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选修2　化学与技术
第一节　化学与资源开发利用
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1．了解我国无机化工的生产资源和产品的主要种类；了解化学肥料、农药等在农业生产中的作用。
2．了解合成氨的主要原理、原料、设备、流程和意义。
3．了解化学在水处理中的应用；了解海水的综合应用。
4．了解化学对废旧物资再生与综合利用的作用。
5．了解金属材料、无机非金属材料的特点，了解有关的生产原理。
6．了解用化学方法进行金属表面处理的原理。
一、空气的分离
1．深冷分离法
原理：先将空气______、______液化后，再将液态空气进行______，根据各种气体的______不同进行______分离。
使空气液化的方法：先______，再进行______，最后进行________。
优点：可大规模生产纯度较高的________、________和__________(纯度可达98.0%～99.9%)；不足：________大，__________高。
2．变压吸附法
原理：利用分子筛的______性，对通入设备的空气________，使其吸附更多气体。吸附完成后，________，使所吸附的气体尽量完全地解吸放出。
优点：设备简单，能耗______。不足：所得气体______。
应用：空气分离制富氧空气、富氮空气；制备高纯氢；分离混合气体。
3．膜分离法
原理：利用特殊制造的、具有__________性能的薄膜，在________推动下使某些物质可以通过，另一些物质不能通过，从而对混合物进行________、________、________。
优点：分离过程简单、设备费用低、能耗少。
应用：空气分离制富氧空气；化工、石油、燃料等，工业中回收各种气体。
即时训练1在压强为1.01×105 Pa时液态氮的沸点是－269 ℃，液态氧的沸点是－196 ℃，液态氦的沸点是－183 ℃。采用深冷分离法从空气中分离这3种气体时，随温度升高它们逸出的先后顺序是____________________。
二、海水淡化与现代水处理技术
1．海水淡化的方法
(1)蒸馏法：将水加热至______蒸发汽化，然后将水蒸气______而得到蒸馏水的方法。优点是设备简单、易操作，淡水质量好。缺点是能耗大。
(2)电渗析法：利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子________性，在外加________作用下，海水中溶解盐的离子转移到另一部分海水中，使海水淡化的方法。
2．纯水的制造方法
(1)离子交换法：使离子交换树脂上的离子与水中的离子进行交换，以除去水中阴、阳离子的方法。如阳离子交换树脂：__________________________(用离子方程式表示，下同)，阴离子交换树脂：________________________。交换完后的树脂用酸或碱处理能重新恢复交换能力。
(2)反渗透分离法：膜分离法的一种。
在含盐量高的溶液一侧外加压力，可以迫使水向相反的方向渗透，将水从浓溶液中排出而使盐分留下。
3．污水处理的方法
含义 操作
物理法 主要是利用__________和________对废水进行治理 沉淀、均衡调节、过滤、离心分离等
物理化学法 通过____________来除去污染物的方法 吸附、浮选、反渗透、电渗析、超过滤、超吸附等
化学法 通过施用________或采用________进行废水处理的方法 中和法、氧化法、还原法、离子交换法等
生物化学法 利用______作用，除去废水中的__________及________的方法 活性污泥法、生物滤池法、厌气处理法等
特别提示：水的暂时硬度和永久硬度的区别：
主要区别在于所含的主要阴离子种类的不同，由Mg(HCO3)2或Ca(HCO3)2所引起的水的硬度叫暂时硬度，由钙和镁的硫酸盐或氯化物等所引起的水的硬度叫永久硬度。天然水的硬度是泛指暂时硬度和永久硬度的总和。
即时训练2 21世纪是海洋世纪，海洋经济专属区的开发受到广泛重视，下列有关说法正确的是(　　)。
A．海水含镁，将金属钠放入海水中可以制取金属镁
B．利用潮汐能发电是将化学能转化为电能
C．从海水中提取溴的过程涉及氧化还原反应
D．海底多金属结核矿含有Fe、Mn、Co、B等金属
三、重要的化工生产原理
1．合成氨工业
(1)主要原料：__________________。
(2)反应原理：H2O(g)＋CCO＋H2，____________________，__________________，____________________。
(3)主要设备：______。
(4)主要生产过程：原料气制备→____→压缩→____→分离。
2．氨氧化法制硝酸
(1)主要原料：____________。
(2)反应原理：__________________________________，______________________，__________________________。
