浙江省高考化學一輪復習導航 第10單元第41講 多樣化的水處理技術 從自然資源到化學品課件 新課標

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1、 一、獲取潔凈的水一、獲取潔凈的水 1天然水的凈化 (1)混凝法 定義：加入混凝劑，使細小的懸浮物和膠體聚集成較大的顆粒而沉淀，然后用過濾的方法除去。 工業(yè)生產(chǎn)中常用的混凝劑有：明礬、硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫酸鐵等。 明礬凈水原理 明礬在水中發(fā)生電離： KAl(SO4)2=K+Al3+2 。 Al3+與水發(fā)生水解反應生成Al(OH)3： Al3+3H2O Al(OH)3+3H+。 混凝劑難以清除溶解于水中的有機物質、無機鹽和微生物。作為生活用水，經(jīng)過混凝法凈水后，還必須進行殺菌消毒。2-4SO (2)化學軟化法 天然水與空氣、巖石和土壤等長期接觸，溶解了許多雜質，如無機鹽類、某些可溶性有機物以及氣

2、體等。 天然水可分為硬水和軟水 硬水：含有較多Ca2+、Mg2+的水。 軟水：含有少量Ca2+、Mg2+或不含Ca2+、Mg2+的水。 水的硬度可分為暫時硬度和永久硬度 暫時硬度：水的硬度是由Ca(HCO3)2或Mg(HCO3)2引起的。 永久硬度：水的硬度是由鈣和鎂的硫酸鹽或氯化物等引起的。 天然水大多同時具有暫時硬度和永久硬度。 硬水軟化的方法通常有加熱法、藥劑法和離子交換法等。 2污水處理 (1)污水處理方法有物理法、生物法和化學法等。 (2)處理工業(yè)廢水常用的化學方法：中和法、沉淀法、氧化還原法。 3海水淡化電滲析法 (1)電滲析法是一種利用離子交換膜進行海水淡化的方法。 (2)離子交

3、換膜是一種功能性膜，應具有良好的選擇透過性和化學穩(wěn)定性。 (3)原理：在外加直流電場的作用下，海水中的陰、陽離子分別透過陰膜和陽膜，可達到分離和濃縮的目的。 二、海水的綜合利用二、海水的綜合利用 1海水中鹽的開發(fā)和利用 (1)海水制鹽 海水制鹽的方法有三種，即蒸發(fā)法、電滲析法和冷凍法。 目前，海水制鹽的方法仍以蒸發(fā)法(鹽田法)為主。海水蒸發(fā)濃縮，達到飽和析出食鹽晶體，分離后所得到的母液叫苦鹵。 (2)食鹽資源的利用 電解飽和食鹽水反應原理 陰極：2H+2e-=H2 陽極：2Cl-2e-=Cl2 總反應：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2 生產(chǎn)設備名稱：離子交換膜、電解槽電解 2海水

4、提溴 (1)氯化：工業(yè)上從海水中提取溴時，首先通氯氣，在pH為3.5左右氯氣氧化溴離子，離子方程式：Cl2+2Br-=2Cl-+Br2。 (2)吹出：當海水中的Br-被氧化成Br2以后，用空氣將其吹出。另外，也可以用水蒸氣，使溴和水蒸氣一起蒸出。 (3)吸收：用還原劑二氧化硫使溴單質變?yōu)镠Br，再用氯氣將其氧化成溴產(chǎn)品，化學方程式： SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4、 Cl2+2HBr=2HCl+Br2。 3海水提鎂 海水提鎂的基本反應原理可表示如下： (1)所加試劑：石灰乳，鹽酸。 所用操作方法：過濾，濃縮，電解。 (2)用離子方程式或化學方程式表示海水提鎂的過程： Mg2+2

5、OH-=Mg(OH)2 Mg(OH)2+2H+=Mg2+2H2O MgCl2=Mg+Cl2電解 4從海水中提取重水 (1)提取重水(D2O)的方法有：蒸餾法、電解法、化學交換法和吸附法等。 (2)常用的方法是化學法，其中的一種是硫化氫水雙溫交換法。 三、工業(yè)制備硫酸三、工業(yè)制備硫酸 1三個階段 工業(yè)上制硫酸主要分造氣、催化氧化、吸收三個階段，反應方程式分別為： (1)S+O2=SO2。 (2)2SO2+O2 2SO3。 (3)SO3+H2O=H2SO4 催化劑加熱點燃 2生產(chǎn)中原料的選擇 工業(yè)生產(chǎn)某種化工產(chǎn)品，選擇原料時要從多方面去考慮，如化學反應原理、廠址選擇、原料、能源、工業(yè)用水的供應能力

