的转化率已近100%
| (1)柴油燃烧时冒黑烟是因为燃烧不充分。(2)分离沸点不同的混合物可以用蒸馏(分馏)的方法。(4)根据反应前后原子的种类和数目不变，推出X为Al(OH)3。(5)根据题给反应物和生成物，再结合化合价升降法配平，可得：2FeS2＋7O2＋2H2O微生物,4H＋＋2Fe2＋＋4SO，4H＋＋4Fe2＋＋O24Fe3＋＋2H2O。(6)根据氨的催化氧化方程式可知，氨氧化率达到100%，理论上γ[n(O2)/n(NH3)]＝5∶4＝1.25，但反应中氧气浓度太小时不利于NH3的转化，且在γ[n(O2)/n(NH3)]＝2.2时，氨氧化率已接近100%，所以实际生产将γ值维持在1.7～2.2之间 |
变式练习6. 煤是重要的能源，也是化工生产的重要原料。
(1)煤燃烧产生的废气直接排放到空气中，可能导致的环境污染问题是________。
(2)下图是对煤燃烧产生的废气进行常温脱硫处理的流程示意图。
①废气脱硫过程中，主要反应的化学方程式为________________、____________。
②在煤中直接添加一种物质，可有效减少煤燃烧产生的 SO2，则该物质是________。
③石膏在工业生产中的用途是__________________(写出一种即可)。
(3)煤经过________________(填加工方法，下同)可以得到焦炉气、煤焦油和焦炭。煤焦油经过______可得到芳香族化合物。
答案 | 解析 |
(1)酸雨、粉尘污染 (2)①SO2＋CaCO3CaSO3＋CO2 2CaSO3＋O2===2CaSO4 ②CaCO3[或CaO或Ca(OH)2] ③用于医疗(或制作建筑材料、制作模型等其他合理答案) (3)干馏 分馏 | (1)煤燃烧产生的废气中含有SO2，会导致酸雨形成；产生的固体小颗粒会导致粉尘污染。(2)①废气脱硫的反应主要包括石灰石与SO2的反应及CaSO3与O2的反应。②煤燃烧时加入CaCO3、CaO或Ca(OH)2，可以减少SO2的产生。③石膏可以用于医疗、建筑、制作模型等。(3)煤的干馏可以得到焦炉气、煤焦油和焦炭；煤焦油分馏可得到芳香族化合物 |
【强化练习】
一、选择题（本小题共7小题，每题只有一个选项正确，每题6分，共42分）
1. 目前，我国城市供水处理技术由混凝、沉淀、过滤和消毒等过程组成。下列说法中，不正确的是( )
A．传统的无机混凝剂按金属盐可分为铝盐系和铁盐系两大类
B．NCl3可用于水消毒的原因是NCl3跟水反应生成了NH3
C．用ClO2代替Cl2作消毒剂可减小水中有害氯代有机物的浓度
D．新型水处理剂高铁酸钠(Na2FeO4)既是消毒剂又是混凝剂
2. 自来水加工处理流程如下，下列有关说法不正确的是( )
A．若用FeSO4作混凝剂，最终铁将以Fe(OH)2形式进入反应沉淀池
B．投药时常加入适量的石灰，是为了除去水中Mg2＋、HCO等
C．自来水生产中，前面加氯起消毒杀菌作用，后面加氯是保持水中有效氯的含量，防止自来水二次污染
D．用ClO2消毒自来水，消毒效率是等质量氯气的2.63倍
3. 21世纪是海洋世纪，海洋经济专属区的开发受到广泛重视，下列有关说法正确的是 ()
A．海水含镁，将金属钠放入海水中可以制取金属镁
B．利用潮汐能发电是将化学能转化为电能
C．从海水中提取溴的过程涉及氧化还原反应
D．海底多金属结核矿含有Fe、Mn、Co、B等金属
4. 下如图为阳离子交换膜法电解饱和食盐水原理示意图。下列说法不正确的是( )
A．从E口逸出的气体是H2
B．从B口加入含少量NaOH的水溶液以增强导电性
C．标准状况下每生成22.4 L Cl2，同时产生2 mol NaOH
D．粗盐水中含Ca2＋、Mg2＋、Fe2＋、SO等离子，精制时先加Na2CO3溶液
5. 下列有关硬水及其软化的说法中错误的是( )
A．离子交换法可以软化硬水
B．硬水中含有较多Ca2＋、Mg2＋
C．生产、生活使用的天然水必须经软化
D．加热可暂时使硬水中的Ca2＋生成CaCO3沉淀
6. 在下列各种石油的加工处理过程中，属于裂化过程的是( )
A．分离汽油和煤油 B．将重油分离为润滑油等
C．十六烷变为辛烷和辛烯 D．将直链烃变为芳香烃
7. 煤的气化所得气体可用于城市家用燃气。下列选项中的气体均属于家用燃气有效成分的是( )
