第25讲化学与资源开发利用

第25讲 化学与资源开发利用 学业要求 1．知道煤、石油和天然气等综合利用的意义。 2．知道我国基本化工的生产资源、基本化工产品的主要种类和发展概况。 3．了解海水的综合利用。认识化学科学发展对自然资源利用的作用。 4．了解化学对废旧物资再生与综合利用的作用，形成自然资源综合利用、废旧物资再生利用的观念。

说明：选修2《化学与技术》中“化学与材料的发展”与选修1《化学与生活》中“生活中的材料”内容大

部分相同，故本讲内容并入第23讲，这里不再阐述。 考点整合 考点1 多样化的水处理技术 一、天然水的净化 (一)、混凝法——用加入混凝剂的方法使水中细小的悬浮物和胶体聚集成较大的颗粒而沉淀，然后过滤除去。 常用的混凝剂有明矾、硫酸铝、聚合铝、硫酸亚铁、硫酸铁等。 混凝剂难以清除溶解于水中的有机物、无机盐和微生物，作为生活用水，经过混凝法处理净化后，还必须进行杀菌消毒。即混凝沉淀过滤杀菌消毒。 (二)、硬水的软化 1．硬水与软水的概念 硬水：溶有较多Mg2+、Ca2+的水。 软水：溶有少量或不含Mg2+、Ca2+的水。 区别硬水与软水的一般方法：加入肥皂水振荡，有大量泡沫产生的是软水，泡沫很少且有沉淀产生的是硬水。 2．暂时硬度与永久硬度的区别 ⑴暂时硬度：由钙、镁的碳酸氢盐所引起的硬度。 ⑵永久硬度：由钙、镁的硫酸盐或氯化物所引起的硬度。 3．硬水的软化 ⑴暂时硬水的软化——加热煮沸法 Ca(HCO3)2＝CaCO3↓+CO2↑+H2O

Mg(HCO3)2＝MgCO3↓+CO2↑+H2O MgCO3+H2O＝Mg(OH)2↓+CO2↑

⑵离子交换法：此法对暂时硬度的水和永久硬度的水均适用，其软化过程为： 2NaR+Ca2+＝CaR2+2Na+ 2NaR+Mg2+＝MgR2+2Na+ 离子交换剂（磺化煤）的再生，可用氯化钠溶液浸泡，其反应可表示为： CaR2+2Na+＝2NaR+Ca2+ MgR2+2Na+＝2NaR+Mg2+ 值得注意的是：明矾只能使水净化而不能使水软化。 二、污水的处理 现代污水处理技术，按处理程度划分，可分为一级、二级和三级处理。