6、、存儲、運輸、預處理成本及環(huán)境保護等。 3生產(chǎn)中反應條件的控制 對二氧化硫的催化氧化： (1)溫度條件：選擇400500 作為操作溫度，因為在這個溫度范圍內(nèi)，反應速率和二氧化硫的轉化率都比較理想。 (2)壓強條件：增大氣體壓強，SO2的平衡轉化率提高得并不多，所以，通常采用常壓操作。 (3)催化劑：催化劑對化學平衡沒有影響，但能改變到達平衡所需的時間。 4生產(chǎn)中的三廢處理 (1)尾氣吸收 硫酸生產(chǎn)的尾氣中含有少量SO2，可用Ca(OH)2吸收，使其生成CaSO3，再用H2SO4處理，生成SO2和CaSO4。 方程式為SO2+Ca(OH)2=CaSO3+H2O；CaSO3+H2SO4=CaSO4

7、+SO2+H2O。 (2)污水處理 硫酸生產(chǎn)過程中的污水，含有酸性雜質，可 用 石 灰 乳 中 和 法 處 理 。 方 程 式 為Ca(OH)2+H2SO4=CaSO4+2H2O。 (3)廢渣的利用 廢渣可用來制磚或制造水泥。 爐渣和礦灰，可作為煉鐵的原料。 四、工業(yè)合成氨四、工業(yè)合成氨 1合成氨的反應原理 方程式：N2+3H2 2NH3。 該反應是一個正反應方向氣體分子數(shù)減少的、可逆的放熱反應。 2適宜化工生產(chǎn)條件的選擇 溫度：400500 ；壓強：10 MPa30 MPa；催化劑：以鐵為主的催化劑。催化劑高溫、高壓 3合成氨的基本生產(chǎn)過程 (1)制備合成氨的原料氣 氮氣：一是將空氣液化后蒸

8、發(fā)分離出氧氣獲得氮氣； 二是將空氣中的氧氣與碳作用生成二氧化碳，再除去二氧化碳得到氮氣。 氫氣：一是水蒸氣通過赤熱的煤(或焦炭)層，化學方程式為：C+H2O=CO+H2。 二是甲烷與水蒸氣在催化劑作用下反應，化學方程式為： (2)原料氣的凈化 凈化的原因：合成氨需要純凈的氮氣和氫氣。在制取原料氣的過程中，?；煊幸恍╇s質，其中的某些雜質會使合成氨的催化劑中毒而失去催化作用，所以必須除去。 吸收H2S：NH3H2O+H2S=NH4HS+H2O。 除去CO： CO+H2O=CO2+H2，K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3。 (3)氨的合成與分離催化劑加熱 五、工業(yè)生產(chǎn)純堿五、工業(yè)生產(chǎn)純堿 1氨

9、堿法也稱索爾維制堿法，其原料是：食鹽、氨和二氧化碳。 (1)生成碳酸氫鈉和氯化銨 將二氧化碳通入含氨的飽和食鹽溶液中，可得到碳酸氫鈉和氯化銨。 方程式為：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3；NaCl+NH4HCO3=NaHCO3+NH4Cl。 (2)制取碳酸鈉 將析出的NaHCO3晶體煅燒，即得Na2CO3。 方程式：2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O 。 母液中的NH4Cl加消石灰可回收氨，以便循環(huán)使用。 方程式為：2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3+2H2O。 2聯(lián)合制堿法(又稱侯氏制堿法) (1)將制堿中含氯的廢液與合成氨過程中的二氧化碳廢氣加以回收、利用，

10、制成純堿和氯化銨化肥，使制堿和制銨兩大工業(yè)聯(lián)合起來。 (2)原料是食鹽、氨和二氧化碳?？键c一 獲取潔凈的水 例例1 為了測量水中有機物等還原性污染物的含量，通過把1 L水樣與強氧化劑完全作用時消耗氧化劑的量，折算成以氧氣為氧化劑時的質量(O2 mgL-1)來表示，稱為該水樣的化學耗氧量(COD)。我國明文規(guī)定：COD500 mgL-1的污水不得直接排放。為了測定某工業(yè)廢水的COD，實驗如下：量取廢水樣品20.00 mL，加入0.100 molL-1KMnO4 10.00 mL和少量稀H2SO4，在一定條件下充分反應后，再用0.200 molL-1的草酸鈉(Na2C2O4)溶液滴定過量的KMnO

