化学与技术

化学与技术主题1 化学与资源开发［课程标准示意］课标要点解析1.通过调查讨论煤、石油和天然气等综合利用的最新进展。

2．了解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．以废旧塑料的再生利用为例，认识化学对废旧物资再生与综合利用的作用，讨论其可能的途径。

知识集成一、水的处理（一）天然水的净化1．混凝法水中呈胶体状态的污染物质，通常都带有负电荷，若向水中投加带相反电荷的电解质（混凝剂），可是污水中的胶体颗粒失去稳定性，并在分子引力作用下凝聚成大颗粒而下沉。

通过混凝法可除去污水中细分散固体颗粒、乳状油及胶状物质。

目前常用的混凝剂有：明矾、碱式氯化铝、铁盐等。

明矾净水原理：Al3＋+3H2O Al（OH）3（胶体）+3H＋Al（OH）3胶体具有吸附性，能水中的悬浮物。

铁盐净水原理：Fe3＋+3H2O Fe（OH）3（胶体）+3H＋Fe（OH）3胶体具有吸附性，能水中的悬浮物。

2．化学软化（1）软水和硬水硬水：溶有较多量的Ca2＋和Mg2＋的水。

软水：只溶有少量或不含有Ca2＋和Mg2＋的水。

（2）暂时硬度：水的硬度由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起的(加热时由于生成CaCO3或Mg(OH)2沉淀而使硬度减小)称暂时硬度。

（3）永久硬度：水的硬度由钙、镁的硫酸盐、氯化物引起的(加热时水的硬度不发生变化的)。

一般天然水大多同时具有暂时硬度和永久硬度。

（4）硬水的危害：水的硬度过高会使洗涤衣物时，耗肥皂太多，衣物也不易洗净；锅炉用水如果硬度太高，长期烧煮后，水里的钙盐和镁盐会在锅炉内结成锅垢，使锅炉内金属管道的导热能力大大降低，不但浪费燃料，而且会使管道局部过热，使锅炉管道变形或损坏，严重时会引起爆炸事故；长期饮用硬度过高的水也对身体不利。

（5）软化硬水的方法常用的方法有加热煮沸法、药剂软化法和离子交换法A．加热煮沸法只能软化暂时硬水，其作用原理为Ca(HCO3)2CaCO3↓+CO2↑+H2OMg(HCO3)2MgCO3↓+ CO2↑+ H2O继续煮沸时MgCO3可转化为更难溶的Mg(OH)2。

MgCO3 +H2O Mg(OH)2↓+ CO2↑水垢的成分为CaCO3和Mg(OH)2。

B．药剂法：a．石灰纯碱法用石灰纯碱法时应先加Ca(OH)2，将Mg2+引起的硬度转化为由Ca2+形成的硬度；再加Na2CO3，将过量的Ca2+沉淀出来，可消除水的暂时硬度，其作用原理如下Ca(HCO3)2+Ca(OH)2=2CaCO3↓+2H2OMg(HCO3)2+2Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+2CaCO3↓+2H2OMgSO4+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaSO4加入纯碱的作用是将过量的Ca2+沉淀出来Ca2++CO32-=CaCO3↓b．磷酸盐法：对于工业锅炉用水，用Na3PO4作药剂处理方法，使沉淀物悬浮在水面上不结垢。

3Mg2++2PO43-=Mg3(PO4)2↓ 3Ca2++2PO43-=Ca3(PO4)2↓C．离子交换法利用了离子交换反应原理，软化水的质量高，常用磺化煤(NaR)作离子交换剂2NaR+Ca2+=CaR2+2Na+2NaR+Mg2+=MgR2+2Na+。

