高三化学一轮复习讲义第4章 第5节　海水资源的开发利用　环境保护与绿色化学

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1．海水的淡化
2.海水中某些元素的提取
(1)海水中提溴
a．流程

b．发生反应的离子方程式
①2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－；
②Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2Br－；
③2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－。
(2)海带中提碘
a．流程
b．发生反应的离子方程式：Cl2＋2I－===I2＋2Cl－。
(3)海水中提镁
a．流程
海水eq \(――→,\s\up15(石灰乳),\s\d15(过滤①))Mg(OH)2eq \(――→,\s\up15(盐酸),\s\d15(②))MgCl2溶液eq \(――→,\s\up15(蒸发),\s\d15(结晶))
MgCl2·xH2Oeq \(――→,\s\up15(－H2O),\s\d15(HCl气氛))MgCl2(无水)eq \(――→,\s\up15(电解),\s\d15(熔融③))Mg
b．发生反应的离子方程式
①Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓；
②Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O；
③MgCl2(无水)eq \(=====,\s\up15(电解),\s\d15(熔融))Mg＋Cl2↑。
3．海水中其他资源的开发利用
(1)从海水中提取核能开发的重要原料：铀和重水。
(2)潮汐能、波浪能等是有待开发的新型能源。
[考点多维探究]
角度1 海水中盐、Br2、Mg的提取
1．(2015·全国卷Ⅱ)海水开发利用的部分过程如下图所示。下列说法错误的是( )
A．向苦卤中通入Cl2是为了提取溴
B．粗盐可采用除杂和重结晶等过程提纯
C．工业生产中常选用NaOH作为沉淀剂
D．富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收
C [A项苦卤中含有K＋、Mg2＋、Br－等，通入Cl2可将Br－氧化成Br2，便于从苦卤中提取Br2。B项粗盐中含有不溶性杂质(泥沙)和可溶性杂质(Ca2＋、Mg2＋、SOeq \\al(2－,4)等)，将粗盐溶于水，并除去其中的杂质，再通过重结晶的方法得到纯净NaCl晶体。C项工业上沉淀Mg2＋常选用廉价的Ca(OH)2，而不选用NaOH。D项Br2具有较强的挥发性，富集溴时，常先用空气和水蒸气吹出Br2，再用SO2将其还原吸收(SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr)，得到浓度较大的含Br－溶液。]
2．海洋是一座巨大的化学资源宝库，如图是从海水中提取若干种化学物质的流程图，则下列说法正确的是( )
【导学号：95812095】
A.除去粗盐中的SOeq \\al(2－,4)、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等杂质，①中加入试剂的顺序为Na2CO3溶液→NaOH溶液→BaCl2溶液→过滤后加盐酸
B．②中包含制取MgCl2溶液、无水MgCl2及电解熔融状态的MgCl2几个阶段
C．③④⑤中溴元素均被氧化
D．SO2水溶液吸收Br2的离子方程式为：SO2＋Br2＋2H2O===2H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2HBr
B [A项中的加入顺序会导致Ba2＋无法除尽，A错误；单质镁是通过电解熔融MgCl2(无水)的方法制取的，B正确；流程图中的第④步中溴元素被还原，C错误；D项中HBr为强酸，写离子方程式应拆成H＋、Br－，D错误。]
3．目前世界上60%的镁是从海水中提取的。海水提镁的主要流程如下：
请回答下列问题：
(1)从离子反应的角度思考，在海水中加入石灰乳的作用是________，写出在沉淀池中发生反应的离子方程式：______________________________。
(2)石灰乳是生石灰与水形成的化合物，从充分利用海洋化学资源，提高经济效益的角度考虑，生产生石灰的主要原料来源于海洋中的________。
(3)操作A是________，操作B是________。
(4)加入的足量试剂a是________(填化学式)。
(5)无水MgCl2在熔融状态下，通电后会产生Mg和Cl2，该反应的化学方程式为_________________________________________________________________，
从考虑成本和废物循环利用的角度，副产物氯气可以用于________。
