海水资源的开发利用教师版.docx

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海水资源的开发利用教师版

第2课时　海水资源的开发利用

一、海水水资源的开发利用

1．直接利用海水进行循环冷却；

2．海水淡化：

主要方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法。

3．海水的蒸馏

（1）原理：

（2）注意事项

①烧瓶需垫石棉网加热。

②烧瓶所盛液体不能超过烧瓶容量的

，也不能少于

。

③需向烧瓶中加几粒沸石或几片碎瓷片，以防液体暴沸。

④冷凝器里的冷却水要从冷凝器的下口进、上口出。

二、海水化学资源的开发利用

1．海水中的化学资源

海水中H、O两种元素，加上Cl、Na、K、Ca、Mg、S、C、F、B、Br、Sr等11种元素的总量超过99%，其他为微量元素，共计含有80多种。

2．海水制盐

海水

粗盐

精盐。

3．海带提碘

（1）流程：

海带―→灼烧―→浸泡―→过滤

氧化―→提纯―→碘单质。

（2）原理：

2I－＋Cl2===I2＋2Cl－。

4．海水提溴

（1）过程：

浓缩―→氧化―→富集―→提取。

（2）原理：

2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－。

5．海水提镁

（1）过程：

浓缩

沉淀―→过滤

溶解―→结晶（MgCl2·6H2O）

MgCl2晶体

（金属镁）。

（2）原理：

①Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓

②Mg（OH）2＋2HCl===MgCl2＋2H2O

③MgCl2·6H2O

MgCl2＋6H2O

④MgCl2（熔化）

Mg＋Cl2↑

6．新能源的开发

（1）从海水中提取铀和重水，铀和重水是核能开发的重要原料。

（2）潮汐能、波浪能是待开发的新型能源。

一、海水中溴的提取

规律小结

海水提溴四个过程

1、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：

（1）步骤①反应的离子方程式是________________________________________，

步骤③反应的化学方程式是_________________________________________。

（2）从理论上考虑，以下物质也能吸收Br2的是________。

A．NaOHB．FeCl2

C．Na2SO3D．H2O

（3）步骤③中氧化剂是____________，假设反应中生成2molHBr，则消耗________molSO2。

（4）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________。

答案　

（1）2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－　SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr

（2）ABC

（3）Br2　1　（4）Cl2>Br2>SO2

二、海水中碘的提取

海带中碘元素的检验

（1）反应原理：

2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O

（2）实验步骤及证明方法

2、海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素。

碘元素以碘离子的形式存在。

实验室从海藻中提取碘的流程如下：

（1）指出从海藻中提取I2的实验操作名称：

①________________，③________________，

②的离子方程式______________________________________________。

（2）提取碘的过程中，可供选择的有机溶剂是（　　）

A．甲苯、酒精B．四氯化碳、苯

C．汽油、乙酸D．汽油、甘油

（3）为使海藻中I－转化为碘的有机溶液，实验室里有烧杯、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。

