1、第2课时 海水资源的开发利用 必备知识自主学习 一、海水水资源的利用 1.海水水资源 海洋约占地球表面积的71%,海水约占地球总水量的97%。2.海水水资源的利用类型 3.海水的蒸馏原理 主要仪器:A:_;B:_;C:_。冷凝水的流向:_口进,_口出。A中加入碎瓷片的目的:_。原理:将海水加热,海水中的水分受热变成_ 态(其余成分因沸点较高,不易汽化,留在烧瓶 中),经过冷凝管后又冷凝成_水。经过蒸馏 冷凝得到的液态水即为淡水。蒸馏烧瓶 直形冷凝管 锥形瓶 a b 防止暴沸 气 液态 【自主探索】(1)用海水蒸馏法制淡水有哪些优缺点?提示:优点是设备简单,易操作,淡水质量好。缺点是耗能大,成本
2、较高。(2)(知识关联)实验室蒸馏海水时,冷凝管中水流的方向是什么?提示:下口进,上口出。(3)(情境思考)海水总量极大,金、铀等微量元素在海水中的总量自然也大,为什么从海水中获取这些微量元素的成本很高?提示:由于金、铀等微量元素在海水中的含量很低,所以成本最高的步骤在于从海水中富集含微量元素的化合物。(4)(教材二次开发)教材中描述“通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去,都可以达到淡化海水的目的”。加入明矾是否可以净化海水?提示:不能。明矾溶于水生成氢氧化铝胶体能吸附水中的悬浮颗粒,但不能除去海水中的盐分使海水淡化。二、海水中化学资源的开发利用 1.海水中化学资源的特点 2.海水化学资
3、源的开发利用 方法 操作方法 海水 制盐 方法:把海水引到盐滩上,利用日光和风力使水分蒸发,得到食盐;原理:蒸发海水,使食盐浓缩结晶 海水 提溴 方法:在预先经过酸化的浓缩海水中,用_氧化溴离子使之成为溴单质;主要的化学原理:_ 海水 提碘 流程:海带浸泡氧化过滤提纯碘单质;主要的化学原理:_ 海水 提镁 其他 利用 提取核能开发中的重要原料_和重水;开发海洋药物;_、波浪能等有待开发的新型能源 氯气 Cl2+2NaBr=2NaCl+Br2 Cl2+2KI=2KCl+I2 铀 潮汐能 【自主探索】(1)(情境思考)海带成本低廉,营养丰富,是一种重要的海生资源。海带中含有非常丰富的碘,食用海带对
4、预防和治疗甲状腺肿有很好的作用。海带中的碘元素以何种形式存在?如何将海带中的碘元素转化成单质碘?提示:海带中的碘元素以I-形式存在;加入氧化剂(如H2O2)能将I-氧化成单质碘。(2)(知识关联)从海水中提取溴的过程中除用SO2吸收溴蒸气外,还可以用Na2CO3溶液吸收,你能写出这两种方法吸收Br2反应原理的化学方程式吗?提示:SO2+Br2+2H2O=2HBr+H2SO4 3Na2CO3+3Br2=5NaBr+NaBrO3+3CO2(3)从海水中提取镁的过程中,为了使海水中的MgCl2转化成Mg(OH)2,应向海水中加入石灰水还是石灰乳?其原因是什么?写出反应的化学方程式。提示:石灰乳;原因
5、是石灰水中Ca(OH)2的浓度小,得到的Mg(OH)2的量少,不适宜于工业生产。MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2+CaCl2。关键能力合作学习 知识点一 海带中提取碘 1.海带中含有碘元素的检验(1)实验步骤。(2)主要反应:2H+2I-+H2O2=I2+2H2O。2.海带中提取碘的流程 主要流程 海带 海带灰 浸泡 氧化 过滤 提纯 碘单质 主要反应 2H+2I-+H2O2=I2+2H2O 3.从海带中提取碘的操作方法 氧化通常用氯气作氧化剂,把碘从海带中的含碘化合物中氧化出来萃取分液用有机溶剂将碘从其水溶液中分离出来蒸馏提纯用蒸馏的方法将碘从其有机溶剂中分离出来【合作探究】(1)