11、4，達到滴定終點時消耗Na2C2O4溶液11.00 mL。 (1)寫出酸性介質中KMnO4(被還原為Mn2+)與N a2C2O4( 被 氧 化 為 C O2) 反 應 的 離 子 方 程 式_。 (2)計算該水樣的COD。 (3)如果每次取水樣20.00 mL，加入等體積的0.100 molL-1KMnO4酸性溶液；為簡化計算，令滴定過量KMnO4時，每消耗1.00 mL Na2C2O4溶液，就相當于水樣的COD為10 mgL-1，該Na2C2O4溶液的物質的量濃度應配制為多少？【解析】 110010-30.2 mol 0.40.211.0010-3 mol 用于與草酸鈉反應的 為0.40.2

12、11.0010-3=8.810-4 mol，則與水樣反應的 為10.0010-30.1-8.810-4=1.210-4 mol，則換算成氧氣4MnO4MnO 則 氧 氣 為 1 . 2 5 1 . 2 1 0- 4 m o l ， 質 量 為1.251.210-4 mol32 g/mol=4.810-3g=4.8mg，則該水樣的COD為4.8 mg/0.020 L=240 mg/L。 (3)水樣的COD=10 mg/L，則20.00 mL水樣中，m ( O2) = 1 0 / 5 0 m g = 0 . 2 m g ， 為 0 . 2 1 0-3g32(g/mol)=6.2510-6 mol，

13、 則與草酸鈉反應的MnO為210- 3 mol-0.86.2510-6 mol210-3 mol， 則c(Na2C2O4)=510-3 mol(110-3L)=5.00 mol/L?！敬鸢浮?1)2 +5 +16H+=2Mn2+8H2O+10CO2(2)240 mg/L(3)5.00 mol/L4MnO2-24C O 【方法技巧點撥】本題題干內(nèi)容很多，注意分析和提取有效信息，關鍵在于理解COD的含義，利用滴定實驗原理，結合計算，鞏固數(shù)據(jù)處理的能力。 考點二 氯堿工業(yè) 例例2 氯堿廠電解飽和食鹽水制取NaOH的工藝流程示意圖如下： 依據(jù)上圖完成下列填空： (1)在電解過程中，與電源正極相連的電極

14、上所發(fā)生反應的化學方程式為_。與電源負極相連的電極附近，溶液pH_(選填“不變”“升高”或“下降”)。 (2)工業(yè)食鹽含Ca2+、Mg2+等雜質。精制過程發(fā)生反應的離子方程式為_。 (3)如果粗鹽中 含量較高，必須添加鋇試劑除去 ，該鋇試劑可以是_(選填a，b，c)。 aBa(OH)2bBa(NO3)2cBaCl22-4SO2-4SO (4)為有效除去Ca2+、Mg2+、 ，加入試劑的合理順序為_(選填a、b、c)。 a先加NaOH，后加Na2CO3，再加鋇試劑 b先加NaOH，后加鋇試劑，再加Na2CO3 c先加鋇試劑，后加NaOH，再加Na2CO3 (5)脫鹽工序中利用NaOH和NaCl在

15、溶解度上的差異，通過_、冷卻、_(填寫操作名稱)除去NaCl。 (6)在隔膜法電解食鹽水時，電解槽分隔為陽極區(qū)和陰極區(qū)，防止Cl2與NaOH反應；采用無隔膜電解冷的食鹽水時，Cl2與NaOH充分接觸，產(chǎn)物僅是NaClO和H2，相應的化學方程式為_。2-4SO 【解析】 (1)電解食鹽水時，與電源正極相連的電極發(fā)生的反應是2Cl-2e-=Cl2，與電源負極相連的電極發(fā)生的反應是2H+2e-=H2，消耗H+，即產(chǎn)生OH-，所以溶液的pH升高。 (2)精制過程中，加入Na2CO3除去Ca2+(Ca2+ =CaCO3)；加入NaOH除去Mg2+Mg2+2OH-=Mg(OH)2，由于Mg(OH)2的溶解

16、度小于MgCO3的溶解度，所以Mg2+與OH-、 混合時，主要生成Mg(OH)2沉淀。2-3CO2-3CO (3)除去 應選擇Ba2+，如加入Ba(NO3)2，溶液中會引入雜質NO，而加入BaCl2或Ba(OH)2均不會增加新的雜質。 (4)除雜質時加入Ba2+和OH-無先后之分，但Na2CO3一定在BaCl2之后加入，因為 還能除去多余的Ba2+。 (5)脫鹽工序的目的是分離NaOH和NaCl，由于NaCl溶解度小，因而NaCl首先析出，其操作過程是蒸發(fā)、冷卻、結晶，經(jīng)過濾得到NaCl晶體。2-4SO2-3CO ( 6 ) 如 無 隔 膜 會 發(fā) 生 如 下 反 應Cl2+2NaOH=NaC

