1、课题2 海水的综合利用 课程标准导航1.了解海水中盐的开发和利用，掌握食盐资源的利用。2了解海水提溴的重要步骤。新知初探自学导引 自主学习一、海水中盐的开发和利用 海水中含有多种盐类，以_最多,约占海水中盐类总量的80%,还含有_、_等。氯化钠氯化镁硫酸钙1.海水制盐(1)海水制盐以_法(盐田法)为主，主要原理是太阳照射后，水分蒸发，各种盐分达到_浓度时，依次以固体形式析出。(2)盐田一般分为_、蒸发池、结晶池三部分。蒸发饱和贮水池(3)海水制盐要经过风吹、日晒逐渐蒸发浓缩，达到饱和后会析出食盐晶体，分离后所得的母液叫_，可综合利用制得副产品_、_等。(卤水中主要含氯化镁、碘化钾、溴化钾。)苦
2、卤氯化钾氯化镁2.食盐资源的利用(1)化学工业之一的氯碱工业，是以食盐为原料制取_，再进一步生产其他化工产品。(2)电解饱和食盐水实验装置 NaOH、Cl2、H2(3)阳极反应式_，阴极反应式_。(4)电解饱和食盐水的总反应式是_。2Cl2e=Cl22H2e=H22NaCl2H2O=通电2NaOHH2Cl2二、海水提溴 从海水中提取的溴约占世界溴年产量的1/3，常用的方法叫_。1.氯化(1)用氯气置换溴离子的反应式为_。(2)氯气置换溴离子之前，要使海水酸化，使pH3.5。吹出法Cl22Br=Br22Cl2.吹出 当Br被氧化成 Br2后，用_将其吹出，也可用_与溴一起蒸出。3.吸收 用二氧化
3、硫做还原剂回收溴，再用氯气将其氧化得到溴产品的反应方程式为_。空气水蒸气Br2SO22H2O=2HBrH2SO4，Cl22Br=2ClBr2三、海水提镁1.海水中镁的总储量约为 2.11015t，目前世界生产的镁 60%来自海水。2.工业生产中提取镁的主要方法和主要反应方程式：(1)加入石灰乳:_(2)加盐酸：_(3)电解：MgCl2=通电MgCl2Mg2Ca(OH)2=Mg(OH)2Ca2Mg(OH)22H=Mg22H2O四、从海水中提取重水1.氢的同位素符号和名称是：_。2.氘的原子核内有一个质子和一个中子，所以叫_，化学符号是_。重水可作原子反应堆11H 氕、21H 氘、31H 氚重氢D
4、的中子减速剂和传热介质(重水堆)。3.热核聚变指的是两个氘核在高温高压下融4.合成氦核，同时放出大量能量的过程。海水中含重水约2.01014 t。自主体验1.下列说法不正确的()A从海带中提取碘单质的过程涉及氧化还原反应B往淡水中加入NaCl等配成人造海水，可用于海产品的长途运输C赤潮主要是由工农业生产和生活废水引起沿海水域的富营养化而造成的D海洋资源开发可获得Fe、Co、K、Au、Mg、B等金属解析：选D。D中硼(B)元素是非金属元素，因此不正确。2.许多国家十分重视海水资源的综合利用。不需要化学变化就能够从海水中获得的物质是()A氯、溴、碘 B钠、镁、铝C烧碱、氢气D食盐、淡水解析：选D。
5、海水中氯、溴、碘是以离子形式存在，没有单质形式，钠、镁、铝也是以离子形式存在。3.(2012武汉高二检测)下列说法不正确的是()A海水淡化的主要方法有蒸馏法、电渗析法B海水中溶解的主要无机盐离子有 Na、Mg2、K、Ca2、SO24、Cl、Br等C海水综合利用，可将海水淡化与制食盐及氯碱工业、镁工业、钾工业、溴工业等形成联合工业体D海水淡化因能耗大，成本高，不能形成规模化生产解析：选 D。A 项中涉及海水淡化的几种主要方法，正确。B 项中海水含有 Na、Mg2、K、Ca2、SO24、Cl、Br等，因此可以从海水中得到 NaCl、MgCl2、KCl、MgSO4、CaSO4、MgBr2 等物质。C
6、项中海水淡化的同时，得到了含盐较多的卤水，为氯碱工业、镁工业、钾工业、溴工业等提供了较好的原料，可以降低成本，C项正确。D项中最初海水淡化能耗大，成本高，但随着技术的进步，使用规模的扩大，成本已大大降低，故错误。要点突破讲练互动 电解饱和食盐水原理探究导引1 如何除去海水中的 Ca2、Mg2、SO24 等离子？选择适当的试剂和操作顺序。提示：(1)可选用以下常见试剂：NaOH、Na2CO3、BaCl2和盐酸。(2)加入试剂的顺序有三种：先加NaOH，后加BaCl2，再加Na2CO3，最后用稀盐酸调节pH；先加BaCl2，后加Na2CO3，再加NaOH，最后用盐酸调节pH；先加BaCl2，后加N
