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4.5 海水资源的开发利用 环境保护与绿色化学
【高考新动向】
考点梳理
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.了解科学、技术、社会的相互关系(如化学与生活、材料、能源、环境等)。4.理解在化工生产中遵照“绿色化学”思想的重要性。
【考纲全景透析】
一、海水资源的综合利用
1.海水水资源的利用
⑴海水水资源的利用主要包括海水淡化和直接利用。
⑵海水淡化的途径有：从海水中提取淡水或从海水中把盐分分离出去。
⑶海水淡化的方法主要有：蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久。技术和工艺也比较完善，是目前海水淡化的主要方法。
2.海水化学资源的综合利用
(1)氯碱工业、溴工业、镁工业、钾工业等的发展．
①电解NaCl溶液：(写出化学方程式，下同)
2NaCl＋2H2O2NaOH＋Cl2↑＋H2↑；
产物制盐酸：H2＋Cl22HCl；
制漂白液：Cl2＋2NaOH === NaCl＋NaClO＋H2O.
②电解熔融NaCl：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑
（2）海水中提取镁、溴、碘
海水提镁
先将海水中的镁富集，再电解熔融氯化镁。
最后一步反应：
海水提镁
先将海水中的溴富集，再通过氧化还原反应将溴提取出来。
最后一步反应：2Br-+Cl2====2Cl-+Br2
(3)核能原料铀和重水的开发利用．
(4)新型能源潮汐能、波浪能的开发利用．
二、环境保护与绿色化学
1.常见的环境污染问题
与化学相关的环境污染问题主要包括如下几个方面。
一是大气污染问题：这是指由空气中的颗粒物、硫的氧化物(SO2、SO3)、氮的氧化物(NO、NO2等)、CO、碳氢化合物、氟氯代烃等造成的污染(其中SO2、NOx主要来源于化石类燃料的大量使用)。大气污染的具体表现主要有：形成酸雨、酸雾；臭氧层空洞；光化学烟雾；室内空气污染(指家用燃料的燃烧、烹调、吸烟产生的CO、CO2、NO、NO2、SO2等，各种建筑材料和装饰材料释放出的甲醛、苯等有机物造成的污染等，其中CO与血红蛋白作用会使血液失去输氧能力，导致CO中毒)。
二是水体污染：这是指过量有害物质进入水中造成的污染。导致水体污染的物质主要有两大类，一类是重金属污染，如重金属Hg、Cd、Pb、Cr等进入水中形成的污染，这些重金属主要来自于化工、冶金、电子、电镀等排放的工业废水。另一类是植物营养物质污染：水中高浓度的N、P等植物营养物质，导致水体富营养化而形成的污染。它主要是由进入水中腐烂的含蛋白质的物质、含磷洗涤剂及大量使用的磷肥造成的。
三是固体废弃物造成的污染：主要是指生活垃圾、工业废料随意堆放造成的污染，目前最引人注意的是由塑料制品造成的白色污染及废旧电池造成的重金属污染。垃圾污染范围广泛，对环境及生物的不良影响途径多样。
2．环境保护的措施
(1)工业废气携带颗粒物的回收利用。
(2)工业、生活污水经处理达标后排放，限制使用含磷洗涤剂。
(3)回收、限制难降解塑料，研制可降解塑料。
3.绿色化学
（1）含义：绿色化学又称环境友好化学或清洁化学，是从源头上防止污染产生或把化学过程对环境的负面影响降低到最低程度的化学．
（2）原子经济性：反应物的原子全部转化为期望得到的最终产物，即原子利用率为100%。绿色化学要求原料和产品无害，在化学过程中不产生“三废”或使“三废”降低到最低程度．
【热点难点全析】
考点一 海水资源的综合利用
1.氯碱工业
(1)设备：
离子交换膜电解槽，离子交换膜只允许阳离子通过。
(2)原理：
2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
(3)工艺流程：
粗盐水 过滤离子交换树脂―→精 盐水。
在进入电解槽前需通过阳离子交换塔进一步除去Ca2＋、 Mg2＋等离子，以防破坏离子交换膜。
2.海水提镁
(1)工艺流程
(2)步骤
①加熟石灰；②过滤；③加盐酸；④浓缩结晶；⑤脱水；⑥电解。
(3)发生反应的化学方程式
①MgCl2+Ca(OH)2===Mg(OH)2↓+CaCl2
②Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O
③MgCl2 · 6H2O MgCl2+6H2O
④MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑
3.海水提溴
(1)步骤
①用蒸馏法将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化
②向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质；
