【文档说明】第七章第3讲化工工艺流程__废水处理综合利用课.pptx，共(44)页，850.167 KB，由精品优选上传

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第七章化学与自然资源的开发利用第3讲化工工艺流程——废水处理综合利用无机工艺流程题考虑的问题主要有以下几方面：一是选择将原料转化为产品的生产原理；二是除杂并分离提纯产品；三是提高产品的产量和产率；四是减少污染，注意环

保，发展“绿色化学”；五是考虑原料的来源丰富和经济成本；六是生产设备简单，生产工艺简便等。热点1废水处理例1利用化学原理对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。(一)染料工业排放的废水中含有大量有毒的NO－2，可以在碱性条件下加入铝粉除去(加热处理后的废水会产

生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体)。除去NO－2的离子方程式为____________________。(二)某工厂对制革工业污泥中Cr元素的回收与再利用工艺如下(硫酸浸取液中金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Fe2＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋)：常温下部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时

溶液的pH见下表：阳离子Fe3＋Fe2＋Mg2＋Al3＋Cu2＋Cr3＋开始沉淀时的pH1.97.0－－4.7－沉淀完全时的pH3.29.011.186.79(＞9溶解)(1)酸浸时，为了提高浸取率可

采取的措施是______________(至少写一条)。(2)调pH＝8是为了除去__________(填Fe3＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋)。(3)钠离子交换树脂的原理为Mn＋＋nNaR―→MRn＋nNa＋，被交换的杂质离子是____________(填Fe3＋、

Al3＋、Ca2＋、Mg2＋)。(4)试配平氧化还原反应方程式：□Na2Cr2O7＋□SO2＋□H2O===□Cr(OH)(H2O)5SO4＋□Na2SO4；每生成1molCr(OH)(H2O)5SO4消耗SO2的物质的量为___________

_。(三)印刷电路铜板腐蚀剂常用FeCl3。腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋的浓度均为0.10mol/L，请参照上表给出的数据和提供的药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3＋和Fe2＋的实验步骤

：①___________________；②____________________；③过滤。(提供的药品：Cl2、浓H2SO4、NaOH溶液、CuO、Cu)。解析本题以污水处理为中心，考查了化学反应方程式的书写、工艺

流程分析、除杂、计算等，最后要求考生根据题意设计一个除杂实验的实验步骤。(一)在碱性条件下用铝粉还原NO－2，根据题意知NO－2被还原的产物为NH3·H2O，铝元素被氧化成AlO－2，然后进行书写和配平。(

二)先对污泥处理过程作整体分析，过滤Ⅰ的目的是除去污泥中的不溶性杂质，然后用H2O2将难以沉淀的Fe2＋氧化成易沉淀的Fe3＋，在此过程中Cr3＋被氧化成Cr2O2－7。调节pH至8，通过对照阳离子沉淀的pH表可知，此时Fe3＋和Al3＋完全沉淀，通过过滤Ⅱ

除去沉淀后，溶液中还有Cr2O2－7、Ca2＋、Mg2＋，其中的Ca2＋、Mg2＋通过钠离子交换树脂可以除去，最后用SO2还原Cr2O2－7得到最终的产物。还原时，每生成1molCr(OH)(H2O)5SO4时转移电子的物质的量为3mol，需要SO21.5mol。(三)欲除去CuCl2溶液

中的Fe3＋和Fe2＋，必须先将Fe2＋氧化成Fe3＋，然后再通过调节pH至3.2～4.7，可以将Fe3＋转化成Fe(OH)3沉淀而除去。为了不引入新的杂质，氧化时用氯气，调节pH用CuO。答案(一)2Al＋OH－＋NO－2＋2H2O===2AlO－2＋NH3·H2O(二

)(1)升高温度、搅拌、过滤后再向滤渣中加入硫酸(多次浸取)、适当延长浸取时间(只要答出任意一点即可，其他合理答案也可)(2)Fe3＋、Al3＋(3)Mg2＋、Ca2＋(4)1311211.5mol(三)

①通入足量氯气将Fe2＋氧化成Fe3＋②加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7迁移应用1某氮肥厂氨氮废水中的氮元素多以NH＋4和NH3·H2O的形式存在，该废水的处理流程如下：氨氮废水——→Ⅰ低浓度氨氮废水——→Ⅱ含HNO3废水——→Ⅲ达标废水(1)过程Ⅰ：加NaO