用5%～8%的食盐溶液可使失去软化能力的磺化煤再生CaR2+2Na+=Ca2++2NaR MgR2+2Na+=Mg2++2NaR。

（二）污水处理1.污水处理方法很多，一般可分为物理法、化学法以及生物法。

根据污水处理的程度又分为一级、二级和三级。

(1)一级处理通常采用物理方法，即用格栅间（除去污水中的大块物体）、沉淀池等除去污水中不溶解的污染物。

经一级处理后的水一般达不到排放标准，所以通常作为预处理。

(2)二级处理采用生物方法（又称微生物法）及某些化学方法，除去水中可降解有机物和部分胶体污染物。

经二级处理后的水一般可达到农灌标准和废水排放标准。

(3)三级处理主要采用化学沉淀法、氧化还原法、离子交换法和反渗透法等，对污水进行深度处理和净化。

经三级处理后的水可用于绿化和景观用水等。

2.污水处理的化学方法。

(1)中和法：对酸性废水和碱性废水，可用中和法进行处理。

如用熟石灰来中和钢铁厂、电镀厂等产生的酸性废水；用硫酸或二氧化碳中和造纸厂的产生的碱性废水。

对高浓度的酸、碱废水，应优先考虑回收利用的问题。

如可用浓缩水回收其中的酸或碱。

(2)沉淀法：对于含有重金属离子的工业废水，可加入某些化学物质作为沉淀剂：如含Hg2+离子、Pb2+离子、Cu2+离子的废水，可向其中加入硫化钠，使之变成难溶物除去。

Hg2++S2-=HgS↓；Pb2++S2-=PbS↓；Cu2++S2-=CuS↓（3）氧化还原法：利用氧化还原反应除去有害污染物。

（三）海水淡化方法1．蒸馏法：蒸馏法虽然是一种古老的方法，但由于技术不断地改进与发展，该法至今仍占统治地位。

将水蒸发而盐留下，再将水蒸气冷凝为液态淡水。

其特点是设备简单、易操作、淡水质量好，但能耗大，今后发展的趋向是：将工业余热用于海水淡化，这是一条经济合理的途径。

2．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阳离子交换膜（阳膜）与阴离子交换膜（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。

二、海水的综合利用1．海水制盐的方法：盐田法、电渗析法和冷冻法。

盐田法历史最悠久，而且也是最简便和经济有效的方法，现在还在广泛采用。

2．食盐资源的利用----氯碱工业以食盐为原料制取NaOH 、Cl 2、H 2 ， 再进一步生产一系列的化工产品的工业（1） 电解饱和食盐水反应原理阴极：2H + + 2e - = H 2↑阳极：2Cl - -2e - = Cl 2↑总反应： 2H 2O + 2Cl - = H 2↑ + Cl 2↑ +2OH -2H 2O + 2NaCl = H 2↑ + Cl 2↑ +2NaOH(2)离子交换膜法制烧碱A ．示意图：B ．生产设备名称：离子交换膜电解槽阳极：金属钛网(涂钛钌氧化物)阴极：碳钢网(有镍涂层)阳离子交换膜：只允许阳离子通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。

C ．离子交换膜的作用：(1)防止氯气和氢气混合而引起爆炸(2)避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧化钠的产量(3)生产流程溶液 H 2O （含少量NaOH ）电解 电解3.海水提溴（1）示意图(2)生产过程A.氧化工业上从海水中提取溴时，首先通氯气于pH 为3.5左右晒盐后留下苦卤(富含Br -离子)中置换出Br 2。

化学方程式为:Cl 2 +2Br -=Br 2+ 2Cl -B.吹出然后用空气把Br 2吹出，再用Na 2C03溶液吸收，即得较浓的NaBr 和NaBrO 3溶液： 3CO 32- + 3Br 2 = 5Br - + BrO 3- + 3CO 2↑最后，用硫酸将溶液酸化，Br 2即从溶液中游离出来,.化学方程式为:5Br - + BrO 3- + 6H + = 3Br 2 + 3H 2OC.吸收用还原剂二氧化硫使溴单质变为HBr ，再用氯气将其氧化成溴产品。