17、l+NaClO+H2O，電解食鹽水溶液的化學方程式為2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2，兩反應的化學方程式相加得NaCl+H2O=NaClO+H2。電解電解 【答案】 (1)2Cl-2e-=Cl2升高(2)Ca2+ =CaCO3 Mg2+2OH-=Mg(OH)2 (3)ac(4)bc (5)蒸發(fā)過濾 (6)NaCl+H2O=NaClO+H22-3CO高溫 【方法技巧點撥】本題取材于教材，以氯堿工業(yè)為主線突出考查了元素及其化合物這一主干知識，通過本題的解答可歸納如下知識點： (1)在電解飽和NaCl溶液時，電解池陰極附近溶液的pH為什么會升高？這是因為當電解時Na+、H+趨向陰極，而

18、H+放電能力比Na+強，故H+在陰極放電：2H+2e-=H2，而H+在陰極不斷放電打破了水的電離平衡，使陰極附近溶液中c(OH-)c(H+)，故電解一段時間后陰極因生成NaOH而使溶液的pH升高。 (2)離子交換膜法電解制堿技術是氯堿工業(yè)發(fā)展的方向，同以前無隔膜法電解制堿技術相比，避免了Cl2進入陰極區(qū)與NaOH溶液接觸發(fā)生如下反應：Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O，影響產(chǎn)品的質量?？键c三 海水提取溴和鎂 【例3】 海水是一種豐富的資源，工業(yè)上從海水中可提取許多種物質，廣泛應用于生活、生產(chǎn)、科技等方面。下圖是某工廠對海水資源進行綜合利用的示意圖。 回答下列問題： (1)流程圖中

19、操作a的名稱為_。 (2)工業(yè)上從海水中提取的NaCl，可用來制取純緘，其簡要過程如下：向飽和食鹽水中先通入氣體A，后通入氣體B，充分反應后過濾得到晶體C和濾液D，將晶體C灼燒即可制得純堿。 氣 體 A 、 B 是 C O2或 N H3， 則 氣 體 A 應 是_(填化學式)。 濾液D中主要含有NH4Cl、NaHCO3等物質，工業(yè)上是向濾液D中通入NH3，并加入細小食鹽顆粒，冷卻析出不含有NaHCO3的副產(chǎn)品NH4Cl晶體，則通入NH3的作用是_。 (3)鎂是一種用途很廣的金屬材料，目前世界上60%的鎂從海水中提取。 若要驗證所得無水MgCl2中不含NaCl，最簡單的操作方法是_。 操作b是在

20、_氛圍中進行，若在空氣中加熱，則會生成Mg(OH)Cl，寫出有關反應的化學方程式：_。 【解析】本題是實驗流程題，考查海水中提取金屬鎂。(1)將海水蒸發(fā)結晶得到粗鹽，在提取粗鹽后的母液中主要含有的是Mg2+；(2)先通氨氣的原因是氨氣易溶于水，CO2微溶于水，若先通CO2，則影響產(chǎn)率；從平衡的角度去分析，增加 的濃度，有利于沉淀平衡向生成NH4Cl的方向進行，將NaHCO3轉化為Na2CO3而不析出；(3)采用焰色反應來檢驗；HCl的作用是防止MgCl2的水解。+4NH 【答案】 (1)蒸發(fā)結晶(或蒸發(fā))(2)NH3增加 的濃度，有利于沉淀平衡向生成NH4Cl的方向進行，將NaHCO3轉化為N

21、a2CO3而不析出(3)用鉑絲蘸取少量固體，置于酒精燈火焰上灼燒，若無黃色火焰產(chǎn)生，則證明所得無水氯化鎂晶體中不含氯化鈉( 答 焰 色 反 應 也 可 ) H C l ( 氣 流 )MgCl26H2O=Mg(OH)Cl+HCl+5H2O+4NH 【方法技巧點撥】本題是工業(yè)流程題，讀懂流程是關鍵。題中涉及粗鹽的提取、制堿工業(yè)、鎂的提取等，是一道綜合性很強的實驗流程題。從流程中找到實驗原理和實驗目的，正確分析每一個實驗步驟，理解每一個步驟中發(fā)生的化學反應。考點四 工業(yè)制備硫酸 【例4】 分析下面兩個案例并回答有關問題。 (1)某城鎮(zhèn)生產(chǎn)、生活的分布情況如圖所示，河流中W、X、Y、Z處某次水樣抽測結