A．CO、H2、N2 B．CO、CH4、H2 C．CO、CH4、CO2 D．CH4、H2、O2
二、非选择题（本小题共4小题，共58分）
8. 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 （填其中任何两种），其净水作用的原理是_____________________________________；
（3）水的净化与软化的区别是___________________________________________；
（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［Ca2＋］＝1.2×10－3 mol·L－1，［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［HCO］＝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。
9. 氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图如下图所示。
(1)溶液A的溶质是________。
(2)电解饱和食盐水的离子方程式是____________________。
(3)电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在2～3。用化学平衡移动原理解释盐酸的作用：_____。
(4)电解所用的盐水需精制，去除有影响的Ca2＋、Mg2＋、NH、SO[c(SO)＞c(Ca2＋)]，精制流程如下图所示(淡盐水和溶液A来自电解池)：
①盐泥a除泥沙外，还含有的物质是________。
②过程Ⅰ中将NH转化为N2的离子方程式是_______________。
③BaSO4的溶解度比BaCO3的小。过程Ⅱ中除去的离子有________。
④经过程Ⅲ处理，要求盐水c中剩余Na2SO3的含量小于5 mg·L－1。若盐水b中NaClO的含量是7.45 mg·L－1，则处理10 m3盐水b，至多添加10% Na2SO3溶液________kg(溶液体积变化忽略不计)。
10. 已知：A、B、F是家庭中常见的有机物，E是石油化工发展水平的标志。根据下图所示的转化关系回答问题。
(1)操作⑥的名称为__________。
(2)取代反应的范畴很广，①～⑤中属于取代反应的是__________(填序号)。
(3)请写出下列反应的化学方程式：
①________________________________________________________________________；
③________________________________________________________________________；
⑤________________________________________________________________________。
(4)F是一种常见的高分子材料，它给我们带来了巨大的方便。然而，这种材料造成当今世界的某一环境问题是____________。
11. 海水是巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列。从海水中提取食盐和溴的过程如下：
(1)请列举海水淡化的两种方法：__________________、________________。
(2)将NaCl溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有H2、________、________或H2、________。
(3)步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，其目的为________。
(4)步骤Ⅱ用SO2为水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式为_________________。由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是____________________________。