7、aOH，再加Na2CO3，最后用盐酸调节pH。要点归纳电解饱和食盐水实验装置原理：氯化钠溶液中存在着 Na、Cl、OH、H四种离子，通直流电后，Cl、OH向阳极移动且 Cl比 OH优先失电子放电，Na、H向阴极移动且 H比 Na优先得电子放电。阳极反应式：2Cl2e=Cl2阴极反应式：2H2e=H2电解饱和食盐水的反应式是 2NaCl2H2O=通电2NaOHH2Cl2即时应用1.下图中能验证氯化钠溶液(含酚酞)电解产物的装置是()解析：选D。在直流电源和电解池的闭合电路中，电子从电源负极流向电解池的阴极。电解饱和食盐水，在阳极上生成Cl2，可用碘化钾淀粉溶液作试剂检验Cl2；在阴极上生成H2，
8、可用向下排空气法收集，采用点燃的操作方法检验H2；在阴极区生成NaOH溶液，可用酚酞试液作试剂检验NaOH。离子交换膜法制烧碱探究导引 2离子交换膜的基本构造、特性及其作用分别是什么？提示：(1)基本结构为离子交换膜电解槽单元槽：由阳极(钛网)、阴极(碳钢网)、离子交换膜、电解槽框、导电铜棒等组成。(2)离子交换膜的特性：只允许阳离子通过，且阻止阴离子和气体通过。(3)离子交换膜的作用：可防止H2和Cl2混合发生爆炸；防止Cl2与NaOH反应生成NaClO影响烧碱质量。要点归纳离子交换膜法电解制碱的主要生产流程如下图所示：离子交换膜法电解原理：精制的饱和食盐水进入阳极室，加入NaOH的纯水进入
9、阴极室，通电时，水在阴极表面放电生成H2，Na穿过离子交换膜由阳极室进入阴极室，导出的阴极液中含NaOH，Cl则在阳极表面放电生成Cl2，电解后的淡盐水从阳极导出。由电解槽流出的阴极液中含有30%的NaOH,称为液碱，液碱经蒸发、结晶可以得到固碱。阴极区的另一产物湿氢气经冷却、洗涤、压缩后被送往氢气贮柜；阳极区产物湿氯气经冷却、干燥、净化、压缩后可得到液氯。即时应用2.氢氧化钠是一种用途十分广泛的重要化工原料。工业上主要通过电解饱和食盐水的方法获得氢氧化钠，我国的氯碱工业大多采用离子交换膜电解槽。(1)写出电解饱和食盐水的电极反应式和总的反应式：阳极：_，阴极：_，总反应式：_。(2)离子交换
10、膜电解槽一般采用钛作阳极，其原因是_。阴极一般用碳钢网制成。离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室，其作用是_。(3)为使电解饱和食盐水的速率加快，下列措施可行的是_。A增大阴极碳钢网面积B提高饱和氯化钠溶液的温度C加大阴极与阳极间的距离D提高电解时的直流电源电压解析：电解饱和食盐水时发生的反应为：阳极：2Cl2e=Cl2，阴极：2H2e=H2，总的反应式为：2NaCl2H2O=通电2NaOHH2Cl2。阳极用金属钛的原因是因为Cl2不易腐蚀金属钛。用离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室的原因是既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaCl
11、、NaClO而影响烧碱的质量。为了加快电解饱和食盐水的速率，可以采用增大阴极碳钢网面积、提高饱和氯化钠溶液温度、提高电解时直流电源电压的方法。答案：(1)2Cl2e=Cl2 2H2e=H2 2NaCl2H2O=通电2NaOHH2Cl2(2)阳极产生的 Cl2不易腐蚀金属钛 既能防止阴极产生的 H2 和阳极产生的 Cl2相混合而引起爆炸，又能避免 Cl2和 NaOH 溶液作用生成 NaCl、NaClO 而影响烧碱的质量(3)ABD海洋资源的开发利用探究导引 3 海水提镁过程主要发生的化学反应有哪些？提示：CaCO3=高温CaOCO2，CaOH2O=Ca(OH)2，MgCl2Ca(OH)2=CaC