22、果如表所示。 導 致 X 、 Y 處 水 樣 p H 變 化 的 原 因 可 能 是_； Z處魚類大量減少，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是_。 (2)某地區(qū)已探明蘊藏有豐富的赤鐵礦(主要成分為Fe2O3，還含有SiO2等雜質)、煤礦、石灰石和黏土。擬在該地區(qū)建設大型煉鐵廠。 隨著鐵礦的開發(fā)和煉鐵廠的建立，需要在該地區(qū)相應建立焦化廠、發(fā)電廠、水泥廠等，形成有規(guī)模的工業(yè)體系。據(jù)此確定上圖中相應工廠的名稱： A_、B_、 C_、D_。 以赤鐵礦為原料，寫出高爐煉鐵中得到生鐵和產(chǎn)生爐渣的化學方程式_；_。 從“三廢”利用、環(huán)境保護等角度考慮，該地區(qū)和企業(yè)在生產(chǎn)中應采取的一些措施有(舉出2種措施即可)_；_。

23、 【解析】 (1)從給出的數(shù)據(jù)看，X處水樣呈堿性，Y處水樣呈酸性，Z處水樣缺氧。造紙廠排放的堿性污水使X處河水pH升高，火力發(fā)電廠凈化煙氣的酸性廢水治理未達標就排放，造成Y處等的河水pH降低(或火力發(fā)電廠燃燒產(chǎn)生的SO2會導致酸雨的產(chǎn)生，使Y處等的河水pH降低)，化肥廠、農(nóng)田及生活污水Z處河水富營養(yǎng)化，水溫較高，適于藻類等水生植物生長，河水中溶解氧被大量消耗，導致魚類死亡。(2)某地區(qū)有豐富煤礦可建立發(fā)電廠和焦化廠，有豐富赤鐵礦和石灰石可建立煉鐵廠，有豐富的石灰石和黏士可建立水泥廠。 高爐煉鐵相關反應：Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2、CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2；從“三廢”

24、利用、環(huán)境保護等角度考慮，該地區(qū)和企業(yè)在生產(chǎn)中應建立污水處理系統(tǒng)，將石灰石煅燒成生石灰用于吸收發(fā)電廠和焦化廠燃煤時產(chǎn)生的SO2，減少對空氣的污染。高溫高溫 【答案】 (1)造紙廠排放的堿性污水使X處河水pH升高，火力發(fā)電廠凈化煙氣的酸性廢水治理未達標就排放，造成Y處等的河水，pH降低(或火力發(fā)電廠燃燒產(chǎn)生的SO2會導致酸雨，飄落后使Y處等的河水pH降低)化肥廠、農(nóng)田及生活污水使Z處河水富營養(yǎng)化，水溫較高，適于藻類等水生植物生長，河水中溶解氧被大量消耗，導致魚類死亡( 2 ) 發(fā) 電 廠 焦 化 廠 煉 鐵 廠 水 泥 廠Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2CaCO3+SiO2=CaSiO3+C

25、O2用煉鐵廠的爐渣(或CaSiO3)作為水泥廠的原料用發(fā)電廠的煤矸石和粉煤灰作為水泥廠的原料將石灰石煅燒成生石灰，用于吸收發(fā)電廠和焦化廠烯煤時產(chǎn)生的SO2，減少對空氣的污染建立污水處理系統(tǒng)(任意兩種即可)高溫高溫 【方法技巧點撥】本題考查的是接觸法制硫酸的生產(chǎn)過程、反應原理、生產(chǎn)設備和一些生產(chǎn)措施在工業(yè)生產(chǎn)中的意義。要從最本質的角度分析實際操作的原因，以免被一些次要問題所迷惑?？键c五 工業(yè)生產(chǎn)純堿 【例5】純堿是一種重要的化工原料。目前制堿工業(yè)主要有“氨堿法”和“聯(lián)合制堿法”兩種工藝。請按要求回答問題： (1)“氨堿法”產(chǎn)生大量CaCl2廢棄物，請寫出該工藝中產(chǎn)生CaCl2的化學方程式：_；

