1、第 2 课时 海水资源的开发利用目标导航 1.知道海水淡化的几种方法;掌握海水蒸馏的原理。2.知道从海水中提取溴、碘的原理,了解非金属的置换反应。3.能参照海水提取镁过程的化学原理写出有关的化学方程式。1.了解化学方法在海水资源开发中的作用。2.知道海水综合利用的化工工艺技术。激趣诱思预习导引1.海水水资源的利用(1)海水淡化的方法:蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。(2)海水的蒸馏。海水蒸馏原理示意图太阳能蒸发原理示意图蒸馏法:蒸馏烧瓶下要垫上石棉网;蒸馏烧瓶内液体不超过其容积的23,不少于其容积的13;加沸石或碎瓷片,防止暴沸;冷凝管的水流方向:由下至上,与水蒸气流向相反;温度计水银球的位置
2、:蒸馏烧瓶的支管口处。(3)循环冷却:火力发电厂和核电站用于循环冷却的循环海水。2.海水中化学资源的开发利用(1)海水中的化学元素。常量元素:H、O 等元素共 13 种。微量元素:I、U 等元素。(2)海水化学资源的开发利用。从海水中制得 NaCl。除食用外,还用作工业原料,如生产钠单质、烧碱、纯碱以及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工产品。从海水中制取钾、镁、溴及其化工产品,是在传统海水制盐工业上的发展。预习交流海水中提溴、提碘、提镁以及提取食盐,哪些不涉及化学反应?答案:海水中提取食盐的原理为蒸发,不涉及化学反应。一、海水提溴知识精要1.生产流程图2.主要生产过程浓缩酸化用蒸馏法或海水晒盐将海水
3、浓缩,用 H2SO4 将浓缩的海水酸化氧化向酸化的海水中通入氯气,使 Br-Br2:2NaBr+Cl22NaCl+Br2富集通入热空气或水蒸气,将 Br2 吹出,再用 SO2 吸收:Br2+SO2+2H2O2HBr+H2SO4氧化向 SO2 吸收的溶液中通入氯气氧化 HBr 得到溴:2HBr+Cl22HCl+Br2分离提纯用四氯化碳(或苯)萃取溶液中的溴单质,然后蒸馏典题例解【例 1】海水中溴元素以 Br-的形式存在,工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如图:(1)步骤反应的离子方程式是。(2)步骤反应的化学方程式是。从理论上考虑,下列也能吸收 Br2 的是 。A.NaOHB.FeCl2
4、C.Na2SO3D.H2O(3)步骤蒸馏的过程中,温度应控制在 8090。温度过高或过低都不利于生产,请解释原因 。解析:(1)(2)问相对简单,读懂流程图,结合学过的重点方程式,可以写出 2Br-+Cl2Br2+2Cl-,SO2+Br2+2H2O2HBr+H2SO4;只从理论上考虑,NaOH 具有强碱性,能吸收 Br2,Fe2+、SO32-具有强还原性也能吸收 Br2,但 Br2 在水中的溶解度较小,不能充分吸收。(3)温度过高,大量水蒸气随溴排出,溴气中水蒸气的含量增加;温度过低,溴不能完全蒸出,产率太低。答案:(1)2Br-+Cl2Br2+2Cl-(2)SO2+Br2+2H2OH2SO4
5、+2HBr ABC(3)若温度过高,大量水蒸气随溴排出,溴气中水蒸气的含量增加;温度过低,溴不能完全蒸出,产率太低迁移应用从海水中可以提取溴,主要反应为 2Br-+Cl2Br2+2Cl-,下列说法中正确的是()A.溴离子具有氧化性B.氯气是还原剂C.该反应属于复分解反应D.氯气的氧化性比溴单质强解析:溴离子中的 Br 为-1 价,处于最低价态,没有氧化性;在反应中 Cl2 中的 Cl 价态由 0 价降低到-1 价,作氧化剂;从基本反应类型来看,该反应属于置换反应;氯气为氧化剂,Br2 为氧化产物,因此,氯气的氧化性比溴单质强。答案:D二、海水提镁知识精要1.流程2.有关反应的化学方程式CaCO
6、3CaO+CO2MgCl2+Ca(OH)2Mg(OH)2+CaCl2Mg(OH)2+2HClMgCl2+2H2OMgCl26H2OMgCl2+6H2OMgCl2(熔融)Mg+Cl2典题例解【例 2】目前世界上 60%的镁是从海水中提取的。海水提镁的主要流程如下:请回答下列问题:(1)从离子反应的角度思考,在海水中加入石灰乳的作用是 ,写出在沉淀池中发生反应的离子方程式:。(2)石灰乳是生石灰与水形成的化合物,从充分利用海洋化学资源、提高经济效益的角度考虑,生产生石灰的主要原料来源于海洋中的 。(3)操作 A 是 ,操作 B 是 。(4)加入的足量试剂 a 是 (填化学式)。(5)无水 MgCl
7、2 在熔融状态下,通电后会产生 Mg 和 Cl2,该反应的化学方程式为,从考虑成本和废物循环利用的角度,副产物氯气可以用于。解析:(1)石灰乳中的 Ca(OH)2 与海水中的镁盐发生复分解反应生成 Mg(OH)2 沉淀。(2)海滩上贝壳的主要成分是 CaCO3,可用于制取生石灰。(3)从沉淀池中得到 Mg(OH)2 固体,应利用过滤操作,加热浓缩 MgCl2 溶液,可使其结晶析出 MgCl2 晶体。(4)溶解 Mg(OH)2应用足量盐酸。(5)MgCl2(熔融)Mg+Cl2,Cl2 可用于生产盐酸,循环利用。答案:(1)沉淀 Mg2+或使 Mg2+形成 Mg(OH)2 沉淀 Mg2+2OH-M
