备战2021 高考化学 考点22 环境保护与绿色化学 海水资源的开发利用（原卷版）

备战2021 高考化学 考点22 环境保护与绿色化学 海水资源的开发利用（原卷版）

考点 22 环境保护与绿色化学 海水资源的开发利用 一、环境污染 1．酸雨 （1）酸雨的形成 pH<5.6 的降水称为酸雨，大量硫的氧化物和氮的氧化物散发到空气中，被雨水吸收后就形成了酸雨， 酸雨的 pH<5.6(正常的雨水由于溶解了 CO2 而呈弱酸性，pH 约为 5.6)。 （2）酸雨的危害及防治 ①酸雨的危害：a.酸雨流入江河湖泊，导致鱼类死亡，影响水生生物的生长和繁殖；b.酸雨进入土壤， 会使土壤酸化，营养元素流失，破坏农作物和树木的生长；c.酸雨腐蚀损坏桥梁、雕塑、建筑物、机器等； d.酸雨危害人体健康。 ②酸雨的防治：a.消除污染源，研究开发能替代化石燃料的新能源(如氢能、太阳能、核能等)；b.利用 化学手段对含硫燃料预先进行脱硫处理，以降低二氧化硫的排放，对含 SO2 的废气进行处理或回收利用；c. 提高全民的环境保护意识。 2．其他常见的环境污染 污染类型 污染原因 温室效应 CO2 排放量过多，造成全球气温上升 赤潮/水华 大量富含 N、P 等营养物质的废水的排放，使水体富营养化 臭氧层空洞 氟氯代烷、氮的氧化物等的大量排放使臭氧层大量损耗 光化学污染 主要是由氮的氧化物(主要指 NO2)和碳氢化合物引起 白色污染 主要是由废弃的难降解的塑料类制品造成 食品污染 人类在动物饲养和植物培养过程中，使用大量的生长激素、农药、化肥等造成 的 飘尘 烟雾、尘埃、煤灰或冷凝汽化物的固体长时间悬浮于空气中造成的 3．工业尾气及其主要成分 （1）硫酸厂尾气：SO2、O2、N2 等，一般用氨水吸收。 （2）硝酸厂尾气：NO、NO2、N2、O2 等，一般用 NaOH 溶液吸收。 （3）高炉煤气：CO、CO2、N2 等，一般回收利用。 （4）炼钢烟气：Fe2O3 烟尘、CO 等，一般回收利用。 （5）焦炉气：H2、CH4、CO、CO2、C2H4、N2 等，可用作燃料。 （6）氯碱工业：Cl2，一般用 NaOH 溶液吸收。 二、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 悬浮颗粒物、二氧化硫和氮氧化物。 2．三废污染：三废是指废水、废气、废渣。 3．环保措施：回收利用、达标排放、研制可降解塑料等无污染的新材料等。 三、绿色化学 1．核心：利用化学原理从源头上消除和减少工业生产对环境造成的污染。 2．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）具有理想的“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”。 3．原子经济性：原子经济性可用原子利用率来衡量，其定义可表示为原子利用率＝ 期望产物的总质量 生成物的总质量 ×100%。 ①CH2=CH2＋Br2―→CH2BrCH2Br ②CH4＋Cl2――→ 光 CH3Cl＋HCl 上述两反应的原子利用率为 100%的是①，原子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。 四、海水资源的综合开发利用 1．海水淡化 （1）①海水淡化：通过从海水中提取淡水或从海水中分离出盐分，以达到淡化海水的目的。 ②海水淡化的方法及原理 淡化方法 原理 蒸馏法 将海水加热蒸发汽化，然后冷凝水蒸气得到蒸馏水 电渗析法 利用阴、阳离子交换膜对水中阴离子、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入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阳离子和阴离子， 得到去离子水的方法 ③海水蒸馏原理示意图 （2）从海水中提取食盐 从海水中提取食盐的方法主要是盐田法。盐田法(又叫滩晒法)历史最悠久，而且也是最简便和经济有效 的方法，现在还在广泛使用。 2．氯的提取——氯碱工业 化学方程式为 2NaCl+2H2O 2NaOH+Cl2↑+H2↑ 3．海水提取镁 （1）工业从卤水中提取镁的工艺流程图： （2）发生反应的化学方程式 MgCl2 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 ↓ + CaCl2 Mg(OH)2 + 2HCl MgCl2 + H2O MgCl2(熔融) Mg + Cl2  4．海水提取溴 （1）流程 （2）发生反应的离子方程式 ①2Br－+Cl2 2Cl－+Br2； ②Br2+SO2+2H2O 4H++SO2－ 4 +2Br－。 5．