③向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的；
④向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气；
⑤用四氯化碳(或苯)萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。
(2)发生反应的化学方程式
①2NaBr+Cl2===Br2+2NaCl
②Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4
③2HBr+Cl2===2HCl+Br2
考点二 环境污染的分类与防治、绿色化学
1. 环境污染的分类与防治
主要污染物及来源 主要危害 防治措施
大气污染 ①污染物：硫氧化物、氮氧化物、碳氢化合物、固体颗粒②来源：化石燃料的燃烧，工厂废气、废烟、扬尘 ①危害人体健康②破坏建筑物③影响动、植物生长④改变气候 ①开发新能源，减少化石燃料的燃烧②对工业尾气进行处理③立法管理
水污染 ①污染物：重金属盐、耗氧有机物、氮、磷化合物等②来源：工业废水、生活废水、实验室和医院废水 ①污染饮用水、影响人畜健康②影响植物生长③形成水华、赤潮，影响水中生物生长 ①对废水进行无害化处理后排放②立法管理
土壤污染 ①污染物：重金属盐、废塑料、工业废料、建筑垃圾②来源：生活垃圾、工厂、建筑、化肥、农药、各种废水 ①使土壤板结、硬化②水肥流失 ①对垃圾回收和分类处理，综合利用②控制各种废水排放
2.绿色化学思想
（1）含义解释
(2)绿色化学的基本原则
①防止污染的产生优于治理产生的污染；
②原子经济性(设计的合成方法应将反应过程中所用的材料尽可能全部转化到最终产品中)即原子的利用率达到100%。
原子的利用率=
③应考虑到能源消耗对环境和经济的影响，并应尽量少地使用能源(在常温、常压下进行)。
（3）化学实验绿色化的途径
①开发绿色实验，如实验室以H2O2分解法制氧取代氯酸钾分解法，实现原料和反应过程的绿色化；
②防止实验过程中尾气、废物等对环境的污染，实验中有危害性气体产生时要加强尾气吸收，对实验产物尽可能再利用等；
③在保证实验效果的前提下，尽量减少实验试剂的用量(如降低试剂浓度，减少用量等)，使实验小型化、微型化；
④对于危险或反应条件苛刻、污染严重或仪器、试剂价格昂贵的实验，可采用计算机模拟化学实验或观看实验录像等办法；
【提醒】
(1)绿色化学思想从源头上治理污染。有些治理污染的方法不一定符合绿色化学理念，如在土壤中施加石灰不能避免酸雨，使化石燃料充分燃烧不能减少二氧化硫的排放。
(2)注意下列做法不利于环境保护：
①工厂将烟囱建高。
②将有污染的工厂迁移到农村。
③将垃圾焚烧处理。
④不加限制地增加私家车数量。
【高考零距离】
[2012高考题]
1、（2012·海南高考·1）1．化学与环境密切相关，下列有关说法正确的是
A．CO2属于大气污染物
B．酸雨是pH小于7的雨水
C．CO2、NO2或SO2都会导致酸雨的形成
D．大气中CO2含量的增加会导致温室效应加剧
【解析】CO2不属于大气污染物，酸雨pH<5.6。
【答案】D
（2012·上海高考·1）今年3月修订的《环境空气质量标准》中新纳入的强制监测指标是
A．PM2.5 B．NOx C．SO2 D．可吸入颗粒物
【答案】A
【解析】本题考查化学与生活，意在考查考生应用化学知识解释生活现象的能力。2011年3月修订的《环境空气质量标准》将PM2.5纳入强制检测指标，A项正确；氮氧化物、SO2、可吸入颗粒物已在检测指标中，不属于新增检测项目，故答案为：A。
3、（2012·海南高考·20）
20—Ⅰ（6分）污水经过一级、二级处理后，还含有少量Cu2+、Hg2+、Pb2+等重金属离子，可加入沉淀剂使其沉淀。下列物质不能作为沉淀剂的是
A．氨水 B．硫化氢 C．硫酸钠溶液 D．纯碱溶液
【解析】各项所加试剂均应过量才符合题目要求，A项溶液形成络离子，B项生成硫化铜、硫化汞、硫化铅等沉淀，C项硫酸铜不是沉淀，D项均能通过双水解调节pH转化为沉淀。
【答案】BD
20—Ⅱ（14分）合成氨的流程示意图如下：
回答下列问题：
（1）工业合成氨的原料是氮气和氢气。氮气是从空气中分离出来的，通常使用的两种分离方法是 、 ；氢气的来源是水和碳氢化合物，写出分别采用煤和天然气为原料知趣氢气的化学方程式 、 ；
（2）设备A中含有电加热器，触媒和热交换器，设备A的名称是 ；其中发生的化学方程式为 ；
（3）设备B的名称是 ，其中m和n是两个通水口，入水口是 （填“m”或“n”）。不宜从相反方向通水的原因是 ；
（4）设备C的作用是 ；
（5）在原料气制备过程中混有的CO对催化剂有毒害作用，欲除去原料气中的CO，可通过如下反应来实现：
CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）
已知1000K时该反应的平衡常数K=0.627，若要使CO的转化超过90%，则起始物中c（H2O）：c（CO）不低于 。