6、(教材二次开发)教材实验4-2探究了从海带中提取碘,如何提取最后一步滤液中的碘单质?(科学探究与创新意识)提示:加入苯进行萃取。碘单质在有机溶剂中的溶解度大于在水中的溶解度,向碘水中加入苯,振荡分层,上层紫色,下层无色。(2)碘易溶于苯,如何从苯中分离出单质碘?(科学探究与创新意识)提示:蒸馏或水浴加热。(3)(思维升华)用H2O2氧化I-有何优点?(科学态度与社会责任)提示:过氧化氢是绿色氧化剂,还原产物为水,对环境无污染,且不混入其他杂质,同时颜色变化明显,便于观察。【典例示范】【典例】某学习小组按如下实验流程探究海带中碘含量的测定和碘的制取。实验(一)碘含量的测定 若20.00 mL 0
7、.0100 molL-1的AgNO3溶液与100.00 mL海带浸取原液恰好完全反应。(1)仪器A的名称为_。(2)计算海带中碘的百分含量为_。实验(二)碘的制取 另取海带浸取原液,甲、乙两种实验方案如下:已知:3I2+6NaOH=5NaI+NaIO3+3H2O;酸性条件下,I2在水溶液中的溶解度很小。(3)步骤X中,萃取后分液漏斗内观察到的现象是 _。(4)下列有关步骤Y的说法,正确的是_。a.应控制NaOH溶液的浓度和体积 b.将碘转化成离子进入水层 c.主要是除浸取原液中的有机杂质 d.NaOH溶液可由乙醇代替(5)实验(二)中操作Z的名称是_。(6)方案甲中采用蒸馏不合理,理由是 _。
8、【解题指南】解答本题需注意以下两点:(1)明确碘的有关性质。(2)注意提取碘方法的选择。【母题追问】(1)实验(一)中灼烧中除图中仪器外,还需要的仪器是_。提示:三脚架(或铁架台)、泥三角、酒精灯、玻璃棒。(2)实验(二)流程中加入适量O2的目的是把I-氧化成I2,反应的离子方程式 为_。提示:O2+4I-+4H+=2I2+2H2O。【规律方法】混合物的分离方法 分离悬浊液中离子的方法过滤 从溶液中分离出溶解度随温度变化较小的溶质(如NaCl溶液)的方法蒸发 从溶液中分离出溶解度随温度变化较大的溶质(如KNO3溶液)的方法加热浓缩、冷却结晶 分离沸点不同的液体混合物的方法蒸馏 从溴水中提取Br
9、2,从碘水中提取I2的方法萃取 分离互不相溶、密度不同的液体混合物的方法分液 【素养训练】海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素,碘元素以离子的形式存在。从海藻中提取碘的实验流程如图所示:(1)指出提取碘的过程实验操作的名称。提示:过滤。(2)写出过程中有关反应的离子方程式。提示:2I-+Cl2=2Cl-+I2。(3)提取碘的过程中可选用什么有机试剂?提示:四氯化碳、苯等与水不互溶的有机试剂。(4)某同学为使海藻灰中碘离子转化为碘的有机溶液,在实验室里找到了烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器、物品,还缺少什么玻璃仪器?提示:漏斗、分液漏斗。知识点二 海水提取
10、溴 1.工艺流程 2.基本操作 【合作探究】(1)已知2Br-+Cl2=Br2+2Cl-,SO2+Br2+2H2O=+2Br-+4H+,根据上述反应 判断SO2、Cl2、Br2三种物质氧化性由强到弱的顺序是怎样的?(证据推理与模 型认知)提示:氧化剂氧化性大于氧化产物,则氧化性为Cl2Br2SO2。(2)(思维升华)海水提溴过程中要两次通入氯气。有人提出向海水通入氯气氧 化后直接用有机溶剂萃取除溴即可,你认为其建议是否合理?(科学态度与社会 责任)提示:不合理,直接萃取单质溴不仅需要大量的萃取剂,还会造成一部分溴流失,使成本增加。24SO (情境思考)空气吹出法是工业规模海水提溴的常用方法:在