[解析] (1)石灰乳中的Ca(OH)2与海水中的镁盐发生复分解反应生成Mg(OH)2沉淀。(2)海滩上贝壳的主要成分是CaCO3，可用于制取生石灰。(3)从沉淀池中得到Mg(OH)2固体，应利用过滤操作，加热浓缩MgCl2溶液，可使其结晶析出MgCl2晶体。(4)溶解Mg(OH)2应用足量盐酸。(5)MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up15(电解))Mg＋Cl2↑，Cl2可用于生产盐酸，循环利用。
[答案] (1)沉淀Mg2＋[或使Mg2＋形成Mg(OH)2沉淀] Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓ (2)贝壳 (3)过滤 加热浓缩(或蒸发结晶) (4)HCl (5)MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up15(电解))Mg＋Cl2↑ 制盐酸
角度2 海植物中碘的提取
4．(2017·长春模拟)从海带中提取碘单质，成熟的工艺流程如下，下列关于海水制碘的说法，不正确的是 ( )
【导学号：95812096】
干海带eq \(――→,\s\up15(灼烧))海带灰eq \(――→,\s\up15(沸水),\s\d15(浸泡))悬浊液eq \(――→,\s\up15(过滤))滤液eq \(――→,\s\up15(H＋),\s\d15(H2O2))碘水eq \(――→,\s\up15(CCl4))I2的CCl4溶液eq \(――→,\s\up15(蒸馏))I2
A．实验室在蒸发皿中灼烧干海带，并且用玻璃棒搅拌
B．含I－的滤液中加入稀硫酸和双氧水后，碘元素发生氧化反应
C．在碘水中加入几滴淀粉溶液，溶液变蓝色
D．碘水加入CCl4得到I2的CCl4溶液，该操作为“萃取”
A [灼烧固体时应在坩埚中，A项不正确。]
5．我们知道海带中含有碘元素，经常食用海带可以防治甲状腺肿大，所以工业上常用海带为原料提取碘单质。查有关资料可知碘单质有升华现象。下面是某校化学探究小组设计的从海带中提取单质碘的实验，请你完成下列实验。
(1)将干燥洁净的海带用酒精润湿后在________(填一种仪器名称)中灼烧成灰烬。
(2)将海带灰烬冷却至室温，将其转移到烧杯中，加蒸馏水后，搅拌、煮沸、冷却、________(填一种操作名称)。
(3)在滤液中滴入几滴稀硫酸，再加入一定量的H2O2溶液，此时发生反应的离子方程式为___________________________________________________。
(4)把(3)中所得到的溶液注入分液漏斗中，然后再加入CCl4，振荡、静置，可以观察到CCl4层呈________色。经分液得到碘的CCl4溶液，在这一实验过程中，CCl4起________作用。
(5)用试管取碘的CCl4溶液用水浴加热，待CCl4挥发完即可得到固体碘单质。不用酒精灯直接加热蒸发CCl4的原因是_____________________________。
(6)证明得到的固体是碘单质的化学方法是________________。
[解析] (1)经酒精润湿的海带应放在坩埚中灼烧。(3)滤液中先加入硫酸酸化，后加入双氧水，发生的反应为2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O。(4)把(3)中所得溶液加入CCl4中，溶液分层，上层为水溶液，几乎无色，下层为碘的CCl4溶液，呈紫红色，CCl4起萃取作用。(5)用酒精灯加热碘的CCl4溶液，CCl4挥发的同时单质碘也容易升华，从而造成碘的损失。(6)利用淀粉遇碘变蓝色可以检验碘的存在。
[答案] (1)坩埚 (2)过滤 (3)2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O (4)紫红 萃取 (5)因为酒精灯直接加热时的温度高，单质碘易升华，会损失碘的质量 (6)取得到的固体少许，将其加入到淀粉溶液中，淀粉溶液变蓝，即可证明所得固体为碘单质(其他方法合理也可)
(1)氯碱工业中所用食盐需精制的目的是除去食盐中的Ca2＋、Mg2＋、SOeq \\al(2－,4)。
(2)从海水中提取溴的工艺流程中要进行两次Cl2氧化Br－的反应，设计这两步操作的目的是富集Br2。
(3)从海水中提取氯化镁的工艺流程中，沉淀池中加入的是石灰乳而不是石灰水。
(4)从海水中提取氯化镁的工艺流程中，MgCl2·6H2O脱水制取无水MgCl2是在HCl的气流中加热氯化镁晶体，以防MgCl2发生水解而得到Mg(OH)2。
(5)碘水或溴水中I2、Br2的提取可先加CCl4萃取分液，再蒸馏获取。
考点2| 环境保护与绿色化学
角度1 环境污染与保护
1．下列有关环境问题的叙述正确的是( )
A．赤潮、白色污染、绿色食品都与相关物质的颜色有关
B．地震发生后，灾区急需大量消毒剂，其中SO2可用于环境消毒
C．在空气质量日报中CO2含量属于空气污染指数
D．我国禁止汽车使用含铅汽油，其主要原因是铅对环境有污染
D [A项，绿色食品与颜色无关；B项，SO2不可用于环境消毒；C项，CO2含量不属于空气污染指数；D项，铅为重金属，对环境有污染。]
2．(2017·南昌模拟)化学与人类生活、环境保护及社会可持续发展密切相关。下列有关叙述正确的是( )
【导学号：95812097】
A．大量开发利用深海可燃冰，有助于海洋生态环境治理