化学方程式为:Br 2 + SO 2+2H 2O=2HBr+H 2SO 4Cl 2 +2Br -=Br 2+2Cl -4.海水提镁（1）示意图(2) 生产过程 A.将贝壳制成石灰乳。

化学方程式为: CaO+ H 2O== Ca(OH)2B.在引入的海水中加入石灰乳、沉降、过滤、洗涤沉淀物。

C.将沉淀物与盐酸反应、结晶、过滤、干燥产物。

化学方程式为:D.将产物熔融后电解。

化学方程式为: 5.从海水中提取重水氘是氢的同位素。

氘的原子核除包含一个质子外，比氢多了一个中子。

氘的化学性质与CaCO 3 ==== CaO+ CO 2 ↑高温 Mg(OH)2 +2HCl= MgCl 2 + 2H 2OMgCl 2==== Mg+ Cl 2 ↑电解氢一样，但是一个氘原子比一个氢原子重一倍，所以叫做“重氢”。

氢二氧一化合成水，重氢和氧化合成的水叫做“重水”。

重水主要赋存于海水中，总量可达250亿吨。

重水现在已是核反应堆运行不可缺少的辅助材料，也是制取氘的原料。

制备重水有两种方法，蒸馏法：这种方法只能得到纯度为92%的重水；电解法：可得99.7%的重水，但消耗电能特别大。

三、石油、煤和天然气的综合利用1．石油的综合利用2．煤的综合利用煤除了主要含碳外还含有少量的S 、P 、N 、H 、O 等元素以及无机矿物质（主要有硅、铝、钙、铁等元素）煤是有机物和无机物组成的复杂混合物（1） 煤的干馏——把煤隔绝空气加强热使它分解的过程叫煤的干馏。

是一个化学变化过程 。

（2）煤的汽化与液化润滑油凡士林石蜡 沥青 石油焦 重油催化裂化 热裂化 减压 常压 乙烯、丙烯、丁二烯抗震性能好的气油和甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙烯、丙烯等 溶剂油汽油煤油柴油重油 主要产品含直链烷烃的石油 分馏产品（含石油气） 重油 原油 主要原料 在高温下，把石油产品中具有长链分子的烃断裂 成为各种短链的气态烃或液态烃。

在加热或催化剂存在的条件下，把相对分子质量大，沸点高的烃断裂成相对分子质量小，沸点低的烃用蒸发冷凝的方法把石油分成不同沸点范围的蒸馏产物 原理 石油的裂解裂化 分馏 石油的炼制方法（A）汽化煤的汽化就是将煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。

煤汽化的主要化反应是指碳和水蒸气的反应。

C+H2O === CO＋H2这是一个吸热反应，所需热量一般都由同时进行的碳的燃烧反应来提供。

C＋O2 ===CO2碳燃烧时可以使用空气，也可以使用氧气，但得到的煤气成分、热值及用途都不同，分别叫低热值气和中热值气。

中热值气在适当催化剂的作用下，又可以转变成高热值气。

即把中热值煤气里的CO和H2用催化剂合成甲烷。

CO＋3H2→CH4＋H2O(B)液化煤的液化是将煤转化为液体燃料的过程。

直接法：把煤粉和煤液化过程中产生的油跟氢气混合，在高温下经催化剂催化，进行加氢解聚反应，同时脱去硫、氮、氧等原子，生成固-液混合物的油、液化的煤以及含有未液化的煤和炭等固态物质。

经过分离可以得到油，成为低氢、低硫的重质液体燃料。

间接法：首先把煤气化为H2、CO和CH4。

用催化剂把气态物质转变为液态。

→(CH2)n＋nH2OnCO＋2nH2nCO＋nH2→(CH2)n＋nCO2（3）煤化工和天然气化工的发展—碳化学碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等)为原料，用化工的方法制造一系列化工原料和燃料的化学。