11、预先经过酸化的浓缩海水中通入氯气使溴离子成为单质溴,继而通入空气和水蒸气,将溴吹入吸收塔,使溴蒸气和吸收剂二氧化硫发生作用转化成氢溴酸,以达到富集的目的。然后,再用氯气将其氧化得到溴,最后蒸馏得到液溴。通入空气和水蒸气,将溴吹入吸收塔,是利用了溴的什么性质?(科学探究与创新意识)提示:溴的沸点低,易挥发。除通过蒸馏提取液溴外,还有什么方法可提取液溴?(科学探究与创新意识)提示:由于溴易溶于有机溶剂,还可用萃取的方法提取液溴。【典例示范】【典例】海水中溴元素以Br-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所示:(1)步骤反应的离子方程式是 _。(2)步骤反应的化学方程式是 _。(
12、3)从理论上考虑,下列物质也能充分吸收Br2的是_(填字母)。A.NaOH B.FeCl2 C.Na2SO3 D.H2O(4)步骤蒸馏过程中,温度应控制在8090。温度过高或过低都不利于生产,若温度过高,大量水蒸气随溴排出,溴蒸气中水分增加;若温度过低,则_。【母题追问】(1)在步骤中溴元素均被氧化?提示:不是。步骤和2Br-+Cl2=Br2+2Cl-,溴被氧化。步骤SO2+Br2+2H2O=H2SO4+2HBr,溴元素被还原。(2)如何分离溴的四氯化碳溶液?提示:蒸馏。溴易溶于四氯化碳,根据沸点不同用蒸馏的方法分离。【素养训练】海水是巨大的资源宝库,从海水中提取食盐和溴的过程如图所示:(1)
13、请列举海水淡化的一种方法 提示:蒸馏法(或电渗析法、离子交换法)。(2)步骤 中已获得Br2,步骤中又将Br2还原为Br-,其目的是什么?提示:富集Br2,提高Br2的浓度。步骤 中Br2的浓度很小,多次用SO2反复吸收,最终用Cl2处理,则可获得大量的工业溴。(3)步骤 用SO2水溶液吸收Br2,吸收率可达95%,写出该反应的离子方程式。提示:SO2+2H2O+Br2=4H+2Br-+。(4)由此反应可知,除保护环境外,在工业生产中还应解决什么问题?提示:强酸和溴对设备的腐蚀。溴具有强氧化性,可以氧化SO2生成H2SO4,因此要 注意强酸和溴对设备的腐蚀问题。24SO 知识点三 海水提镁 1
14、.工艺流程 2.主要反应原理 CaCO3 CaO+CO2 CaO+H2O=Ca(OH)2 Ca(OH)2+MgCl2=Mg(OH)2+CaCl2 Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O MgCl2(熔融)Mg+Cl2 【合作探究】(1)海水提镁的过程涉及哪些化学反应类型?(变化观念与平衡思想)提示:海水中含有丰富的镁元素,是镁的重要来源之一。从海水中制取镁,将贝壳煅烧制CaO,与水反应生成Ca(OH)2,加入海水中生成Mg(OH)2,过滤,然后用盐酸溶解,浓缩得到氯化镁,再进行电解,得到金属镁。涉及的化学反应类型有分解反应、化合反应、复分解反应。(2)(思维升华)将MgCl26H2O直
15、接加热蒸干来制取无水MgCl2,这种操作是否正确?(变化观念与平衡思想)提示:不正确。由MgCl26H2O加热制取无水MgCl2时,要不断通入干燥的HCl气体,防止MgCl2生成Mg(OH)2。(3)能否用NaOH代替Ca(OH)2使镁离子生成氢氧化镁沉淀?(科学态度与社会责任)提示:不能。氢氧化钠的价格远高于氢氧化钙,应考虑生产成本问题。(4)(情境应用)某化工厂建在海边,用海水制取金属镁。该工厂用海滩上的贝壳制取Ca(OH)2,而不从异地开凿石灰石制取,主要考虑到什么问题?(科学态度与社会责任)提示:生产成本问题。【典例示范】【典例】已知海水提取镁的主要步骤如下:(1)关于加入试剂作沉淀剂