(5)某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法，查阅了有关资料：Br2的沸点为59 ℃，微溶于水，有毒性和强腐蚀性。他们参观生产过程后，绘制了如下装置简图：
请你参与分析讨论：
①图中仪器B的名称：________。
②整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因是________________。
③实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件：______________________。
④C中液体产物颜色为________，为除去该产物中仍残留的少量Cl2，可向其中加入NaBr溶液，充分反应后，再进行的分离操作是________。
答案与解析
选择题
题号 | 答案 | 解析 |
1 |
B | 选项B中由信息“NCl3可用于水消毒”推知，NCl3跟水反应的生成物中有HClO，错误；高铁酸钠(Na2FeO4)中的铁是高价铁有强氧化性，其还原产物是Fe3＋，D项正确 |
2 | A | A项中Fe2＋具有较强的还原性，能被氯气氧化为Fe3＋，最终将以Fe(OH)3的形式进入反应沉淀池，A项错误；B项中加入石灰，是因反应Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，Ca2＋＋OH－＋HCO===CaCO3↓＋H2O，使水的硬度降低，B项正确；多次处理自来水过程中易造成二次污染，再次加氯，可消除这一影响，C项正确；D项中消毒过程中氯元素的化合价发生变化：ClO2→Cl－，1 mol ClO2得5 mol e－；Cl2→2Cl－，等质量的Cl2得×2＝1.9 mol e－，两者消毒效率之比为5∶1.9＝2.63，D项正确 |
3 | C | Na与水反应，A错误；潮汐发电是动能转化为电能，B错误；B(硼)是非金属元素，D错误 |
4 | D | 由Na＋移动方向判断D为阴极，产生NaOH和H2，A正确；显然B正确；由电解总反应方程式：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑得关系式2NaOH～Cl2，则C正确；D项粗盐水精制过程中Na2CO3加在BaCl2之后 |
5 | C | 依据硬水的概念和硬水的软化方法可判断A、B、D项正确。生活使用的硬水不是“必须”经软化使用，如许多农村地区以井水、泉水为饮用水(Ca2＋、Mg2＋含量适中会对人体有益) |
6 | C | 裂化是在一定条件下，把相对分子质量较大、沸点较高的烃断裂为相对分子质量较小、沸点较低的烃的过程，C属于此变化。A、B属于分馏，D属于催化重整，故A、B、D均不符合题意 |
7 | B | CO和H2为水煤气的主要成分，CH4是天然气的主要成分 |
非选择题
题号 | 答案 | 解析 |
8 | （1）氧气 二氧化碳（或氮气） （2）明矾、硫酸铁 金属阳离子如Al3＋、Fe3＋在水中发生水解反应，生成相应的氢氧化物胶体，它们可吸附天然水中的悬浮物并破坏天然水中的其他带异种电荷的胶体微粒，使其发生聚沉，达到净化水的目的 （3）水的净化指的是用混凝剂将水中的悬浮物、胶体微粒沉淀下来；水的软化是指用化学试剂或者利用离子交换膜等方法将水中溶解的钙离子、镁离子除去 （4）10° （5）740 1 484
| （1）天然水中溶解的气体主要是空气中的主要成分，如氧气、氮气、二氧化碳等。（2）天然水中含有一些悬浮物，除去的方法通常是在水中加入一些混凝剂，如明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁等盐，它们的净水原理是相同的，都是金属阳离子如Al3＋、Fe3＋在水中发生水解反应生成相应的氢氧化物胶体，它们可吸附天然水中的悬浮物并破坏天然水中的其他带异种电荷的胶体微粒，使其发生聚沉，达到净化水的目的。（3）水的净化指的是用混凝剂将水中的悬浮物、胶体微粒沉淀下来，不能把水中溶解的盐除去；水的软化是指用化学试剂或者利用离子交换膜等方法将水中溶解的钙离子、镁离子除去。（4）m（CaO）＝1.2×10－3 mol·L－1×1 L×56 g·mol－1＝67.2×10－3 g，由钙离子引起的水的硬度为6.7°；由镁离子引起的硬度为：m（MgO）＝6×10－4 mol·L－1×1 L×40 g·mol－1＝24×10－3 g，由镁离子引起的硬度为：24÷7.1≈3.3°，总硬度为10°。