△ △ 阴离子不同 一级处理，通常采用物理方法去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质，物理处理法大部分只能完成一级处理的要求。经过一级处理的污水，BOD（有机污染物质）一般可去除30%左右，达不到排放标准。一级处理属于二级处理的预处理。 二级处理，采用生物方法去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物质(BOD，COD物质)，去除率可达90%以上，使有机污染物达到排放标准。 三级处理，进一步处理难降解的有机物、氮和磷等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等。主要方法有生物脱氮除磷法，化学沉淀法，氧化还原法，活性炭吸附法，离子交换法和电渗分析法等。经三级处理的水可用于绿化和景观用水。 三、海水淡化 从海水中取得淡水的过程谓海水淡化。 海水淡化即利用海水脱盐生产淡水。是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，且不受时空和气候影响，水质好、价格渐趋合理，可以保障沿海居民饮用水和工业锅炉补水等稳定供水。 海水淡化的方法： 1．蒸馏法，将水蒸发而盐留下，再将水蒸气冷凝为液态淡水。蒸馏法会消耗大量的能源，并在仪器里产生大量的锅垢，相反得到的淡水却并不多。把经过适当加温的海水，送入人造的真空蒸馏室连接起来，就组成了大型的海水淡化工厂。如果海水淡化工厂与热电厂建在一起，利用热电厂的余热给海水加温，就可以大大降低成本。 2．冷冻法，冷冻海水，使之结冰，在液态淡水变成固态的冰的同时，盐被分离了出去。冷冻法同样要消耗许多能源，得到的淡水却味道不佳，难以使用。 3．太阳能法。利用太阳能进行海水淡化，主要是利用太阳能进行蒸馏。太阳能海水淡化技术由于不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐渐受到人们重视。 4．反渗透法。这种方法利用半透膜来达到将淡水与盐分离的目的。 5．电渗析法：该法的技术关键是新型离子交换膜的研制。离子交换膜是0.5-1.0mm厚度的功能性膜片，按其选择透过性区分为正离子交换膜（阳膜）与负离子交换膜（阴膜）。电渗析法是将具有选择透过性的阳膜与阴膜交替排列，组成多个相互独立的隔室海水被淡化，而相邻隔室海水浓缩，淡水与浓缩水得以分离。电渗析法不仅可以淡化海水，也可以作为水质处理的手段，为污水再利用作出贡献。此外，这种方法也越来越多地应用于化工、医药、食品等行业的浓缩、分离与提纯。 【例题】下列广告语或口号语中，在科学性上没有错误的是 A．本饮料不含任何化学物质 B．饮用水越纯越好，本蒸馏水绝对纯净，不含任何离子 C．本口服液含丰富的氮、磷、锌等微量元素 D．没有水就没有生命 【解析】A选项，我们所处的物质世界都是由化学物质构成的，所有固体、液体、气体都是化学物质。如果说“本品不含任何化学物质”，那只能说明这个产品不含任何物质，是真空；B选项，对饮水来说，并非越纯越好，水中的无机元素是以溶解的离子形式，易被机体吸收，因此，饮水是人们矿物质的重要摄取途径，纯净水含很少或不含矿物质。世界卫生组织提出的健康饮用水必须符合六个条件，即：不含有害物质、含有适量的矿物质、硬度适中、含氧丰富、水分子团小、pH值为弱碱性。C选项，氮元素是人体必需的一种常量元素而不是微量元素。 【答案】D

考点2 海水的综合利用

一、海水中盐的开发和利用 1.海水制盐 （1）海水制盐以蒸发法（盐田法）为主，主要原理是太阳照射后，水分蒸发，达到饱和浓度时，依次以固体形式析出。 （2）盐田必须符合的条件有三个 ①有平坦空旷的海滩，潮汐落差大；②气候干燥、多风、少雨；③远离江河入海口。 （3）盐田一般分为贮水池、蒸发池、结晶池三部分。 （4）海水制盐要经过风吹、日晒逐渐蒸发浓缩，达到饱和后会析出食盐晶体，分离后所得的母液叫苦卤，可综合利用制得副产品氯化钾、氯化镁等。（卤水中主要含氯化镁、碘化钾、溴化钾） （5）海水制盐还可用电渗析法和冷冻法，这样不但可制得盐，还可得到淡水。 2、食盐资源的利用 （1）化学工业之一的氯碱工业，是以食盐为原料制取NaOH、Cl2、H2，再进一步生产其他化工产品。 （2）电解食盐水实验装置

（3）用惰性电极电解时，各阳离子的放电顺序： Ag+﹥Cu2+﹥H+﹥Pb2+﹥Sn2+﹥Fe2+﹥Zn2+﹥Al3+﹥Mg2+﹥Na+﹥Ca2+﹥K+(和金属活动顺序刚好相反)； 阴离子的放电顺序：S2-﹥I-﹥Br-﹥Cl-﹥OH-﹥含氧酸根离子。 （4）原理：氯化钠溶液中存在着Na＋、Cl-、OH- 、H＋四种离子，通直流电后，Cl-、OH-向阳极移动且Cl-比OH-优先失电子放电，Na＋、H＋向阴极移动且Na＋比H＋优先得电子放电。 阳极反应式：2 Cl--2e-= Cl2；阴极反应式：2H＋+2e-= H2 ↑