H溶液，调节pH至9后，升温至30℃，通空气将氨赶出并回收。①用离子方程式表示加NaOH溶液的作用：________。②用化学平衡原理解释通空气的目的：________________。(2)过程Ⅱ：在微生物作用的条件下，NH＋4经过两步反应氧化成NO－3。两步反应

的能量变化示意图如下：①第一步反应是__________反应(选填“放热”或“吸热”)，判断依据是______________。②1molNH＋4(aq)全部氧化成NO－3(aq)的热化学方程式是____________。(3)过程Ⅲ：一定条件下，向废水中加入CH3OH，将HNO3

还原成N2。若该过程中有32gCH3OH参加反应，则参加反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比为________。解析此题(2)中①的难度最低，不做详解。②考查盖斯定律的应用，将图1和图2的热化学方程式直

接相加即可。(3)问可以根据得失电子守恒来解题，32gCH3OH(相当于1mol甲醇)作还原剂，失去6mol电子，这样得到6mol电子需要1.2mol硝酸作氧化剂(注：1mol硝酸变成N2需要得到5mol电子)，因此参加反应的还原

剂和氧化剂的物质的量之比是5∶6。比较难的是(1)问，难在学生的表述可能不准确或者找不对答题的角度，过程Ⅰ的目的是将氨氮废水转化为低浓度氨氮废水，然后将氨赶出，因此加NaOH溶液后应该发生如下反应：NH＋4＋OH－===NH3·H2O，所以答对①问的关键词

是“将氨赶出”，因此判断生成的是NH3·H2O。假如学生判断为加NaOH溶液后，影响了NH3·H2O的电离，那么就南辕北辙了。②问主要是应用平衡移动的原理来解题，废水中的NH3被空气带走，使NH3·H23＋H2O的平衡向正反应方向移动，利于除氨。答案(1)①NH＋

4＋OH－===NH3·H2O②废水中的NH3被空气带走，使NH3·H23＋H2O的平衡向正反应方向移动，利于除氨(2)①放热ΔH＝－273kJ/mol＜0(反应物的总能量大于生成物的总能量)②NH＋4(aq)＋2O2(g)===2H＋(aq)＋

NO－3(aq)＋H2O(l)ΔH＝－346kJ/mol(3)5∶6热点2综合利用例2氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：依据上图，完成下列填空：(1)在电解过程中，与电源正极相连的一极所发生反应的方程式为：______________。与电源负极相连的一极附近的溶液pH___

___(填“不变”、“增大”或“减小”)。(2)如果粗盐中SO2－4含量较高，必须添加钡试剂除去SO2－4，该试剂可以选______。a．Ba(OH)2b．Ba(NO3)2c．BaCl2(3)为有效除去Ca2＋、Mg2＋、SO2－4，加入试剂的合

理顺序为________(选a、b、c，多选扣分)。a．先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂b．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3c．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3(4)在用阳离子交换膜法电解食盐水时，电

解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜电解槽电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分反应，产物最终仅有NaClO和H2，相应的化学反应方程式为_______________、________________

___。答案(1)2Cl－－2e－===Cl2↑增大(2)c(3)bc(4)2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋Cl2↑＋H2↑Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O或NaCl＋H2O=====电解NaClO＋H2↑方法技巧“瞻前顾后

”分析法有些化工生产为了充分利用原料，变废为宝，设计的生产流水线除了主要考虑将原料转化为产品外，同时还要考虑将生产过程中的副产品转化为原料的循环生产工艺。解答这种类型题用“瞻前顾后”分析法。瞻前顾后分析法，指分析工艺生产流程时，主要考

虑原料转化为的产品(瞻前)，同时也要考虑原料的充分利用和再生产问题(顾后)。用“瞻前顾后”分析法分析循环工艺生产流程题，关键是如何找到循环生产点，即在什么情况下，什么生产阶段实施循环生产。判断循环生产点的方法：一是看反应是否为可逆反应，如果是可逆反应，要考虑原料的循环利

用。如合成氨反应是可逆反应，分离氨后的尾气中含有大量原料气N2和H2，千万不能随便放掉，必须送入合成塔，实施循环生产。二是看副产品的分子组成与某种原料的组成中有无相同的元素，如果有，而且该副产品又容易转化为某种原料，就可以考虑循环生产工艺。迁移应用2现代社会中铜在电气、交通、机械和冶金、能源及

石化工业、高科技等领域有广泛的应用。某铜矿石含氧化铜、氧化亚铜、三氧化二铁和脉石(SiO2)，现采用酸浸法从矿石中提取铜，其工艺流程图如下。其中铜的萃取(铜从水层进入有机层的过程)和反萃取(铜从有机层进入水层的过程)是现代湿法炼铜的重要