【解析】合成氨的设备为合成塔，冷凝分离产品的设备为冷凝器，入口时要采用逆流操作，设备C用于气—固分离。末问计算用三段式进行计算：
CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）
起始浓度： x y 0 0
变化浓度：0.9x 0.9x 0.9x 0.9x
平衡浓度：0.1x y-0.9x 0.9x 0.9x
则平衡常数K=
解得y：x=13.8，该数值是最小数值，水越多，CO转化率越大。
【答案】
（1）液化、分馏 与碳反应后出除去CO2
（2）合成（氨）塔
（3）冷却塔（或冷凝器） n 高温气体由冷却塔的上端进入，冷却水从下端进入，逆向冷却效果好
（4）将液氨与未反应的原料气分离
（5）13.8
[2011高考题]
1.（2011·重庆）“化学，让生活更美好”，下列叙述不能直接体现这一主旨的是
A． 风力发电，让能源更清洁 B．合成光纤，让通讯更快捷
C．合成药物，让人类更健康 D．环保涂料，让环境更宜居
【答案】A
【解析】考查材料、环保、人体健康等有STS价值取向的有关内容。风力发电属于新能源，但属于物理变化，与化学无关，因此是不能直接体现这一主旨的，选项B、C、D均与化学有关，所以该题的正确答案是A。
2.（2011·福建高考·6）下列关于化学与生产、生活的认识不正确的是
A．CO2、CH4、N2等均是造成温室效应的气体
B．使用清洁能源是防止酸雨发生的重要措施之一
C．节能减排符合低碳经济的要求
D．合理开发利用可燃冰(固态甲烷水合物)有助于缓解能源紧缺
【答案】A
【解析】由于N2不是造成温室效应的气体，所以A不正确。这题涉及STSE内容，主要与环保、能源和低碳经济有关，属于常识题。
3.(2011·江苏高考·1)化学与人类生活、社会可持续发展密切相关，下列措施有利于节能减排、保护环境的是
①加快化石燃料的开采与使用；②研发易降解的生物农药；③应用高效洁净的能源转换技术；④田间焚烧秸秆；⑤推广使用节能环保材料。
A.①③⑤ B.②③⑤ C.①②④ D.②④⑤
【答案】B
【解析】本题属于考核化学与社会问题中的节能减排、保护环境、资源利用等相关问题。
加快化石燃料的开采与使用，只会加剧了碳排放；推广清洁能源，将会有助于改善大气的状况。易降解的生物农药，有助于改善我国的食品不安全状况，有利于保护环境；随着农用化学物质源源不断地、大量地向农田中输入，造成有害化学物质通过土壤和水体在生物体内富集，并且通过食物链进入到农作物和畜禽体内，导致食物污染，最终损害人体健康；绿色食品的理念就是要少用或不用化肥和农药生产出来的食品。田间焚烧秸秆污染环境，浪费资源，已成为影响人们日常生活的公害。
[2010高考题]
1.（2010·天津卷）以节能减排为基础的低碳经济是保持社会可持续发展的战略举措。下列做法违背发展低碳经济的是
A．发展氢能和太阳能
B．限制塑料制品的使用
C．提高原子利用率，发展绿色化学
D．尽量用纯液态有机物代替水作溶剂
【答案】D
【解析】所谓低碳经济，是指在可持续发展理念指导下，通过技术创新、制度创新、产业转型、新能源开发等多种手段，尽可能地减少煤炭石油等高碳能源消耗，减少温室气体排放，达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。发展氢能和太阳能，限制塑料的使用，和发展绿色化学，都符合低碳经济。
命题立意：考查低碳经济。本题关注社会，密切联系实际进行了命题。
2.（2010·江苏卷）化学与能源开发、环境保护、资源利用等密切相关。下列说法正确的是
A．为提高农作物的产量和质量，应大量使用化肥和农药
B．绿色化学的核心是应用化学原理对环境污染进行治理
C．实现化石燃料清洁利用，就无需开发新能源
D．垃圾是放错地方的资源，应分类回收利用
【答案】D
【解析】本题主要考查的知识点有是①化学物质与生活得关系、②绿色化学的概念、③化肥农药对人类生活的影响。A项，为了提高农作物的产量和质量，应研发高效低毒的农药，降低蔬菜的农药残留量；B项、绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染；C项，化石能源是有限的一次能源，为了长远的可持续发展，必须要开发新能源；D项，垃圾也是一项重要的资源。综上分析可知，本题选D项。
3.（2010·重庆卷）减缓温室气体排放是2009年哥本哈根气候变化会议的议题。下列反应不产生温室气体的是
A．用纯碱制玻璃 B．用煤炭作燃料
C．用铁矿石炼铁 D．用氨制碳酸铵
【答案】D
【解析】本题考查反应中产生的温室气体。A项，制玻璃的反应为:Na2CO3+SiO2 Na2SiO3+CO2；B项，碳燃烧可产生CO2气体；C项，铁矿石与C或CO反应可生成CO2；这三项均生成CO2，即产生温室气体。D项，NH3与CO2反应生成(NH4)2CO3，没有产生CO2。

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