海带中提取碘 （1）工艺流程 （2）两种原理 a.主要的化学原理： 2KI+Cl2 2KCl+I2。 b.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。 氧化环节发生反应的离子方程式：2I－+Cl2 2Cl－+I2。 6．海水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。 考向一 海水资源的综合开发利用 典例 1 海洋是人类的巨大宝库，在淡水资源短缺的今天，对海水(含 Na＋、Cl－、Mg2＋、 2 4SO  、K＋、Br－ 等)进行淡化处理是获得淡水的一种重要途径，水的净化处理是一项极为常见而又重要的工作。 （1）在净水过程中需用到混凝剂，混凝剂除去悬浮物质的过程中发生了________(填“物理”“化或“物理 和化)变化，其中不能作为混凝剂使用的是________(填序号)。 a．硫酸铝 b．氧化铝 c．碱式氯化铝 d．氯化铁 （2）最早用于海水淡化的方法是蒸馏法，其原理是_______________，此方法需要大量的能源，但现 代蒸馏法可利用太阳能提供蒸馏所需要的能量，此过程中的能量转化形式为__________________。 （3）离子交换法是海水淡化的一种重要方法，其工作原理为：使海水分别通过阳离子交换树脂(成分表 示为 RH)和阴离子交换树脂(成分表示为 ROH，两种树脂均不易电离)，工作时海水中的离子分别与树 脂上的—H、—OH 交换，—H、—OH 分别以 H＋、OH－形式进入水中，某海水淡化车间的生产流程如 图所示。则离子交换柱中应分别装入的离子交换树脂为 A 柱________(填“RH”或“ROH”)，这样放置可 以防止因形成沉淀造成交换膜功能下降，写出形成沉淀时的离子方程式_____________________，另外 写出海水中 2 4SO  被留在离子交换树脂中的离子方程式_______________。 海水中物质提取的思路 考向二 环境污染的分类与防治 典例 2 近几年来，雾霾天气已经严重影响了人们的日常生活。为达成“同呼吸，共奋斗”全国各地为治理雾 霾广泛开展了一系列活动。下列活动不符合这一主题的是 A．机动车实行限行措施是减少雾霾的途径之一 B．积极推广风能、太阳能、氢能等新型能源的使用 C．通过吸收空气中 CO2 并利用廉价能源合成汽油 D．将秸秆焚烧可得富含钾肥的草木灰，焚烧是一种较为理想的秸秆处理办法 主要的大气污染物及其危害 大气污染物 主要成分 危害 颗粒物 (如 PM2.5) 大气中液体、固体状颗粒 物，又称飘尘 加重呼吸道疾病，其他有 害气体转化的催化剂 S 的氧化物 SO2、SO3 酸雨 N 的氧化物 NO、NO2 光化学烟雾、酸雨、破坏 臭氧层 C 的氧化物 CO 降低血液的输氧能力 碳氢化合物 CH4、C2H6 等 温室效应、光化学烟雾 氟氯代烷 CF3Cl(氟利昂)等 温室效应，破坏臭氧层 考向三 绿色化学 典例 3 绿色化学实验是指化学实验要符合绿色化学思想，如减少污染，防止浪费等。下列符合绿色化学实 验的是 A．用铜与浓硫酸反应制取 CuSO4，并用少量品红溶液吸收尾气 B．将 CO 还原 Fe2O3 后的尾气直接排入空气中 C．用 CCl4 进行萃取操作练习时，将溴水改成碘水 D．将 Zn 和稀硫酸制 H2 后的废液倒入水槽后，再清洗玻璃仪器 实现绿色化学的过程、目标及措施 1．“绿色化实验已走进课堂，下列做法符合“绿色化的是 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 2．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% 3．当前，汽车尾气已成为许多城市空气的主要污染源。研究表明，含 TiO2 的混凝土或沥青可以部分消除汽 车尾气中的氮氧化物，其原理如图所示： 下列关于该“消除”过程的叙述不正确的是 A．部分光能转变为化学能 B．消除总变化为 NOx＋O2＋H2O―→HNO3 C．消除反应能全天候发生 D．使用纳米 TiO2 的消除效率更高 4．海水中的盐类有 70%的 NaCl，还含有 MgCl2、MgSO4 等。从海水中分离出氯化钠的过程如图所示。下 列说法错误的是 A．加入过量 A 的目的是使 Mg2＋和 SO 2－ 4 全部转化为沉淀而除去 B．试剂 B 为 Na2CO3 C．步骤④的实验操作为降温结晶 D．适量 C 加入的标准是无气体产生 5．在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最高的是 A．CH2=CH2＋CCH3OOOH(过氧乙酸)―→CH2OCH2＋CH3COOH B．