16、,有以下几种不同方法,请完成下列问题。方法 是否正确 简述理由 方法1:直接往海水中加入沉淀剂 不正确 a 方法2:高温加热蒸发海水后,再加入沉淀剂 b c 你认为最合理的其他方法是 d a._;b._;c._;d._。(2)框图中加入的试剂应该是_(填化学式);加入的试剂是_(填化学式);工业上由无水MgCl2制取镁的化学方程式为_。【解题指南】解答本题应该注意以下两点:(1)海水中元素的富集程度很低;(2)熟练掌握海水提镁的工艺流程。【母题追问】(1)从节约资源和就近取材的角度分析制备试剂的原料最好为_。提示:贝壳。海边有大量的贝壳,贝壳的主要成分为碳酸钙,煅烧贝壳可以制得生石灰,生石灰与
17、水结合生成氢氧化钙。(2)上述过程加入试剂发生反应的化学方程式为 _ _ _ _ _ _ _。提示:MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2+CaCl2 【规律方法】海水提镁中原料的制备方法(1)分解贝壳制取氢氧化钙:CaCO3 CaO+CO2,CaO+H2O=Ca(OH)2。(2)利用电解氯化镁产生的氯气制取盐酸 MgCl2(熔融)Mg+Cl2,Cl2+H2 2HCl。【素养训练】从海水中可提取多种化工原料,如图是工业上对海水的几项综合利用的示意图。试回答下列问题:(1)粗盐精制的过程中用什么试剂除去其中的?提示:可用BaCl2溶液除去粗盐中的 。(2)以上海水的综合利用过程中,哪一项操作
18、肯定会引起氧化还原反应的发生?提示:电解。(3)电解无水MgCl2可制取镁和氯气,其中副产品氯气和粉末状熟石灰可制得漂白粉,写出制取漂白粉的化学方程式。提示:2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O。(4)从经济效益出发,该化工厂厂址应选在什么地方?提示:海边。需要大量海水为原料。24SO 24SO【课堂小结】三言两语话重点 (1)海水淡化的主要方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法。(2)证明海带中含有碘元素的方法:流程:反应原理:2I-+2H+H2O2=I2+2H2O,I2遇淀粉变蓝色。(3)海水提溴:反应原理:Cl2+2Br-=Br2+2Cl-。工艺流程:(4)海水
19、提镁:课堂检测素养达标 1.据报道,挪威和荷兰正在开发一种新能源盐能。当海水和淡水混合时,温度将升高0.1,世界所有入海口的这种能源相当于电力需求的20%。海水和淡水混合时,温度升高最可能的原因是()A.发生了盐分解反应 B.发生了水分解反应 C.由于浓度差产生放热 D.盐的溶解度增大【解析】选C。海水与淡水混合时,不可能发生化学反应,故A、B两项错误;温度升高可以使盐的溶解度增大,而盐的溶解度增大不可能使温度升高,所以D选项错误。2.(2020广州高一检测)我国有广阔的海上疆域,海水综合利用要符合可持续发展的要求,下列有关海水综合利用的说法正确的是()A.电解饱和食盐水可制得金属钠 B.海水
20、提溴涉及氧化还原反应 C.海带提碘只涉及物理变化 D.海水提镁不涉及复分解反应【解析】选B。电解饱和食盐水生成氢氧化钠、氢气和氯气,不能制得金属钠,金属钠的制备方法是电解熔融的氯化钠,A错误;海水中溴元素以溴离子形式存在,海水提溴过程中溴离子被氧化为单质溴,涉及氧化还原反应,B正确;海带中的碘元素以碘离子形式存在,海带提碘过程中碘离子被氧化为碘单质,涉及化学变化,C错误;海水提镁过程中向海水中加石灰乳生成氢氧化镁沉淀、氢氧化镁与盐酸反应生成氯化镁和水均为复分解反应,D错误。3.海洋中蕴藏着巨大的化学资源,下列有关海水综合利用的说法正确的是()A.蒸发海水可以生产单质碘 B.蒸馏海水可以得到淡水