(3)尾气净化：①碱液吸收法：______________________________________________。
②催化还原法：H2＋NO2===NO＋H2O，__________________________________，________________________，CH4＋4NO===2N2＋CO2＋2H2O。
3．硫酸工业
(1)主要原料：______________________________。
(2)反应原理与设备：____________________________________________________(沸腾炉)，________________________________________(接触室)，__________________(吸收塔)。
(3)生产过程：SO2的制取→______→SO2的______→SO3的吸收。
4．氯碱工业
(1)主要原料：__________。
(2)反应原理：
电极反应：阴极：________________________，阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑。
总反应：______________________________________。
(3)主要设备：________________。
(4)生产过程：粗盐水→精制→电解。
5．玻璃工业
(1)主要原料：__________________。
(2)反应原理：________________________，____________________________________。
(3)主要成分：Na2O·CaO·6SiO2。
6．金属的冶炼
(1)金属冶炼的原理
①热还原法：金属活动性顺序中，从______到______等金属的冶炼。
②电解法：金属活动性顺序中，__________以前的金属的冶炼。
(2)金属冶炼的方法
碳钢、合金钢、铝合金等金属材料
即时训练3在NH3、HNO3、H2SO4的工业生产中，具有的共同点是______。
①使用吸收塔设备　②使用尾气吸收装置　③使用催化剂　④使用H2作原料　⑤均有氧化还原反应发生　⑥均需高温高压条件
一、氯碱工业生产
1．原料：精制饱和NaCl溶液。
2．原理：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。
3．设备：离子交换膜电解槽。离子交换膜只允许Na＋通过。
4．离子膜法电解制烧碱的工艺流程(如下图)
5．食盐的精制
(1)粗盐的成分：粗盐中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO等杂质，不符合电解要求，因此必须经过精制。
(2)杂质的危害：Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等金属离子在碱性环境中会生成沉淀，损坏离子交换膜。此外，杂质的存在会使得到的产品不纯。
(3)除杂质过程
6．氯碱工业
特别提示：(1)粗盐精制中必须注意加入试剂的顺序，为了使离子沉淀完全，使加入的过量的试剂也被除去，纯碱须加在钡试剂后，稀盐酸加在过滤后的滤液中。
(2)加入试剂后的盐水中仍有少量Ca2＋、Mg2＋等，还需再进入阳离子交换塔进一步除去。
【例1】海水是巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列。从海水中提取食盐和溴的过程如下：
(1)请列举海水淡化的两种方法：__________________、________________。
(2)将NaCl溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有H2、__________________、__________________或H2、________________。
(3)步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，其目的为________________________。
(4)步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式为______________________________，由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是______________________。
(5)某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法，查阅了有关资料：Br2的沸点为59 ℃，微溶于水，有毒性和强腐蚀性。他们参观生产过程后，绘制了如下装置简图。
请你参与分析讨论：
①图中仪器B的名称：________________。
②整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因为______________________。
③实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件：____________________________。