B．汽车尾气中含有大量大气污染物，这是汽油不完全燃烧造成的
C．煤炭燃烧过程安装固硫装置，目的是提高煤的利用率
D．PM2.5表面积大，能吸附大量的有毒有害物质，对人体的肺功能造成很大危害
D [大量开发深海可燃冰，会破坏海洋生态系统，A项错误；汽车尾气成分复杂，主要包括一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物和固体悬浮颗粒等，B项错误；煤炭燃烧过程中安装固硫装置，主要目的是减少SO2的污染，C项错误。]
3．(1)臭氧层空洞
高空大气中O2吸收紫外线可变成臭氧(O3)，而冰箱中的制冷剂氟利昂在紫外线作用下分解出氯原子，氯原子能加速臭氧的分解，从而破坏平流层中的臭氧层。同样超音速飞机的尾气及发动机尾气中的NO也能加快O3的分解，反应式如下：NO＋O3―→NO2＋2O；NO2＋O―→NO＋O2。请你写出总的反应式：__________________________________；
其中NO的作用是________和________。
(2)我国沿海出现了大面积赤潮，赤潮是红藻、蓝藻等在较短时间内大量繁殖形成的，它造成的严重后果是________________________________。
赤潮是水体富营养化的结果，主要是因为__________________等，
使水中含有大量的________元素对应的离子。为了防止水污染，我国许多地区已经对洗衣粉的成分加以限制，不得再销售含有________(从下述选项中选)的洗衣粉。
A．硅酸钠 B．烷基苯磺酸钠
C．三聚磷酸钠 D．蛋白质
(3)大气污染物一氧化氮、二氧化氮和某些碳氢化合物在太阳光的照射下，在低空大气中发生复杂的光化学反应(大气中的氧气也参加了反应)，形成白色或浅蓝色有特殊气味的光化学烟雾。
光化学烟雾中主要含二次污染物如醛类、酮类、臭氧、过氧乙酰硝酸酯等。光化学烟雾严重危害人体健康，损害植物及橡胶制品等。
汽车尾气污染：
汽车尾气(含有烃类、CO、SO2与NO等物质)是城市空气的污染源之一。治理的方法之一是在汽车的排气管上装一个“催化转换器”(用铂、钯合金作催化剂)。它的特点是使CO和NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。
①写出一氧化碳与一氧化氮反应的化学方程式_________________。
②“催化转换器”的缺点是在一定程度上提高空气的酸度，其原因是
_______________________________________。
③控制城市空气污染源的方法可以有________。
A．开发氢能源 B．使用电动车
C．植树造林 D．戴上呼吸面具
[答案] (1)O3eq \(――→,\s\up15(NO))O2＋O 还原剂 催化剂
(2)藻类分泌毒素，并且消耗水中的溶解氧，造成水质恶化和鱼类死亡 滥用氮肥、磷肥、农药和城镇废水任意排放 氮、磷 C
(3)①2CO＋2NOeq \(=====,\s\up15(催化剂),\s\d15( ))N2＋2CO2
②SO2转化成SO3，SO3遇水生成硫酸
③AB
当今常见环境污染及其成因
(1)酸雨——形成原因主要是SO2和氮氧化合物。
(2)光化学烟雾——主要是氮氧化合物、碳氢化合物造成的。
(3)臭氧空洞——主要是氟氯代烃、氮氧化合物等的排放引起的。
(4)温室效应——主要是由于大气中CO2等的含量的不断增加造成的。
(5)白色污染——聚乙烯等难降解塑料的大量使用。
(6)水华、赤潮——含磷洗衣粉的大量使用、工农业及城市污水的任意排放造成水体富营养化。
(7)PM2.5——大气中直径小于或等于2.5×10－6 m的颗粒物，它主要来自化石燃料的燃烧(如机动车尾气、燃煤等)。
(8)雾霾——雾和霾的统称。空气中的灰尘、硫酸、硝酸等颗粒物组成的气溶胶系统造成视觉障碍的叫霾。二氧化硫、氮氧化物以及颗粒物(PM)这三项是雾霾主要污染物，前两者为气态污染物，最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。
角度2 绿色化学的核心和意义
4．“绿色化学”又称环境无公害化学。下列叙述符合“绿色化学”原则的是( )
A．绿色化学的核心是利用化学原理对工业生产造成的环境污染进行治理
B．大量用纯液态有机物代替水作溶剂
C．研制新型杀虫剂，使它只对目标昆虫有毒杀作用而对其他昆虫无害
D．工业上用废铜制取胆矾CuSO4·5H2O：
2Cu＋O2＋2H2SO4(稀)＋8H2Oeq \(=====,\s\up15(△))2CuSO4·5H2O
D [A项，绿色化学的核心是预防污染，不是治理污染；B项，水为无毒试剂，用水作溶剂符合“绿色化学”；C项，绿色化学是不使用有毒物质。]
5．在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率由高到低的顺序为______(填字母)。

[解析] A项原子利用率：eq \f(44,44＋60)×100%≈42.3%；B项原子利用率：eq \f(44,111＋44＋18)×100%≈25.4%；C项原子利用率：eq \f(44,44)×100%＝100%；D项原子利用率：eq \f(44,44＋106＋36)×100%≈23.7%。所以原子利用率由高到低的顺序：C>A>B>D。