电解饱和食盐水的反应式是2NaCl+2H2O 电解2NaOH+H2 ↑+ Cl2↑

（5）电解产品及其他化工产品 电解食盐水后产物NaOH、Cl2、H2 可用来制其他化工产品。

2NaOH + CO2 ＝Na2CO3 + H2O H2 + Cl2点燃2HCl 2NaOH + Cl2＝NaClO+NaCl+ H2O 二、海水提溴 溴是一种重要的化工原料，工业上可用作燃料的防爆剂；胶卷的感光材料；农业上常用作杀虫剂；医药上可用于红药水、镇静剂。 海水中蕴藏着大量的溴，目前常用吹出法从海水提取溴元素。具体过程如下 1．氯化： 氯气置换溴离子之前，要使海水酸化，使pH=3.5，用氯气置换溴离子的反应Cl2+2Br-=2 Cl-+Br2 2．吹出： 当Br-被氧化成Br2后，用空气将其吹出，也可用水蒸气与溴一起蒸出。 3．吸收： 空气吹出的溴和大量的空气混合不易分离，常用二氧化硫做还原剂回收溴，再用氯气将其氧化得到溴产品：Br2+SO2+H2O=2HBr+H2SO4 Cl2+2 Br-=2 Cl-+Br2

三、海水提镁

1．海水提镁用到的原料是海滩上的贝壳，贝壳的主要成分是CaCO3，煅烧贝壳可得到生石灰CaO，将其加入海水中可提供OH-将海水中的Mg2+转化成沉淀Mg(OH)2，从而与海水分离。发生反应的化学方程式为： 高温 ①CaCO3＝＝ CaO+CO2↑； ②CaO+H2O＝Ca(OH)2； ③MgCl2+Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓+CaCl2。 2．从海水中的Mg2+到金属镁，经历了以下几个过程： ①MgCl2+Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓+CaCl2（利用在溶液中，微溶物可向难溶物转化）； ②Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O； 3．电解熔融的氯化镁 MgCl2（熔融）电解Mg+Cl2↑。

4．海水制盐后的苦卤中含有大量的氯化镁，可以从中提取镁。 四、从海水中提取重水 1．重水可作原子反应堆的中子减速剂和传热介质（重水堆）。 2．热核聚变指的是两个氘核在高温高压下融合成氦核，同时放出大量能量的过程。 3．重水在海水中的贮量丰富，总计海水中含重水2.0×1014t。 【例题】从海水中提取镁，正确的方法是 A．MgOHMgNaOH电解海水2)( B．MgMgClMgClHCl电解溶液海水22 C．MgMgOOHMg电解灼烧石灰乳海水2)( D．MgMgClMgClOHMgHCl电解石灰乳溶液海水222)( 【解析】海水中虽然含镁，而且总量巨大，但海水中Mg2+离子的浓度极小，这就必需经过富集、提纯、冶炼（电解）才能提取海水中的镁。镁的化合物中以MgCl2的熔点相对较低，固转化成MgCl2再进行电解。 【答案】D

考点3 石油、煤和天然气的综合利用

见第16讲 略 【例题】下列说法正确的是 A．煤、石油、天然气是当今世界上最重要的三大矿物燃料，是取之不尽的 B．煤是由无机物和有机物所组成的复杂的混合物，主要含有碳和氢两种元素 C．石油主要含有碳和氢两种元素，同时还含有少量的硫、氧、氮等元素 D．煤和石油都是由古代植物遗体埋在地层下或在地壳中经过一系列非常复杂的变化而形成的 【解析】A选项，煤、石油、天然气并不是取之不尽的；B选项，煤的主体元素是C元素，还含有H、O、N、S、Si、Al、Ca、Mg、Fe等；C选项，正确；D选项，煤来自于古代植物遗体而石油是由古代动植物遗体衍变而成。 【答案】C。

水平测练 夯实基础练 1．为了降低锅炉用水或化工用水的硬度，许多单位都应用离子交换柱。在此之前曾经普遍应用过“药剂法”，如石灰纯碱法等，使Ca2+、Mg2+转化成沉淀物从水中除去，达到软化硬水的目的。与之相比，离子交换法软化水的优点很多，下列各项中，不符合事实的是 A．操作简便，设备简单，占地面积小 B．离子交换剂(离子交换树脂或磺化煤)可再生，反复使用 C．能除去水中的所有离子 D．废水处理容易，不产生污染物 【答案】C 【解析】离子交换，顾名思义是用一种离子去交换另外的离子，这里是用钠离子交换钙离子和镁离子，故不能除去水中的所有离子。 2．有下列物质：①盐酸、②NaOH、③A1C13、④明矾、⑤FeCl3、⑥FeSO4、⑦硫酸铝、⑧碱式氯化