26、(2)寫出“聯(lián)合制堿法”有關反應的化學方程式：_； (3)CO2是制堿工業(yè)的重要原料，“聯(lián)合制堿法”與“氨堿法”中CO2的來源有何不同？_； (4)綠色化學的重要原則之一是提高反應的原子利用率。根據(jù)“聯(lián)合制堿法”總反應，列出計算原子利用率的表達式： 原子利用率(%)=_。 【解析】 (1)氨堿法中產(chǎn)生CaCl2的化學方程式為：2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3+2H2O； (2)聯(lián)合制堿法的有關方程式為： NH3+CO2+H2O=NH4HCO3， NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl； (4)聯(lián)合制堿法的反應式為： NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3+

27、NH4Cl, 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2，總反應可看作是：2NH3+2NaCl+CO2+H2O=Na2CO3+2NH4Cl，所以：原子利用率(%)= 【答案】 (1)2NH4Cl+Ca(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O (2)NH3+CO2+H2O+NaCl(飽和)=NaHCO3+NH4Cl, 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O (3)“氨堿法”的CO2來源于石灰石煅燒，“聯(lián)合制堿法”的CO2來源于合成氨工業(yè)的廢氣 【方法技巧點撥】 “氨堿法”的反應過程如下：將飽和的食鹽溶液在冷卻時用氨飽和，后在加壓下通入二氧化碳(由碳酸鈣分解而來)，由于NaHCO3溶解度較

28、小而析出，將析出的NaHCO3晶體煅燒，即可制得碳酸鈉。母液中的氯化銨加消石灰回收氨，以便循環(huán)利用。 反應方程式：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O 2NH4Cl+Ca(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O 優(yōu)缺點：此法的優(yōu)點是原料經(jīng)濟，能連續(xù)生產(chǎn)，副產(chǎn)物NH3和CO2可回收使用，但缺點是大量的CaCl2用途不大，NaCl利用率只有70%左右，約有30% NaCl在母液中。 “聯(lián)合制堿法”的反應過程如下：將飽和的食鹽溶液在冷卻時用氨飽和，后在加壓下通入二氧化碳(來源于合成氨工業(yè)的廢氣)，由

29、于NaHCO3溶解度較小而析出，將析出的NaHCO3晶體煅燒，即可制得碳酸鈉。根據(jù)氯化銨在常溫時的溶解度比氯化鈉大，而在低溫時卻比氯化鈉溶解度小的原理，向母液中加入磨細的食鹽粉末，產(chǎn)生同離子效應而使氯化銨單獨結晶出來。 反應方程：NH3+CO2+H2O=NH4HCO3 NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O 優(yōu)缺點：此法保持了氨堿法的優(yōu)點，消除了它的缺點。一方面使食鹽的利用率提高到96%；另一方面生產(chǎn)出的NH4Cl可做氮肥。此法是一種制堿和制氨相結合的聯(lián)合生產(chǎn)方法。 1. 我國化工專家侯德榜的“侯氏制堿法”曾為世界制堿工業(yè)做出了突出貢獻

30、。他以NaCl、NH3、CO2等為原料先制得NaHCO3，進而生產(chǎn)出純堿。有關反應的化學方程式為： NH3+CO2+H2O=NH4HCO3； NH4HCO3+NaCl=NaHCO3+NH4Cl； 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O。 (1)碳酸氫銨與飽和食鹽水反應，能析出碳酸氫鈉晶體的原因是_(填字母標號)。 A碳酸氫鈉難溶于水 B碳酸氫鈉受熱易分解 C碳酸氫鈉的溶解度相對較小，所以在溶液中首先結晶析出 (2)某探究活動小組根據(jù)上述制堿原理，進行碳酸氫鈉的制備實驗，同學們按各自設計的方案實驗。 一位同學將二氧化碳氣體通入含氨的飽和食鹽水中制備碳酸氫鈉，實驗裝置如下圖所示(圖中夾持、固

31、定用的儀器未畫出)。C 試回答下列有關問題： a乙裝置中的試劑是_； b 丁 裝 置 中 稀 硫 酸 的 作 用 是_； c實驗結束后，分離出NaHCO3晶體的操作是_(填分離操作的名稱)。飽和碳酸氫鈉溶液 吸收未反應的NH3 過濾 另一位同學用圖中戊裝置(其他裝置未畫出)進行實驗。 a實驗時，須先從_管通入_氣體，再從_管中通入_氣體； b有同學建議在戊裝置的b管下端連接己裝置，理由是_； (3)請你再寫出一種實驗室制取少量碳酸氫鈉的方法：_。 a NH3 b CO2 增大氣體與溶液接觸面積，提高CO2吸收率 往燒堿溶液中通入過量CO2(或往飽和Na2CO3溶液中通入過量CO2等，其他合理方