工艺手段。已知：①Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O；②当矿石中三氧化二铁含量太低时，可用硫酸和硫酸铁的混合液浸出铜；③反萃取后的水层2是硫酸铜溶液。回答下列问题：(1)矿石用稀硫酸处理过程中发生反应的

离子方程式为Cu2O＋2H＋===Cu2＋＋Cu＋H2O、_________________(写其中2个)。(2)“循环Ⅰ”经多次循环后的水层1不能继续循环使用，但可分离出一种重要的硫酸盐晶体。若水层1暴露在空

气中一段时间后，可以得到另一种重要的硫酸盐，写出水层1暴露在空气中发生反应的离子方程式____________________________。(3)该工艺最大的亮点是它符合________原理。A．化学平衡B．绿色化学C．质量守恒D．能量守恒E．相似相溶F．酸碱中和G

．氧化还原反应答案(1)CuO＋2H＋===Cu2＋＋H2O、Fe2O3＋6H＋===2Fe3＋＋3H2O、Cu＋2Fe3＋===2Fe2＋＋Cu2＋(任意2个即可)(2)4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O

(3)B即时巩固1．海水中含有丰富的化学元素，下面是海水综合利用的生产流程简图：请回答：(1)在粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SO2－4等杂质，精制时所用的试剂为：A、盐酸；B、氯化钡溶液；C、氢氧化钠溶液；D、碳酸钠溶液。则加入试剂的顺

序是(填编号)__________。(2)Mg(OH)2中加入盐酸后，要获得MgCl·6H2O晶体，需要进行的实验操作依次为______(填编号)。A．蒸馏B．灼烧C．过滤D．蒸发E．冷却结晶(4)母液

中常含有MgCl2、NaCl、MgSO4、KCl等(溶解度如上图所示)，可进一步加工制得一些重要的产品。①将母液加热升温到60℃以上，随着水分的蒸发，会逐渐析出晶体，此晶体的主要成分是____________。②过滤出上述晶体后，将滤液降温到30℃以下，还会逐渐析出晶体，将该晶体用一定量的冷

水洗涤，最后可得到比较纯净的________晶体。(3)利用MgCl2·6H2O可制得无水氯化镁，应采取的措施是________________。答案(1)BDCA(或CBDA、BCDA)(2)C、D、E(3)在HCl气流中加热脱水，带走水蒸气，防止MgCl2水解

(4)MgSO4、NaClKCl2．江苏沿海地区有着丰富的海水资源，海水中主要含有Na＋、K＋、Ca2＋、Mg2＋、Cl－、SO2－4、Br－、CO2－3、HCO－3等离子。合理利用资源和保护环境是我省可持续发展的重要保证。(1)海水经过处理后可以得到无水氯化镁，无水氯化镁是工业制取镁

的原料。试写出电解熔融氯化镁制取金属镁的化学反应方程式________________________________。(2)某化工厂生产过程中会产生含有Cu2＋和Pb2＋的污水。排放前拟用沉淀法除去这两种离子，根据下列数据，你认为投入________(选填“Na2S”或“N

aOH”)效果更好。难溶电质Cu(OH)2CuSPb(OH)2PbSKsp4.8×10－206.3×10－361.2×10－151.0×10－28(3)火力发电在我国的能源利用中占较大比重，但是排放出的SO2会造成一系列环境和生态问题。利用海水脱硫是一种有效

的方法，其工艺流程如下图所示：①天然海水的pH≈8，试用离子方程式解释天然海水呈弱碱性的原因：_________________(任写一个)。②某研究小组为探究提高含硫烟气中SO2的吸收效率的措施，进行了天然海水吸收含硫烟气的模拟实验，实验结果如下图所示。请你根据

图示实验结果，就如何提高一定浓度含硫烟气中SO2的吸收效率，提出一条合理化建议：__________________。③天然海水吸收了含硫烟气后会溶有H2SO3、HSO－3等分子或离子，须使用氧气将其氧化，该操作的目的是__

________________________________________________。氧化后的“海水”需要引入大量的天然海水与之混合后才能排放，该操作的主要目的是________________________。解析(1)此问较简单，注意反应物的状态。(2)铜与铅的硫化物的溶度积均明

显小于各自氢氧化物的溶度积，故选择硫化钠可达到更好的沉淀效果。(3)①海水中含有CO2－3、HCO－3，这两种离子水解均会使溶液呈弱碱性。②由图可看出，其他条件相同时，温度越高，吸收率越低，烟气的流速越大，吸收率越低，所以可通过降低含硫烟气的