12、l2Mg(OH)2，Mg(OH)22HCl=MgCl22H2O，MgCl2(熔融)=电解MgCl2。要点归纳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，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法已有十几种，主要的有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较完善，是目前海水淡化的主要方法，其蒸馏原理如图所示。2.海水中镁、钾、溴、碘等化工产品元素的提取海水中含有的各种元素的特点：种类多，总储量大，富集程度低。因此，从海水中提取物质需要解决物质的富集问题。(1)海水中溴的提取流程：用蒸馏法将海水浓缩，用硫酸将浓缩的海水酸化。向酸化的海水中通入适量的氯气，使溴离子
13、转化为溴单质。2NaBrCl2=Br22NaCl向含溴单质的水溶液中通入空气或水蒸气，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的。Br2SO22H2O=2HBrH2SO4向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气。2HBrCl2=2HClBr2用四氯化碳(或苯)萃取吸收塔内溶液中的溴单质。(2)海带中碘的提取原理：海带中的碘元素主要以I的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2，再萃取出来。如用H2O2作氧化剂，反应的离子方程式是:2IH2O22H=I22H2O实验中先将干海带灼烧去除有机物，剩余物用H2O2、H2SO4处理，使得I被氧化成I2。3.海水资源的综合利用(1)从海水中提取淡
14、水海水淡化；(2)直接利用海水进行循环冷却；(3)海水制盐；(4)从海水中提取镁、钾、溴、碘等化工产品；(5)从海水中获取铀和重水作为核能开发的重要原料；(6)从海水中获取其他物质和能量。即时应用3.(2012武汉高二检测)工业上对海水资源综合开发利用的部分工艺流程如图所示：(1)电解饱和食盐水常用离子交换膜电解槽，离子交换膜允许通过的分子或离子是_。电解槽中的阳极材料为_。(2)本工艺流程中先后制得Br2、CaSO4和Mg(OH)2，能否按Br2、Mg(OH)2、CaSO4顺序制备？_(填“是”或“否”)。原因是_。(3)溴单质在四氯化碳中的溶解度比在水中大得多，四氯化碳与水不互溶，故可用于
15、萃取溴，但在上述工艺中却不用四氯化碳，原因是_。解析：(1)电解饱和食盐水用的是阳离子交换膜，而在食盐水中的阳离子只有H和Na，电解时，H在阴极上生成氢气，Na在外加电场作用下向阴极运动，所以通过离子交换膜的是Na。由于阳极上发生氧化反应，是溶液中Cl放电生成Cl2，所以必须用惰性电极，工业上一般用钛(表面涂有钌氧化物)，也可以用石墨电极。(2)在该流程开始时向苦卤中加入硫酸，因CaSO4微溶于水，先形成CaSO4沉淀而将Ca2除去。若先制取Mg(OH)2，加入的石灰水会有部分与硫酸反应生成CaSO4而使制得的Mg(OH)2不纯净。(3)CCl4是一种易挥发、有毒的液体，所以此流程中不用CCl
16、4萃取的方法，而是利用溴的挥发性，向得到的含溴水的海水中吹入热空气，使溴挥发出来。与萃取相比，该方法简单、实用、经济、无污染。答案：(1)阳离子(或Na)钛(或石墨)(2)否 如果先沉淀Mg(OH)2，则沉淀中会夹杂有CaSO4沉淀，产品不纯(3)四氯化碳萃取法工艺复杂、设备投资大，经济效益低、环境污染严重题型探究技法归纳 氯碱工业例1请回答氯碱工业中的如下问题：(1)氯气、烧碱是电解食盐水时按照固定的比率 k(质 量 比)生 成 的 产 品。理 论 上 k _(要求计算表达式和结果)；(2)原料粗盐中常含有泥沙和 Ca2、Mg2、Fe3、SO24 等杂质，必须精制后才能供电解使用。精制时，粗