32、法均可) 【解析】 (1)在溶液中溶解度最小的物質最先析出。(2)除去CO2中的HCl用飽和NaHCO3溶液；H2SO4吸收揮發(fā)出來的NH3；NaHCO3以固體形式析出，應采用過濾操作。侯氏制堿法應向飽和NaCl溶液中先通NH3后通CO2，因為NH3溶解度大，可吸收更多CO2，生成較多NaHCO3固體；NH3極易溶于水，易發(fā)生倒吸，所以從a管進入；己為多孔球泡，可增大接觸面積。 (3)可利用以下反應原理制備NaHCO3： NaOH+CO2=NaHCO3， Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3。 2.工業(yè)制硫酸生產(chǎn)流程如下圖： (1)我國黃鐵礦資源比較豐富，但很多工廠仍以硫磺為原料生產(chǎn)硫

33、酸，理由是_。 (2)在催化反應室，下列措施中有利于提高SO2平衡轉化率的有_； A升高溫度 B減少壓強 C不斷補充空氣 D及時分離出SO3 黃鐵礦為原料的生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢棄物太多，處理成本高 C、D (3)在生產(chǎn)中為提高催化劑催化效率采取了哪些措施？_(至少答出兩點措施)。 (4)已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)DH= 196 kJmol-1。在450 、常壓和釩催化條件下向一密閉容器中充入2 mol SO2和1 mol O2，充分反應后，放出的熱量_(填“”“”或“=”)196 kJ，理由是_。凈化氣體控制溫度在400500 增大催化劑與反應氣體的接觸面積 在1 atm和298

34、 K條件下，2 mol SO2和1 mol O2完全反應生成2 mol SO3，放出196 kJ熱量，該反應為可逆反應，不可能進行完全，又因為反應溫度為450 ，所以放出的熱量小于 (5)經(jīng)檢測生產(chǎn)硫酸的原料氣成分(體積分數(shù))為SO2 7%、O2 11%、N2 82%。在500 ，0.1 MPa條件下 達 到 平 衡 時 ， 各 種 氣 體 的 體 積 比 為V(SO2) V(SO3) V(O2) V(N2)=0.46 6.54 7.73 82，則SO2的利用率為_。93.4% 【解析】 (2)二氧化硫轉化為三氧化硫的反應為正反應為氣體體積減小的放熱反應，所以低溫高壓有利于提高二氧化硫的轉化率

35、。(5)在生產(chǎn)過程中，氮氣沒有參加反應，所以其體積不變，則可看作反應前氣體的體積SO2、O2、N2分別為7 L、11 L、82 L，反應后SO2的體積為0.46 L，所以SO2的轉化率為 100% =93.4%。 6.547 3. 廢水中的氮常以含氮有機物、氨、硝酸鹽及亞硝酸鹽等形式存在。生物處理的方法是先將大多數(shù)有機態(tài)氮轉化為氨態(tài)氮，然后通過進一步轉化成N2而消除污染。生物除氮工藝有以下幾種方法：方法一：在好氧條件下，通過好氧硝化菌的作用，將廢水中氨態(tài)氮轉化為中間過渡形態(tài)的硝酸態(tài)氮和亞硝酸態(tài)氮，然后在缺氧條件下，利用反硝化菌，硝酸態(tài)氮和亞硝酸態(tài)氮被水中的有機物還原為氮氣。見圖中。反應過程如下

36、(注：有機物以甲醇表示；當廢水中有機物不足時，需另外投加有機碳源)： 2 +3O2=2HNO2+2H2O+2H+ 2HNO2+O2=2HNO3 6 +2CH3OH=6NO+2CO2+4H2O 6 +3CH3OH=3N2+3CO2+3H2O+6OH+4NH-3NO-2NO 方法二：與方法一相比，差異僅為硝化過程的中間過渡形態(tài)只有亞硝酸態(tài)氮。見圖中。 請回答以下問題： (1) 的空間構型為_。大氣中的氮氧化物的危害有_和_等。 (2)方法一中氨態(tài)氮元素1 g轉化為硝酸態(tài)氮時需氧的質量為_g。 (3)從原料消耗的角度說明方法二比方法一有優(yōu)勢的原因：_。+4NH正四面體 破壞臭氧層 光化學污染(或形成