21、 C.电解海水可以得到单质镁 D.电解海水可以制得金属钠【解析】选B。A项,海水中的碘元素以I-的形式存在,可以加氧化剂将I-氧化为I2,最后再萃取蒸馏即可得到碘单质,错误;B项,利用蒸馏法使水变为水蒸气,然后通过冷凝得到蒸馏水,能使海水淡化,正确;C项,电解熔融MgCl2可以获得金属Mg,电解海水得不到金属Mg,错误;D项,电解熔融NaCl可以获得金属Na,电解海水得不到金属Na,错误。【加固训练】NaCl是海水中提取出来的一种重要物质,除食用外,它还是一种工业原料。下列以NaCl为原料的产品(或物质)是()烧碱 纯碱 金属钠 氯气 盐酸 A.B.C.D.4.某同学设计了从海水中提取镁单质的
22、四种方法,从化学原理和经济效益角度分析,最可行的是()【加固训练】(教材二次开发教材习题改编)如图是某化工厂对海水资源综合利用的示意图。根据以上信息,判断下列相关分析不正确的是()A.上述提取Mg的流程中,没有涉及的反应类型是置换反应 B.因氮气的化学性质相对稳定,冷却电解无水氯化镁所得的镁蒸气时,可选择氮气 C.反应所用的气态氧化剂可从本厂生产烧碱处循环利用或从本厂生产镁单质处循环利用 D.从母液中提取Mg和Br2的先后顺序:先提取Br2,后提取Mg 5.海水提溴和海带提碘都需要经过浓缩、氧化、提取三个步骤。有关叙述错误的是()A.提溴的浓缩液来自于海水晒盐后的卤水 B.氧化步骤都可以通入氯
23、气来实现 C.提取溴时利用溴的挥发性 D.提取碘时利用碘的升华特性【解析】选D。提溴的浓缩液来自于海水晒盐后的卤水,A正确;氧化步骤都可以通入氯气来实现,氯气将溴离子氧化为溴单质,B正确;提取溴时利用溴的挥发性,挥发出来后吸收收集,C正确;提取碘时,先将I2萃取,再蒸馏去除有机溶剂,利用的是I2易溶于有机溶剂的性质,D错误。【加固训练】1.海水提溴得到的液溴中溶有少量的氯气,提纯溴应该采用的方法是()A.加入适量的KI溶液 B.通入溴蒸气 C.加氢氧化钠溶液 D.加入适量的NaBr溶液【解析】选D。A项,溴单质和氯气均与KI溶液反应,且引入I2,错误;B项,通入溴蒸气无法除去氯气,错误;C项,
24、溴单质和氯气均与氢氧化钠溶液反应,错误;D项,氯气与NaBr溶液反应生成溴单质,将氯气除去,正确。2.从海带中提取碘的实验过程中,涉及下列操作,其中正确的是()【素养新思维】6.随着全球淡水资源危机日益严重,世界各国都把目光投向了占全球总水量约97%的汪洋大海,希望从苦涩的海水中提取可以饮用的淡水。(1)海水淡化由来已久。第二次世界大战时,一艘为盟军运送军事物资的商船遇难漂流到一座荒岛上。为了获取淡水,船员们将救生艇上的铜皮空气箱拆下,在空气箱上加盖一块边缘向内卷曲形成水槽的铜盖,做成一个简易蒸馏器。加热箱内的海水,水蒸气在盖顶冷凝后顺着边缘流进水槽,再滴入淡水桶内。根据上述文字的描述,为如图
25、简易蒸馏器示意图补画铜盖。(2)海水淡化亦称海水脱盐。该工艺过程包括海水预处理、脱盐、淡化水的后处理等。下列属于海水预处理的是_(填序号)。淡水收集 除掉悬浮物 杀灭海洋生物 除掉海水中的盐分 水质检测 降低海水浑浊度(3)为了检验所收集的淡水中是否含有氯离子,通常采用的试剂是_。(4)海水淡化可采用膜分离技术,如图所示。对淡化膜右侧的海水加压,水分子可以透过淡化膜进入左侧淡水池,而海水中的各种离子不能通过淡化膜,从而得到淡水,对加压后淡化膜右侧海水成分的变化进行分析,正确的是_。A.溶质质量增加 B.溶液质量不变 C.溶剂质量减少 D.溶质质量分数不变(5)无须经过化学变化就能从海水中获得的物质是_(填字母)。A.Cl2 B.淡水 C.烧碱 D.食盐