④C中液体产物颜色为________________。为除去该产物中仍残留的少量Cl2，可向其中加入NaBr溶液，充分反应后，再进行的分离操作是________________。
二、氯碱法与联合制碱法的比较
索尔维法(氨碱法) 侯氏制碱法(联合制碱法)
原理 NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O↑
原料 NaCl、NH3、CaCO3(制备CO2和CaO) NaCl、NH3、CO2
生产流程
优、缺点 原料便宜，步骤简单，但是产生大量CaCl2，食盐利用率低 原料利用率及产品纯度高，同时得到氮肥NH4Cl
【例2】水是一种重要的自然资源，是人类赖以生存不可缺少的物质。水质优劣直接影响人体健康。请回答下列问题。
(1)天然水中溶解的气体主要有__________________、________________。
(2)天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是______________________(填其中任何两种)，其净水作用的原理是________________________。
(3)水的净化与软化的区别是______________。
(4)硬度为1°的水是指每升水含10 mg CaO或与之相当的物质(如7.1 mg MgO)。若某天然水中c(Ca2＋)＝1.2×10－3mol·L－1，c(Mg2＋)＝6×10－4mol·L－1，则此水的硬度为________________。
(5)若(4)中的天然水还含有c(HCO)＝8×10－4mol·L－1，现要软化10 m3这种天然水，则需先加入Ca(OH)2________g，后加入Na2CO3________g。
三、化学原理在硫酸工业生产中的应用
1．化学原理与硫酸工业生产流程
2．化学原理在化工生产中的应用
(1)增大反应速率的措施
①升高温度；②使用催化剂；③在沸腾炉中燃料燃烧时，使原料粉碎，增大与空气的接触面积。
(2)逆流原理的应用
沸腾炉中的原料从炉顶落下，热空气从炉底吹入，使原料与助燃气体充分接触，反应充分进行；吸收塔中使用大量耐酸瓷环(片)，浓硫酸从塔顶喷下，三氧化硫气体从塔底吹入，提高吸收程度。
(3)热交换原理的应用
由于2SO2＋O22SO3是放热反应，在接触室内使用热交换器，使反应后热的气体预热作为接触室的原料气，达到节约能源、降低生产成本的目的。
(4)循环操作原理的应用
由于2SO2＋O22SO3是可逆反应，尾气中还有一定的SO2和O2，再通过一定措施将这部分气体送回接触室，提高原料利用率，同时减少废气排放。
【例3】硫酸是工业生产中最为重要的产品之一，在化学工业的很多领域都要用到浓硫酸。
(1)在硫酸工业生产中，我国采用黄铁矿为原料生产SO2，反应的化学方程式为__________________________，该反应在____________中进行(填设备名称)。
(2)为了有利于SO2转化为SO3，且能充分利用热能，采用了多层催化剂且有热交换器的______________(填设备名称)中进行反应。在如图所示的装置中，C处流出的气体有______________________；SO3进入____________(填设备名称)用____________吸收，得到浓硫酸或发烟硫酸。
(3)实验测得SO2反应生成SO3的转化率与温度、压强有关，请根据下表信息，结合工业生产实际，选择最合适的生产条件是__________________________。
(4)现在欲提高SO2的反应速率和转化率，下列措施可行的是__________。
A．向装置中通入氮气且保持体积不变
B．向装置中通入氧气且保持体积不变
C．添加更多的催化剂
D．降低温度，及时转移SO3
(5)由吸收塔排出的尾气中有SO2的含量如果超过500 μL/L，就要加以处理后才能排出，处理方法之一是用氨水洗涤烟气脱硫，用方程式表示氨水洗涤吸收塔排出的尾气的化学方程式________________________________。
1．(2012重庆理综)化学工业是国民经济的支柱产业。下列生产过程中不涉及化学变化的是(　　)。
A．氮肥厂用氢气和氮气合成氨
B．钢铁厂用热还原法冶炼铁
C．硫酸厂用接触法生产硫酸
D．炼油厂用分馏法生产汽油
2．(2012四川理综)下列关于“化学与健康”的说法不正确的是(　　)。
A．服用铬含量超标的药用胶囊会对人体健康造成危害
B．食用一定量的油脂能促进人体对某些维生素的吸收
C．“血液透析”利用了胶体的性质
D．光化学烟雾不会引起呼吸道疾病
3．(2012海南化学)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
4．(双选)(2012海南化学)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．硫化氢气体
C．硫酸钠溶液 D．纯碱溶液
5．(2012广东理综)化学与生活息息相关，下列说法不正确的是(　　)。
A．用食醋可除去热水壶内壁的水垢
B．淀粉、油脂和蛋白质都是高分子化合物
C．自行车钢架生锈主要是电化学腐蚀所致