CH2=CH2＋Cl2＋Ca(OH)2―→CH2OCH2＋CaCl2＋H2O C．2CH2=CH2＋O2 2CH2OCH2 D．3CH2OHCH2OH HOCH2CH2—O—CH2CH2OH＋CH2OCH2＋2H2O 6 ． “ 煤 制 油 ” 的 关 键 技 术 是 煤 的 气 化 ， 而 目 前 煤 的 气 化 主 要 是 煤 中 的 碳 和 水 蒸 气 的 反 应:C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)，该反应是吸热反应，反应所需能量是由间歇进行的碳的燃烧(氧气用空 气代替)来提供的:C+O2 CO2。下面关于该过程的说法不正确的是 A．煤的气化可以减少煤直接燃烧对环境造成的粉尘污染 B．第一个反应需要吸热，所以煤的气化从能量角度来看，得不偿失 C．煤气化后作为燃料，燃烧充分，热利用率高 D．上述两个反应，反应后的混合气体中除去 CO、CO2 后主要就是合成氨的两种原料气体 7．根据下图海水综合利用的工业流程图，判断下列说法不正确的是 已知：MgCl2·6H2O 受热生成 Mg(OH)Cl 和 HCl 气体等。 A．过程①的提纯是化学过程，过程②通过氧化还原反应可产生 2 种单质 B．在过程③中将 MgCl2·6H2O 直接灼烧得不到 MgCl2 C．在过程④、⑥反应中每氧化 0.2 mol Br−需消耗 2.24 L Cl2 D．过程⑤反应后溶液呈强酸性，生产中需解决其对设备的腐蚀问题 8．煤是一种常用的燃料。由于煤燃烧产生的废气中含有 SO2、NO2 和 NO 等多种有害气体和烟尘，会对环 境造成严重污染，因此需要将煤进行加工后再燃烧，或将废气净化后再排放。 （1）将煤直接进行燃烧，造成环境污染的原因之一是形成硝酸型酸雨。 ①写出有关物质转化为硝酸的化学方程式 。 ②下列对硝酸型酸雨的评价正确的是 。 a.杀死水中的浮游生物，减少鱼类的食物来源，破坏水生生态系统 b.对电线、铁轨、桥梁、房屋等均会造成严重损害 c.会造成臭氧空洞 d.硝酸与土壤中的矿物质发生作用转化为硝酸盐，向植物提供氮肥 （2）如图所示是对工业上煤燃烧产生的废气进行常温脱硫处理的基本流程示意图，写出在废气脱硫并形 成副产物的过程中所发生的主要反应的化学方程式 。 （3）采取脱硫操作后，排出气体中含量明显增加的是 (填物质名称)，对环境的影响是 。 （4）检验脱硫后气体中是否含有 SO2 的简单方法是 。 9．我国拥有很长的海岸线，具有丰富的海洋资源，以海水为原料的盐化工是我国重要产业。盐卤是海水晒 盐后的富含镁盐的溶液，其中除含镁盐外，还含有其他盐类(如图甲)。盐卤在食品、化工等方面具有广泛的 用途。请解答下列与盐卤有关的题目: （1）根据如图甲，写出盐卤中含量最多的两种盐的化学式: 、 。 （2）图乙是盐卤中某些物质的溶解度曲线，已知 t1 ℃时，MgSO4 和 KCl 的溶解度分别为 M、N，则它 们溶解度大小的关系为 ；将盐卤加热到 t2 ℃以上，根据溶解度曲线，首先析出的晶体应 是 。 （3）化工厂利用卤水生产金属镁的工艺流程如图: “操作①”的目的是将氢氧化镁沉淀分离出来，操作①的名称是 。氢氧化镁与试剂 B 反应的化学 方程式为 。操作②的名称是 。该方法的优点为 。 （4）用电解法制备金属镁，两位同学分别设计了下面的两种方法。 甲:电解氯化镁溶液 乙:电解熔融的氯化镁 其中同学 (填“甲”或“乙”)能够成功地制备金属镁，假设生产过程中镁元素没有损失，则 100 g 卤 水可制备镁 g。 1．【2020 江苏】打赢蓝天保卫战，提高空气质量。下列物质不属于空气污染物的是 A．PM2. 5 B．O2 C．SO2 D．NO 【答案】B 【解析】A．PM2.5 指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5 微米的颗粒物，PM2.5 粒径小，面积大， 活性强，易附带有毒、有害物质，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环 境质量的影响大，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重，PM2.5 属于空气污染物，A 不选； B．O2 是空气的主要成分之一，是人类维持生命不可缺少的物质，不属于空气污染物，B 选；C．SO2 引起的典型环境问题是形成硫酸型酸雨，SO2 属于空气污染物，C 不选；D．NO 引起的典型环境问题 有：硝酸型酸雨、光化学烟雾、破坏 O3 层等，NO 属于空气污染物，D 不选；答案选 B。 2．