2020版新一线高考化学（人教版）一轮复习教学案：第4章第4节　海水资源的开发利用　环境保护与绿色化学

第四节　海水资源的开发利用　环境保护与绿色化学

考点一| 海水资源的开发利用

1．海水资源的利用

(1)海水水资源的利用

海水水资源的利用，主要包括海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却等。

(2)海水淡化方法及原理

2.海水中化学资源的开发利用

(1)氯碱工业

海水―→粗盐饱和食盐水

①电解NaCl溶液：(写出化学方程式，下同)

2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。

②产物制氯化氢：H2＋Cl22HCl。

③制漂白液：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。

(2)从海水中提取镁

①工艺流程

②基本步骤及主要反应

提醒：因为Mg在加热时与O2、N2、CO2等气体反应，电解熔融MgCl2得到的Mg，应在H2的氛围中冷却。

(3)海水提溴

①工艺流程

②基本步骤及主要反应

(4)海带中含有碘元素的检验

主反应离子方程式为2I－＋2H＋＋H2O2===I2＋2H2O。

(5)海带中碘的提取

①化学原理(离子方程式)2I－＋Cl2===I2＋2Cl－。

②主要的物理原理：单质碘用CCl4或苯萃取，分液后用蒸馏法将碘与有机溶剂分开。

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、波浪能是有待开发的新型能源。

正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(1)海水中Na、Mg、Cl、Br、I元素均以化合态存在。 (　　)

(2)海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、明矾净化法、双氧水杀菌等方法。               (　　)

(3)氯碱工业生产过程中，阴极反应为2Cl－＋2e－===Cl2↑。 (　　)

(4)海水提溴和碘既涉及物理过程又涉及化学过程。 (　　)

(5)碘的CCl4溶液可以采用蒸馏法分离。 (　　)

(6)NaCl溶液中Mg2＋、SO可依次加入NaOH、Ba(NO3)2，除去Mg2＋和SO。               (　　)

答案：(1)√　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√　(6)×

⊙考法☆　海水资源的开发利用

1．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(　　)

A.除去粗盐中的SO、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．氯碱工业可直接得到H2、O2、NaOH

D．SO2水溶液吸收Br2的离子方程式为SO2＋Br2＋2H2O===2H＋＋SO＋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；氯碱工业的产品中不含O2，C错误；HBr为强酸，写离子方程式应拆为“H＋＋Br－”，D错误。]

2．已知MgO、MgCl2的熔点分别为2 800 ℃、604 ℃，将MgO、MgCl2加热熔融后通电电解，都可得到金属镁。海水中含有MgCl2，工业上从海水中提取镁的正确方法是(　　)

A．海水Mg(OH)2Mg

B．海水MgCl2溶液―→MgCl2(熔融)Mg

C．海水Mg(OH)2MgOMg

D．海水Mg(OH)2MgCl2溶液―→MgCl2(熔融)Mg

D　[工业上提取Mg，要从成本和可行性考虑。A项，NaOH成本高，电解Mg(OH)2不能得到Mg；B项，无法提取纯MgCl2；C项，MgO熔点很高，熔化时耗能高，成本高。]

3．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)经酒精润湿后的海带应放在坩埚中灼烧。(3)滤液中先加入稀硫酸酸化，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，会造成碘的损失　(6)取得到的固体少许，将其加入淀粉溶液中，淀粉溶液变蓝，即可证明所得固体为碘单质(其他合理方法也可)

4．如图是工业利用菱镁矿MgCO3(含杂质Al2O3、FeCO3)制取镁的工艺流程。

回答有关问题：

(1)菱镁矿送入酸浸池前需要粉碎，目的是___________________________。

(2)氧化池中通入氯气的目的是氧化________，工业上不选用硝酸作氧化剂的原因是________和________。

(3)沉淀混合物为________和________(填化学式)。

(4)利用熔融氯化镁制取金属镁，选用的方法是________(填字母)。

A．电解法　　　　 B．氧气还原法

C．碳还原法 D．分解法

解析：加盐酸后，溶液中有Mg2＋、Fe2＋、Al3＋、Cl－，用Cl2氧化Fe2＋生成Fe3＋，用MgO调节pH，使Al(OH)3、Fe(OH)3沉淀出来。

答案：(1)提高酸浸速率　(2)Fe2＋(或FeCl2)　会产生污染性气体NOx　会引入杂质离子NO

(3)Al(OH)3　Fe(OH)3　(4)A

考点二| 环境保护与绿色化学

1．常见环境污染

(1)环境问题

主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境的破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。