[答案] C>A>B>D
1．“绿色化学”的含义
(1)核心：利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境造成的污染。又称为“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”。
绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物，这是一门从源头上减少或消除污染的化学。
(2)绿色化学的研究主要围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化开展的，因此化学反应及其产物具有以下特征：
①采用无毒、无害的原料；
②在无毒、无害的条件(包括催化剂、溶剂)下进行；
③产品应该是环境友好的；
④具有“原子经济性”，即反应具有高选择性、极少副产物，甚至实现“零排放”。此外，它还应当满足“物美价廉”的传统标准。
2．原子经济性
原子经济性可用原子利用率来衡量，其定义式可表示为：原子利用率＝eq \f(期望产品的总质量,生成物的总质量)×100%。
经济性的反应有两个显著优点：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地减少了废物的排放。
[课堂小结·反馈达标1＋1] 全新理念 探究高考 明确考向
1．一组判断，展示高考易误点
(1)海水淡化的方法很多，但实质都是得到纯水。( )
(2)海水通过阳离子交换膜可以除去大量的Na＋、Mg2＋等阳离子。( )
(3)海水中的钠、镁、氯、溴等均以化合态存在。( )
(4)从MgCl2溶液中经过蒸发结晶可直接得到MgCl2。( )
(5)含I2的四氯化碳溶液可通过蒸发得到I2固体。( )
(6)SO2形成的酸雨在空气中放置可使溶液的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、水华是含氮、磷化合物的废水引起的水污染。( )
(9)PM2.5指的是大气中直径小于或等于2.5 nm的颗粒物引起的污染。( )
(10)光化学烟雾是氮氧化合物与碳氢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)√
2．一题串知，覆盖高考考什么
(2015·全国卷Ⅱ改编)海水开发利用的部分过程如图所示：
(1)由海水制备淡水的常用方法有________、________、离子交换法，从海水中提纯粗盐的方法是________。[考查海水淡化的方法和粗盐制备原理]
(2)从苦卤中提取Br2的离子方程式为__________________________，
然后用SO2吸收空气和水蒸气吹出的Br2，其离子方程式为______________。
[考查海水中提取溴的化学反应原理]
(3)提取海水中的Mg，工业上常用________作沉淀剂，其化学方程式为
_____________________________________________________________。
由MgCl2·6H2O得到无水MgCl2的方法是________________，由MgCl2制Mg的化学方程式为_____________________。[考查海水中提取Mg的原理]
(4)海水的开发利用过程中有可能引起的污染有___________________(列举3例)。[考查环境保护与污染]
[答案] (1)蒸馏法 电渗析法 浓缩蒸发
(2)2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－ Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SOeq \\al(2－,4)＋2Br－
(3)石灰乳 MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2 在HCl气体氛围中加热失水 MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up15(电解))Mg＋Cl2↑
(4)水体污染、大气污染、土壤污染
考纲定位
考情播报
1.了解海水的综合利用。
2．了解常见元素单质及其重要化合物对环境质量的影响
3．了解化学与环境的关系，了解“绿色化学”的重要性。
2016·全国甲卷T7、T26(5)/全国丙卷T27
2015·全国卷ⅡT7、T12
2014·全国卷ⅡT7、T36
2013·全国卷ⅠT7、T27(3)
2012·全国卷T7
淡化方法
原理
蒸馏法
将海水加热蒸发汽化，然后蒸汽冷凝而得到蒸馏水
电渗析法
利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，在外加直流电场作用下，使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到除盐目的
离子交换法
用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂除去海水中的阴、阳离子得到去离子水的方法