D．新型复合材料使手机、电脑等电子产品更轻巧，实用和新潮
参考答案
基础梳理整合
一、1．降温　加压　升温　沸点　蒸馏　加压　热交换　节流膨胀　氧气　氮气　稀有气体　能耗　生产成本
2．强吸附　加大压力　降低压力　低　纯度不高
3．选择透过　外力　分离　提纯　浓缩
即时训练1　答案：氦气、氮气、氧气
二、1．(1)105 ℃　冷凝　(2)选择透过　直流电场
2．(1)HR＋M＋MR＋H＋　ROH＋Y－RY＋OH－
3．物理原理　机械作用　物理化学过程　化学药剂　其他手段　微生物　溶胶物质　有机物质
即时训练2　C
三、1．(1)空气、化石燃料、水　(2)CH4＋H2OCO＋3H2　H2O(g)＋COCO2＋H2　N2＋3H22NH3　(3)合成塔　(4)净化　合成
2．(1)氨、空气、水
(2)4NH3＋5O24NO＋6H2O　2NO＋O2===2NO2　3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
(3)①2NO2＋Na2CO3===NaNO3＋NaNO2＋CO2　②2H2＋2NO===N2＋2H2O　CH4＋4NO2===4NO＋CO2＋2H2O
3．(1)空气、黄铁矿(硫铁矿)或硫黄、水　(2)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2　2SO2＋O22SO3　SO3＋H2O===H2SO4　(3)净化　氧化
4．(1)饱和食盐水　(2)2H＋＋2e－===H2↑　2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑　(3)离子交换膜电解槽
5．(1)石灰石、石灰、纯碱　(2)CaCO3＋SiO2CaSiO3＋CO2↑　Na2CO3＋SiO2Na2SiO3＋CO2↑
6．(1)①Zn　Cu　②Al
即时训练3　答案：③⑤
核心归纳突破
【例1】答案：(1)蒸馏法、电渗析法、离子交换法及其他合理答案中的任意两种　(2)Cl2　NaOH　NaClO　(3)富集溴元素　(4)Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋SO＋2Br－　强酸对设备的严重腐蚀　(5)①冷凝管　②Br2腐蚀橡胶　③控制温度计b的温度，并收集59 ℃时的馏分
④深红棕色　分液(或蒸馏)
【例2】答案：(1)O2　CO2(或氮气)
(2)明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁　铝盐或铁盐在水中发生水解生成相应氢氧化物胶体，它可吸附天然水中悬浮物并破坏天然水中的其他带异电的胶体，使其聚沉，达到净化目的
(3)水的净化是用混凝剂(如明矾等)将水中胶体及悬浮物沉淀下来，而水的软化是除去水中的钙离子和镁离子
(4)10°
(5)740　1 484
【例3】答案：(1)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2　沸腾炉
(2)接触室　SO3、SO2、O2　吸收塔　98.3%的H2SO4
(3)400 ℃，1个标准大气压　(4)B
(5)2NH3·H2O＋SO2===(NH4)2SO3＋H2O
解析：(3)400 ℃时，SO2的转化率已达到0.996 1，压强增大时虽能够提高SO2的转化率但增加不大，且压强越大对设备的要求越高，故最合适的条件是400 ℃，1个标准大气压。
(4)通入N2保持体积不变，SO2 的反应速率和转化率不变，添加更多的催化剂，不改变SO2的转化率，降低温度SO2的反应速率减小，故应选择B。
演练巩固提升
1．D　解析：本题考查几个重要化工生产的反应原理。NH3是N2与H2在高温高压催化剂条件下通过化合反应生产的，故A错；钢铁厂用CO还原Fe2O3炼铁是化学变化，故B错；接触法生产硫酸通过三步化学反应生成，故C错；石油的分馏原理利用石油中各种烃的沸点不同将石油分成不同沸点范围烃的混合物，如60～150 ℃的馏分为汽油，属物理变化，故选D。
2．D　解析：本题考查化学与生活，意在考查学生对化学基本常识的认识与应用。铬属重金属元素，会危害身体健康，A项正确；油脂能溶解一些脂溶性维生素，因此食用一定量的油脂能促进人体对脂溶性维生素的吸收，B项正确；血液透析是利用半透膜原理，通过扩散、对流使体内各种有害以及多余的代谢废物和过多的电解质移出体外，达到净化血液的目的，C项正确；光化学烟雾中含NOx，会引发呼吸道疾病，D项错误。
3．D　解析：CO2是大气的组成成分，不属于大气污染物，A选项错；酸雨是指pH小于5.6的雨水，B选项错；CO2不会导致酸雨，NO2或SO2都会导致酸雨，C选项错；CO2是温室气体，其含量的增加会导致温室效应加剧，故D选项正确。
4．AC　解析：加入氨水后，Cu2＋会生成络合物，不能生成沉淀，故A错；硫酸钠与Cu2＋也不会生成沉淀，故C错。H2S与三种离子会生成CuS、HgS和PbS沉淀；纯碱能增大溶液的pH，使三种离子都生成沉淀。
5．B　解析：油脂不属于高分子化合物。
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