(2)“三废”：主要是指废气、废水和废渣。

(3)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——主要是氮氧化合物和碳氢化合物造成的。

③臭氧层空洞——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——含大量氮、磷的生活污水及工农业废污水的任意排放造成水体富营养化。

⑦PM2.5——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。

⑨居室污染——甲醛、苯、甲苯、氡对空气的污染。来源于建筑，装修材料等。

2．两类酸雨(pH＜5.6)的形成过程

(1)硫酸型酸雨

①途径1：SO2SO3H2SO4

②途径2：SO2H2SO3H2SO4

(2)硝酸型酸雨

NOxHNO3

3．环境保护

(1)空气质量日报

主要包括“空气污染指数”“空气质量级别”“首要污染物”。目前计入的污染物主要是SO2、NOx、固体小颗粒。

(2)环境保护的措施

①对工业携带废气颗粒物进行回收利用。

②工业、生活污水经处理达标后再排放，限制使用含N、P的洗涤剂。

③回收、限制废弃塑料，研制可降解塑料。

[深度归纳]　减少污染环境的八项措施

(1)将煤与适量生石灰混合后燃烧或对烟道气进行处理，可减少废气中SO2的排放；

(2)推广使用无铅汽油，在汽车尾气系统中安装催化转化器，使用燃料电池、乙醇汽油作为汽油替代品，发展电动车等措施，可减少汽车等机动车尾气的污染；

(3)禁止氟氯代烷的生产和使用以保护臭氧层；

(4)使用无磷洗衣粉以减少水华和赤潮的发生；

(5)使用合格环保型建筑材料和装饰材料等，以减少甲醛等的释放，降低居室装修污染；

(6)发展低碳经济、倡导低碳生活、增大植被面积等，以减少二氧化碳的排放量，从而减弱温室效应；

(7)适当减少塑料的使用量并开发使用可降解塑料以减少白色污染；

(8)回收利用废旧电池以防止土壤污染和水污染。

4．绿色化学

(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”。

(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。

(3)原子经济性

①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＝×100%。

②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。

③最高目标：原子利用率为100%，如化合反应和加成反应。

⊙考法1　环境污染与保护

1．下列有关描述不合理的是(　　)

A．空气质量状况属于重度污染的地区，所有人的健康都会受到严重影响

B．二氧化硫、氮氧化物、悬浮颗粒物(PM)是雾霾的主要污染物，前两者是气态污染物，PM才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首

C．PM2.5(可吸入颗粒物)成分很复杂，并具有较强的吸附能力，随人们吸入空气而进入肺部，从而影响健康

D．气象环境报告中新增的PM2.5是一种新的分子

D　[空气重度污染，会严重影响人体健康，A项描述合理；悬浮颗粒物是加重雾霾天气污染的罪魁祸首，B项描述合理；可吸入颗粒物随人们吸入空气而进入肺部，从而影响健康，C项描述合理；PM2.5是指大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物，是混合物，D项描述不合理。]

2．(2019·汕头模拟)化学与资源、环境、生活关系密切，下列说法正确的是(　　)

A．雾霾天气会对人体健康造成危害，“雾”和“霾”的分散质微粒相同

B．煤燃烧时加入少量的生石灰可以减少废气中的二氧化硫排放

C．可将造纸废水通过高压水井压到地下，从而节约生产成本

D．用铁屑、CuO、稀硫酸为原料制铜：CuO＋H2SO4===CuSO4＋H2O、Fe＋CuSO4===FeSO4＋Cu，原子利用率是100%

B　[A项，“雾”为液体，而“霾”为固体；C项，污染地下水；D项，反应有副产物FeSO4、H2O，原子利用率＜100%。]

⊙考法2　绿色化学

3．(2018·唐山质量检测)“绿色化学”实验已走进课堂，下列做法符合“绿色化学”的是(　　)