[2018·课标全国Ⅱ]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 【答案】C 【解析】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 等分别转化为 HNO3、H2SO4 后，吸收空气中 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 NH3 浓度增大，与雾霾的形成有关，D 项正确。 3．[2018 江苏卷]CO2 是自然界碳循环中的重要物质。下列过程会引起大气中 CO2 含量上升的是 A． 光合作用 B． 自然降雨 C． 化石燃料的燃烧 D． 碳酸盐的沉积 【答案】C 【解析】A 项，光合作用消耗 CO2，光合作用的总方程式可表示为 6CO2+6H2O C6H12O6+6O2，光 合作用会引起大气中 CO2 含量下降；B 项，自然降雨时 H2O 会与少量 CO2 反应生成 H2CO3，不会引起 CO2 含量的上升；C 项，化石燃料指煤、石油、天然气，煤、石油、天然气中都含 C 元素，C 元素燃烧 后生成 CO2，化石燃料的燃烧会引起大气中 CO2 含量上升；D 项，碳酸盐沉积指由形成于海洋或湖泊底 部的粒装泥状碳酸盐矿物及其集合体，通过生物作用或从过饱和碳酸盐的水体中直接沉淀，水体中生物 活动消耗 CO2，有利于碳酸盐沉积，碳酸盐沉积不会引起大气中 CO2 含量上升；化石燃料的燃烧会引起 大气中 CO2 含量上升，答案选 C。 4．[2017 新课标Ⅲ卷]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 【答案】C 【解析】A．通常将大气中直径不大于 2.5μm 的悬浮颗粒物称为 PM2.5，故 A 正确；B．绿色化学的核 心就是从源头上杜绝污染，故 B 正确；C．燃煤燃烧产生 SO2 和 CO2，其中 CaO 可以和 SO2 结合生成 CaSO3， 并最终氧化为 CaSO4，而 CO2 在高温下不能与 CaO 结合生成 CaCO3，则加入 CaO 可减小 SO2 的排放， 但不能减小 CO2 的排放，故 C 错误；D．目前推广使用的清洁燃料有天然气和液化石油气，故 D 正确。 答案选 C。 5．[2017 江苏卷]2017 年世界地球日我国的主题为“节约集约利用资源，倡导绿色简约生活”。下列做法应提 倡的是 A．夏天设定空调温度尽可能的低 B．推广使用一次性塑料袋和纸巾 C．少开私家车多乘公共交通工具 D．对商品进行豪华包装促进销售 【答案】C 【解析】A．设定温度很低时，空调会一直工作，浪费电能，A 错误；B．使用一次性塑料袋和纸巾是浪 费资源的行为，B 错误；少开私家车多乘公共交通工具，属于节约集约利用资源，应该提倡，C 正确；D．对 商品进行豪华包装浪费资源，D 不正确。 6．[2016 浙江卷]为落实“五水共治”，某工厂拟综合处理含 NH4+废水和工业废气（主要含 N2、CO2、SO2、 NO、CO，不考虑其他成分），设计了如下流程： 下列说法不正确．．．的是 A．固体 1 中主要含有 Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3 B．X 可以是空气，且需过量 C．捕获剂所捕获的气体主要是 CO D．处理含 NH4+废水时，发生反应的离子方程式为：NH4++NO2−==N2↑+2H2O 【答案】B 【解析】A、工业废气通入过量的石灰乳，二氧化碳和二氧化硫被吸收形成碳酸钙或亚硫酸钙沉淀，所 以固体 1 中含有氢氧化钙和碳酸钙和亚硫酸钙，故正确；B、气体 1 为一氧化碳、一氧化氮和氮气，微 粒能被氢氧化钠吸收成亚硝酸钠，需要将一氧化氮变成二氧化氮，与一氧化氮一起与氢氧化钠反应，所 以通入的 X 为空气，因为要实现的反应为 NO+NO2+2NaOH=2NaNO2+H2O，空气不能过量，故错误；C、 一氧化碳和氢氧化钠不反应，所以捕获剂捕获的气体主要为一氧化碳，故正确；D、亚硝酸钠中的氮元 素为+3 价，与铵根离子中的氮元素−3 价发生氧化还原反应，生成的无污染的气体为氮气，根据电子守 恒和电荷守恒分析，其方程式为 NH4++NO2−==N2↑+2H2O，故正确。故答案选 B。 7．[2015·新课标全国卷Ⅱ]海水开发利用的部分过程如图所示。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 【答案】C 【解析】Cl2 能够置换 Br2：Cl2+2Br－ 2Cl－+Br2，A 项正确；粗盐通过重结晶可以除去其中的易溶且 溶解度受温度影响大的杂质，通过加入除杂试剂，可以除去其他易溶的杂质，B 项正确；工业上用氨水 或氨气作为沉淀剂，NaOH 作为沉淀剂，成本较高，C 项错误；用水蒸气和空气将 Br2 吹出，然后用 SO2 吸收浓缩提纯，D 项正确。