17、盐溶于水过滤后，还要加入的试剂分别为Na2CO3、HCl(盐酸)、BaCl2，这 3 种试剂添加的合理顺序是_(填序号)；(3)氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节(电)能30%以上。在这种工艺设计中，相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过。图中X、Y分别是_、_(填化学式)，分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小_；分别写出燃料电池B中正极、负极上发生的电极反应：正极：_；负极：_；这样设计的主要节(电)能之处在于(写出2处)_、_。【解析】(1)根据 2NaCl2H2O=通电2NaOHCl2H2，得出 Cl2
18、和 NaOH 物质的量之比为 12，转化为质量比即得出答案7180。(2)先加 BaCl2可以除去 SO24，再加 Na2CO3能除去引入的 Ba2和溶液中的 Ca2、Mg2、Fe3，再加入盐酸能除去引入的 CO23。(3)因 A 中电解饱和食盐水生成 H2和 Cl2，H2 要和 B 中通入的 O2形成燃料电池，所以X 为 Cl2，Y 为 H2。因 B 中右端 O2放电产生的 OH可和能够自由通过交换膜的 Na结合成 NaOH，所以 a%b%。这是 H2 和 O2组成的燃料电池，正极：12O2H2O2e=2OH；负极：H22OH2e=2H2O。【答案】(1)M（Cl2）2M（NaOH）7180
19、11.13或 0.89(2)(3)Cl2 H2 a%b%12O2H2O2e=2OH H22OH2e=2H2O燃料电池可以补充电解池消耗的电能 提高产出碱液的浓度(其他合理答案也可)从海水中提纯粗盐后的母液中含有K、Na、Mg2等阳离子，对母液进行一系列的加工可制得金属镁。(1)从离子反应的角度思考，在母液中加入石灰乳所起的作用是_。海水提镁例2(2)石灰乳是生石灰与水作用形成的化合物，从充分利用当地海洋化学资源，提高生产与经济效益的角度考虑，生产生石灰的主要原料是_。(3)电解熔融的无水氯化镁所得的镁蒸气在特定的环境里冷却后即为固体镁，下列物质中可以用作镁蒸气的冷却剂的是(填写代号)_。AH2
20、 BCO2 C空气 DO2 E水蒸气【解析】(1)Mg(OH)2难溶于水，Ca(OH)2微溶于水。在K、Na、Mg2等阳离子中，Mg2与石灰乳提供的OH反应生成Mg(OH)2沉淀。(2)“充分利用当地海洋化学资源”，它暗示的是利用贝壳中的CaCO3生产生石灰。(3)镁单质易被氧化，因此冷却镁蒸气应在还原性的氛围中冷却，题给物质中只有H2不和Mg反应。【答案】(1)沉淀Mg2或制取Mg(OH)2(2)贝壳(3)A热点示例思维拓展 经典案例 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
21、液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有H2、_、_或H2、_。(3)步骤中已获得Br2，步骤中又将Br2还原为Br，其目的为_。(4)步骤用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：图中仪器B的名称：_。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_。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：_。C
22、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_。【解析】(1)常规识记问题；(2)根据 2NaCl2H2O=通电2NaOHH2Cl2，以及 Cl22NaOH=NaClNaClOH2O 可得到答案。(3)根据框图可知先前得到的溴浓度较低，这样做是使溴富集。(4)Br2SO22H2O=4HSO24 2Br，反应产生大量的酸，会腐蚀设备。(5)只要掌握蒸馏的知识，此问应该不会出问题。【答案】(1)蒸馏法、电渗析法、离子交换法(任选两种，其他合理答案也可)(2)Cl2 NaOH NaClO(3)富集溴元素(4)Br2SO22H2O=4HSO24 2Br 强酸对设备的严重腐蚀(5)冷凝管 溴腐蚀橡胶 控制温度计 b 的温度，并收集 59 时的馏分 深红棕色 分液(或蒸馏)