8、g(OH)2(2)贝壳(或牡蛎壳等)(3)过滤 加热浓缩(或蒸发结晶)(4)HCl(5)MgCl2(熔融)Mg+Cl2 制盐酸,循环使用迁移应用1.从海水中提取金属镁的生产步骤有:浓缩结晶 加熟石灰 加盐酸 过滤 熔融电解,正确的生产顺序是()A.B.C.D.解析:海水中含有 Mg2+,加入 Ca(OH)2 可生成 Mg(OH)2 沉淀:Mg2+2OH-Mg(OH)2,过滤可得到 Mg(OH)2 固体。由于工业上不采用电解熔融 MgO 的方法,而是将 Mg(OH)2 转化为MgCl2,MgCl2 熔点低,电解熔融 MgCl2 可得金属镁:MgCl2(熔融)Mg+Cl2。答案:C2.海水中含有氯
9、化镁,是镁的重要来源之一。从海水中提取镁,可按照如下步骤进行:把贝壳制成石灰乳;在引入的海水中加入石灰乳,沉降、过滤、洗涤沉淀物;将沉淀物与盐酸反应,结晶、过滤、干燥产物;将所得的产物熔融后电解。关于提取镁,下列说法不正确的是()A.此法的优点之一是原料来源丰富B.进行步操作的目的是从海水中提取氯化镁C.第步电解时会产生氯气D.以上提取镁的过程中涉及的反应有分解反应、置换反应和复分解反应解析:海水和贝壳都易于得到,而且十分丰富,所以此法的优点之一是原料来源丰富,故 A 项正确;海水中含有氯化镁,但浓度低且含有其他杂质,不能直接蒸发结晶,故 B 项正确;贝壳的主要成分是碳酸钙,碳酸钙高温煅烧生成
10、氧化钙和二氧化碳,发生的是分解反应;电解氯化镁时产生氯气和镁,属于分解反应;生石灰和水反应是化合反应,氢氧化钙与氯化镁反应、氢氧化镁与盐酸反应都属于复分解反应,所以提取镁的过程中没有涉及的反应类型是置换反应,C 项正确,D 项错误。答案:D实验探究 海带中碘的检验与提取探究方案探究过程 实验步骤 实验现象 结论或解释 取 3 g 左右的干海带,把干海带表面的附着物用刷子刷净(不要用水冲洗),用剪刀剪碎后,用酒精润湿,放入坩埚中。点燃酒精灯,灼烧海带至完全变成灰烬,停止加热,冷却 将海带灰转移到小烧杯中,向其中加入 10 mL 蒸馏水,搅拌,煮沸 23 min,过滤 得无色透明溶液 碘在海带中不
11、是以单质形式存在的 实验步骤 实验现象 结论或解释 在滤液中滴入几滴稀硫酸,再加入约 1 mL H2O2 溶液,观察现象 溶液由无色变为黄褐色 化学方程式:2KI+H2O2+H2SO4I2+K2SO4+2H2O,I2的水溶液为黄褐色 取少量上述滤液,加入几滴淀粉溶液,观察现象 溶液变为深蓝色 淀粉遇 I2 变蓝 向滤液中加入适量 CCl4,振荡、静置、分液 上层几乎无色,下层紫色 I2 在 CCl4 中的溶解度很大 探究思考1.海带中提碘时,为什么不用水洗海带?答案:实验前要用刷子刷而不用水冲洗干海带,原因是海带中的I-易溶于水,用水冲会损失一部分碘,且湿海带不易灼烧。2.食盐中加碘,加的是碘
12、单质吗?答案:不是,食盐中加的是 KIO3。3.为什么把双氧水叫做绿色氧化剂?答案:双氧水在反应过程中还原产物为水,不会引进杂质,不产生污染。案例体验海带中含有丰富的碘,为了从海带中提取碘,某研究性学习小组设计并进行了以下实验:请填写下列空白:(1)步骤灼烧海带时,除需要三脚架外,还需要用到的实验仪器是 (从下列仪器中选出所需的仪器,将标号字母填写在空白处)。A.烧杯 B.坩埚 C.表面皿 D.泥三角E.酒精灯 F.干燥器(2)步骤的实验操作名称是 ;步骤的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收苯,该步骤的实验操作名称是 。(3)步骤反应的离子方程式是。(4)步骤中,某学生选择用苯来提取碘的理
13、由是。(5)请设计一种检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘的简单方法:。解析:(1)步骤对干燥海带加热灼烧,与三脚架一起使用的是坩埚、泥三角和酒精灯。(2)步骤是由海带灰悬浊液得含碘离子的溶液,因此一定要进行过滤。步骤是从溶解碘的苯溶液中分离碘和回收苯,因二者在水中溶解度都不大,因此只能用蒸馏分离的方法。(3)结合“含碘离子溶液含碘水溶液”,再联想实验室中 Cl2 的制备不难写出的离子方程式为 2I-+MnO2+4H+Mn2+I2+2H2O。(4)因碘不易溶于水而易溶于有机溶剂苯中,且苯不溶于水易与水溶液分层,这是选取萃取剂的原则。(5)根据碘单质遇淀粉变蓝这一现象,可以取少量提取碘之后的溶液,加入淀粉看是否变蓝来检验。答案:(1)BDE(2)过滤 蒸馏(3)2I-+MnO2+4H+Mn2+I2+2H2O(4)苯与水不互溶;碘在苯中的溶解度比在水中大(5)取少量提取碘后的水溶液于试管中,加入几滴淀粉溶液,观察是否出现蓝色(如果变蓝,说明还有单质碘,反之则没有单质碘)