37、酸雨) 4.57(或4.6) 節(jié)省氨態(tài)氮氧化到硝酸態(tài)氮所需消耗的氧，還可節(jié)省還原硝酸態(tài)氮到氮氣的有機碳源 (4)自然界中也存在反硝化作用，使硝酸鹽還原成氮氣，從而降低了土壤中氮素營養(yǎng)的含量，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不利，農(nóng)業(yè)上可通過松土作業(yè)，以防止反硝化作用。其原因是_。 (5)荷蘭Delft大學Kluyver生物技術實驗室試驗確認了一種新途徑。在厭氧條件下，以亞硝酸鹽作為氧化劑，在自養(yǎng)菌作用下將氨態(tài)氮(氨態(tài)氮以NH表示)氧化為氮氣(見圖中過程)。其反應離子方程式為_。增加與氧氣的接觸，防止反硝化作用 + =N2+2H2O +4NH-2NO114 【解析】 本題是與生活相聯(lián)系的信息情景題。(1)氮的氧化物常

38、見危害是破壞臭氧層、形成光化學煙霧、形成酸雨等；(2)從方程式可以看出，2 mol 完全轉化為HNO3時消耗4 mol O2，則1 g氨態(tài)氮元素需要的氧氣的質量為 32 g=4.57 g；(3)注意要從原料消耗的角度去解釋；(4)通過松土作業(yè)，增加與氧氣的接觸，防止反硝化作用；(5)依據(jù)題中所給的信息，可以寫出方程式： + =N2+2H2O。+4NH+4NH-2NO114 4.(2010上海上海)工業(yè)生產(chǎn)純堿的工藝流程示意圖如下： 完成下列填空： (1)粗鹽水加入沉淀劑A、B除雜質(沉淀劑A來源于石灰窯廠)，寫出A、B的化學式。 A_；B_。Ca(OH)2或CaO Na2CO3 (2)實驗室提

39、純粗鹽的實驗操作依次為：取樣、_、沉淀、_、_、冷卻結晶、_、烘干。 (3)工業(yè)生產(chǎn)純堿工藝流程中，碳酸化時產(chǎn)生的現(xiàn)象是_。碳酸化時沒有析出碳酸鈉晶體，其原因是_。 (4)碳酸化后過濾，濾液D最主要的成分是_(填寫化學式)，檢驗這一成分的陰離子的具體方法是：_。 溶解 過濾 蒸發(fā) 過濾 有晶體析出(或出現(xiàn)渾濁) 碳酸鈉溶解度比碳酸氫鈉大 NH4Cl 取樣，加硝酸酸化，加硝酸銀，有白色沉淀，該陰離子是氯離子 (5)氨堿法流程中氨是循環(huán)使用的，為此，濾液D加入石灰水產(chǎn)生氨。加石灰水后所發(fā)生的反應的離子方程式為_，濾液D加石灰水前先要加熱，原因是_。 (6)產(chǎn)品純堿中含有碳酸氫鈉。如果用加熱分解的方

40、法測定純堿中碳酸氫鈉的質量分數(shù)，純堿中碳酸氫鈉的質量分數(shù)可表示為_(注明你的表達式中所用的有關符號的含義)。 +OH-=NH3+H2O +4NH防止加石灰水時產(chǎn)生碳酸鈣沉淀 w(NaHCO3)= 841231 1mmmm1樣品的質量，m2加熱后固體的質量 【解析】(1)粗鹽中的雜質是Ca2+、Mg2+。沉淀劑A源于石灰窯，說明其是生石灰或熟石灰，它用于除去Mg2+，再用Na2CO3除去Ca2+；(2)實驗室提純粗鹽的整個操作過程為：取樣、溶解、沉淀、過濾、蒸發(fā)、冷卻結晶、過濾、烘干幾步；(3)在原飽和食鹽水中，氨化(呈堿性)后，可以溶解較多的CO2(碳酸化)，產(chǎn)生較大濃度的 ，從而有N a H

41、 C O3晶 體 析 出 ； ( 4 ) 由 于 反 應 是NaCl+NH3+CO2=NaHCO3+NH4Cl，所以碳酸化后溶液中主要是NH4Cl；檢驗Cl-時，要注意先酸化，因為溶液呈堿性。 -3HCO (5)濾液D主要含NH4Cl，還有一定量的NaHCO3，若直接加石灰水，其中的 會產(chǎn)生沒有回收價值的CaCO3沉淀，浪費了碳元素及OH-；若在加石灰水前先加熱，NH4HCO3 NH3+CO2，既消耗了Ca(OH)2，又充分利用了碳元素，所得混合氣體可循環(huán)使用。 (6)假設加熱前樣品的質量為m1，加熱后固體的質量為m2，則有： 2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O-3HCO31NaHCO122 8462mwmmgg解得：w(NaHCO3)= 841231 1mmm