①实验室中收集氨气采用图甲所示装置

②实验室中做氯气与钠反应实验时采用图乙所示装置

③实验室中用玻璃棒分别蘸取浓盐酸和浓氨水做氨气与酸反应生成铵盐的实验

④实验室中采用图丙所示装置进行铜与稀硝酸的反应

A．②③④　　　　 B．①②③

C．①②④ D．①③④

C　[因为氨气的密度比空气小，实验室用向下排空气法收集氨气，氨气溶于水呈弱碱性，可以使滴有酚酞的水变红，①符合“绿色化学”；氯气有毒，与钠反应后，多余的氯气被碱液吸收，②符合“绿色化学”；铜与稀硝酸反应生成的一氧化氮有毒，一氧化氮可以用气球收集，④符合“绿色化学”；浓盐酸和浓氨水都易挥发，③不符合“绿色化学”。]

4．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)。

A．CH2===CH2＋CCH3OOOH(过氧乙酸)―→CH2OCH2＋CH3COOH

B．CH2===CH2＋Cl2＋Ca(OH)2―→CH2OCH2＋CaCl2＋H2O

C．2CH2===CH2＋O22CH2OCH2

D．3CH2OHCH2OH催HOCH2CH2—O—CH2CH2OH＋CH2OCH2＋2H2O

解析：A项原子利用率：×100%≈42.3%；B项原子利用率：×100%≈25.4%；C项原子利用率：×100%＝100%；D项原子利用率：×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

课堂反馈　真题体验

1．(2018·全国卷Ⅱ，T8)研究表明，氮氧化物和二氧化硫在形成雾霾时与大气中的氨有关  (如图所示)。下列叙述错误的是 (　　)

A．雾和霾的分散剂相同 

B．雾霾中含有硝酸铵和硫酸铵 

C．NH3是形成无机颗粒物的催化剂

D．雾霾的形成与过度施用氮肥有关

C　[雾和霾的分散剂均为空气，A项正确；结合图示可知形成雾霾的无机颗粒物中含有NH4NO3和(NH4)2SO4，B项正确；根据图示可知空气中NOx、SO2分别转化为HNO3、H2SO4后，吸收空气中的NH3生成NH4NO3和(NH4)2SO4，即NH3是形成无机颗粒物的反应物，C项错误；过度施用氮肥，会导致空气中挥发的NH3浓度增大，与雾霾的形成有关，D项正确。]

2．(2017·全国卷Ⅲ，T7)化学与生活密切相关。下列说法错误的是(　　)

A．PM2.5是指粒径不大于2.5 μm的可吸入悬浮颗粒物

B．绿色化学要求从源头上消除或减少生产活动对环境的污染

C．燃煤中加入CaO可以减少酸雨的形成及温室气体的排放

D．天然气和液化石油气是我国目前推广使用的清洁燃料

C　[燃煤中加入CaO是为了除去煤燃烧生成的SO2，可减少酸雨的形成，但不能减少温室气体的排放。]

3．(2016·全国卷Ⅱ，T7)下列有关燃料的说法错误的是(　　)

A．燃料燃烧产物CO2是温室气体之一

B．化石燃料完全燃烧不会造成大气污染

C．以液化石油气代替燃油可减少大气污染

D．燃料不完全燃烧排放的CO是大气污染物之一

B　[A项中，燃料燃烧产生的CO2是造成温室效应的主要气体之一，正确。B项中，化石燃料完全燃烧时产生的气体有CO2、SO2等，会造成大气污染，错误。C项中，液化石油气的主要成分是丙烷等含碳原子数目较少的烃，燃油的主要成分是含碳原子数目较多的烃，液化石油气燃烧更充分，可减少大气污染，正确。D项中，燃料不完全燃烧产生的CO是造成大气污染的主要污染物之一，正确。]

4．(2015·全国卷Ⅱ，T7)食品干燥剂应无毒、无味、无腐蚀性及环境友好。下列说法错误的是(　　)

A．硅胶可用作食品干燥剂

B．P2O5不可用作食品干燥剂

C．六水氯化钙可用作食品干燥剂

D．加工后具有吸水性的植物纤维可用作食品干燥剂

C　[A项，硅胶是一种高活性、吸水性材料，无毒无味，化学性质稳定，可作食品干燥剂；B项，P2O5极易吸水生成H3PO4，而H3PO4有毒性，故不能用P2O5作食品干燥剂；C项，CaCl2具有较强的吸水性，吸水后生成六水氯化钙(CaCl2·6H2O)，故不能用六水氯化钙作食品干燥剂；D项，吸水性植物纤维无毒、无味，可用作食品干燥剂。]