（5）n（HCO）＝8×10－4 mol·L－1×10 000 L＝8 mol，将其转化为CO需要氢氧化钙的物质的量为4 mol，沉淀水中的镁离子需要氢氧化钙的物质的量n［Ca（OH）2］＝n（Mg2＋）＝6×10－4 mol·L－1×10 000 L＝6 mol，共需加入Ca（OH）2的质量为：10 mol×74 g·mol－1＝740 g；n（Ca2＋）＝1.2×10－3 mol·L－1×10 000 L＋10 mol＝22 mol，将其完全转化为沉淀需要的碳酸根离子的总量为：n（CO）＝22 mol，需加入n（Na2CO3）＝22 mol－8 mol＝14 mol，m（Na2CO3）＝14 mol×106 g·mol－1＝1 484 g |
9 | (1)NaOH (2)2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－ (3)Cl2与水反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO，增大HCl的浓度使平衡逆向移动，减少Cl2在水中的溶解，有利于Cl2的逸出 (4)①Mg(OH)2 ②2NH＋3Cl2＋8OH－===N2＋6Cl－＋8H2O ③SO、Ca2＋ ④1.76
| (1)根据电解原理以及H＋在阴极放电可知在阴极区有大量的OH－剩余，所以溶质为NaOH。(2)电解饱和食盐水的离子反应为2Cl－＋2H2OH2↑＋Cl2↑＋2OH－。(3)Cl2与水反应：Cl2＋H2OHCl＋HClO，增大HCl的浓度使平衡逆向移动，减少Cl2在水中的溶解，有利于Cl2的逸出。(4)①pH调到11时(A溶液为NaOH溶液)，OH－与Mg2＋结合生成Mg(OH)2。②NH中的氮元素转变为N2发生了氧化还原反应，根据除杂原则，不能引入新杂质，盐水的溶质是NaCl，所以需要氧化剂Cl2,2NH＋3Cl2＋8OH－===N2＋6Cl－＋8H2O。③过程Ⅱ加碳酸钡引入了碳酸根和钡离子，所以会生成硫酸钡和碳酸钙沉淀，所以SO、Ca2＋会被除去。④由ClO－＋SO===Cl－＋SO，根据n(Na2SO3)＝n(NaClO)，可求出n(Na2SO3)，由n(NaClO)＝＝＝1 mol可知，m(Na2SO3)＝1 mol×126 g·mol－1＋5×10－3g·L－1×10×103L＝176 g，由此，不难得出至多添加10%的Na2SO3溶液应为176×10－3kg÷10%＝1.76 kg |
10 | (1)分馏 (2)①②③ (3)CH3CH2OH＋CH3COOH CH3COOCH2CH3＋H2O CH3COOCH2CH3＋NaOHCH3COONa＋CH3CH2OH(或其他合理写法) nCH2===CH2 (4)白色污染 | 根据“E是石油化工发展水平的标志”可知E为乙烯。一方面，乙烯可以转化成F，另一方面，乙烯与水反应生成B。结合“B、F都是家庭中常见的物质”的信息，推断B是乙醇，F是聚乙烯。观察框图，C在酸性或碱性条件下都可以得到乙醇，说明C是某种酸与乙醇反应生成的酯。是什么酸呢，既然这种酸是家庭中常见的物质，则A是乙酸。其他答案可依次推出 |
11 | (1)蒸馏法、电渗析法、离子交换法及其他合理答案中的任意两种 (2)Cl2 NaOH NaClO (3)富集溴元素 (4)Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－ 强酸对设备的严重腐蚀 (5)①冷凝管 ②Br2腐蚀橡胶 ③控制温度计b的温度，并收集59 ℃时的馏分 ④深红棕色 分液(或蒸馏) | (2)由反应2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑可判断出产物，但其中Cl2有可能与NaOH反应生成NaClO。(3)步骤Ⅰ中Br2的浓度很小，若把其中的Br2蒸馏出来，耗能太大，所以要先把Br2富集。(5)③蒸馏的目的，就是通过沸点不同而提纯Br2，所以要把温度控制在Br2的沸点，尽可能只使Br2挥发 |
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