温度或减小含硫烟气流速来提高SO2的吸收率。③H2SO3易分解，氧化为硫酸后更稳定；引入大量海水是为了降低排放海水的酸度。答案(1)MgCl2(熔融)=====电解Mg＋Cl2↑(2)Na2S(3)①CO2－3＋H2－3＋OH－或H

CO－3＋H22CO3＋OH－②降低含硫烟气的温度(或减小含硫烟气的流速)③H2SO3不稳定，易分解重新释放出SO2，氧化后生成的H2SO4稳定中和、稀释经氧气氧化后海水中生成的酸(H＋)，减少污染3．(2010·四川理

综，29)四川攀枝花蕴藏丰富的钒、钛、铁资源。用钛铁矿渣(主要成分为TiO2、FeO、Fe2O3，Ti的最高化合价为＋4)作原料，生产白色颜料二氧化钛的主要步骤如下：请回答下列问题：(1)硫酸与二氧化钛反应的化学方程式是_____________。(2)

向滤液Ⅰ中加入铁粉，发生反应的离子方程式为___________________________________________________。(3)在实际生产过程中，向沸水中加入滤液Ⅱ，使混合液pH达0.5，钛盐开始水解。水解过程中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，钛盐充分水解析出水合

二氧化钛沉淀。请用所学化学平衡原理分析通入高温水蒸气的作用：_____________。过滤分离出水合二氧化钛沉淀后，将滤液返回的主要目的是充分利用滤液中的钛盐、______________、____________、______________(填化学式)，减少废物排放。(4)

A可用于生产红色颜料(Fe2O3)，其方法是：将556akgA(摩尔质量为278g/mol)溶于水中，加入适量氢氧化钠溶液恰好完全反应，鼓入足量空气搅拌，产生红褐色胶体；再向红褐色胶体中加入3336bkgA和112ckg铁粉，鼓入足

量空气搅拌，反应完成后，有大量Fe2O3附着在胶体粒子上以沉淀形式析出；过滤后，沉淀经高温灼烧得红色颜料。若所得滤液中溶质只有硫酸钠和硫酸铁，则理论上可生产红色颜料______________kg。解析(1)TiO2是Ti的最高价氧化物，与硫酸反应生成盐

和水，反应的化学方程式为TiO2＋2H2SO4===Ti(SO4)2＋2H2O或TiO2与少量硫酸反应：TiO2＋H2SO4===TiOSO4＋H2O。(2)从框图信息知加硫酸后，TiO2、FeO、Fe2O3都与H2SO4反应，生成Fe3＋和Fe2＋等离子，再加入铁粉时，铁粉与Fe3＋和过量H

2SO4分别反应：2Fe3＋＋Fe===3Fe2＋，Fe＋2H＋===H2↑＋Fe2＋。(3)从框图信息可知加入足量铁粉过滤，FeSO4·7H2O晶体析出，滤液Ⅲ中主要以钛盐为主。钛盐开始水解是在沸水中，且水解过程要维持沸腾，由于盐的水解与盐本身性质、外界温度、浓度等因素有关，温度升高，水解

程度增大，浓度越小，水解程度越大，外加酸碱对盐的水解也有影响，因为钛盐是以硫酸盐形式存在，属强酸弱碱盐，水解显酸性，降低H＋的浓度有利于钛盐水解。过滤后剩余物质是没有水解的钛盐、H2O、FeSO4、H2SO4等物质。(4)A是FeSO4·7H2O，由556ak

gA鼓入空气生成Fe(OH)3的反应中A与NaOH之间的关系是：FeSO4·7H2O～2NaOH～Na2SO4～12Fe2O3①27880556akgm1＝160akg又由于最终溶液中只存在Fe2(SO4)3和Na2SO4，以Fe和SO2－4守恒

可得到关系式②③。FeSO4·7H2O～13Fe2(SO4)3＋16Fe2O3②27816063336bkgm2＝320bkgFe～12Fe2O3③5680112ckgm3＝160ckg理论上可生成Fe2O3的质量为m1＋m2＋m3＝(16

0a＋320b＋160c)kg。答案(1)TiO2＋2H2SO4===Ti(SO4)2＋2H2O或TiO2＋H2SO4===TiOSO4＋H2O(2)Fe＋2Fe3＋===3Fe2＋，Fe＋2H＋===Fe2＋＋H2↑(3)加水促进钛盐水解，加热促进

钛盐水解，降低H＋浓度促进钛盐水解H2OFeSO4H2SO4(4)160a＋320b＋160c