还缺少的仪器是________。

（4）进行蒸馏操作时，使用水浴加热的原因是________，最后晶态碘在________中。

答案　

（1）过滤　萃取　2I－＋Cl2===I2＋2Cl－　

（2）B　（3）分液漏斗，普通漏斗　（4）萃取剂沸点较低，I2易升华　烧瓶

解析　

（1）为了从悬浊液中别离I－，应用过滤；从I2的水溶液中把它提取出来，应用萃取。

（2）A中酒精，C中乙酸，D中甘油，都是易溶于水的物质，所以不能用于萃取碘。

（3）萃取分液所必需的仪器是分液漏斗，过滤时所需仪器必有普通漏斗。

（4）蒸馏的三点错误：

①没有石棉网；②温度计插入液面以下；③冷凝管进、出水方向颠倒。

（5）酒精、乙酸、甘油均不能做为I2的萃取剂。

三、海水中镁的提取

知识归纳

海水提镁的生产流程可表示为

3、下表是氧化镁和氯化镁的熔、沸点数据：

物质

氧化镁

氯化镁

熔点/℃

2852

714

沸点/℃

3600

1412

请参考以上数据分析，从海水中提取镁，正确的方法是（　　）

A．海水

Mg（OH）2

Mg

B．海水

MgCl2溶液―→MgCl2晶体

Mg

C．海水

Mg（OH）2

MgO

Mg

D．海水

Mg（OH）2

MgCl2溶液

MgCl2（熔融）

Mg

答案　D

解析　解答此题既要知道镁是由电解熔融的MgCl2得到，还要知道实际生产中从海水提取MgCl2的途径及原料的合理使用（用石灰乳而不用NaOH）。

题组1　海水的综合利用

1．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从海水中获得的物质是（　　）

A．Cl2、Br2、I2B．Na、Mg、Al

C．食盐、淡水D．NaOH、H2

答案　C

解析　A、B、D中的物质必须经化学变化，才能够从海水中获取。

2．海水是一个巨大的化学资源宝库，以下有关海水综合利用的说法正确的选项是

（　　）

A．海水中含有钾元素，只需经过物理变化就可以得到钾单质

B．海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化

C．从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备Cl2

D．利用潮汐发电是将化学能转化为电能

答案　C

解析　海水中的钾元素是以化合态形式存在，要求化合态转化为游离态，一定发生氧化复原反应，A不正确；海水蒸发制海盐，是发生了物理变化，B错误；电解熔融NaCl可以制得Na和Cl2，C正确；潮汐发电是将机械能转化为电能，因此D也不正确。

3．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，以下以NaCl为原料的产品（或物质）是（　　）

①烧碱　②纯碱　③金属钠　④氯气　⑤盐酸

A．①②③④⑤B．①②③④

C．①②③⑤D．①②④⑤

答案　A

解析　在氯碱工业中，2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，H2与Cl2化合被水吸收可得盐酸。

2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑。

在制纯碱工业中主要利用如下原理：

NaCl＋CO2＋NH3＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl；2NaHCO3

Na2CO3＋H2O＋CO2↑。

题组2　海水提取溴碘及其性质应用

4．从海水中提取的溴约占世界溴年产量的

，从海水中提取溴的主要步骤可表示为（　　）

A．氧化→吸收→吹出B．氧化→吹出→吸收

C．吹出→氧化→吸收D．吹出→吸收→氧化

答案　B

解析　从海水中提取溴，先用氧化剂将溴离子氧化为溴单质，再用热空气吹出后用碱液吸收。

5．海水提溴过程中将Br－氧化成Br2，可向其中加入氧化剂，合适的是（　　）

A．酸性KMnO4溶液B．氯水

C．FeCl3溶液D．碘水

答案　B

解析　Fe3＋和I2的氧化性都不如Br2的强，C、D不正确；酸性KMnO4溶液能氧化Br－，但不适合工业生产用，KMnO4价格比较贵。

6．从海带中提取碘的实验过程中涉及以下操作，其中正确的选项是（　　）

答案　D

解析　灼烧海带应用坩埚，A项错误；过滤时应用玻璃棒引流，B项错误；苯的密度比水的小，萃取后的混合溶液中苯在上层，应从分液漏斗上口倒出，C项错误。

7．甲、乙、丙三溶液各含有一种X－（X－为Cl－、Br－或I－），向甲中加入淀粉溶液和氯水，则溶液变为橙色，再加丙溶液，颜色无明显变化。

则甲、乙、丙依次含有（　　）

A．Br－、I－、Cl－B．Br－、Cl－、I－

C．I－、Br－、Cl－D．Cl－、I－、Br－

答案　A

解析　向甲中加入淀粉溶液和氯水，溶液变为橙色，应是溴水的颜色，则甲中必含有Br－，被Cl2置换生成了Br2，由此否认了C、D；再加丙溶液，颜色无明显变化，说明丙溶液中不含I－，否则加入后应被Br2所置换，生成I2，溶液应为蓝色，与题给条件不符，则丙溶液只能含有Cl－，I－必在乙溶液中。

因此甲、乙、丙溶液依次含有Br－、I－、Cl－。

8．检验海带中碘元素的实验中，发生如下反应：

2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O，以下对该反应的表达中不正确的选项是（　　）

A．I2为氧化产物

B．H2O2既作氧化剂又作复原剂

C．氧化性强弱顺序为H2O2>I2

D．生成1molI2时转移2mol电子

答案　B

解析　2I－＋H2O2＋2H＋===I失2×e－2＋2H2O得2×e－，该反应中I2为氧化产物，H2O2作氧化剂，根据氧化性由强到弱的顺序为氧化剂>氧化产物，所以氧化性H2O2>I2；反应中每生成1molI2，转移2mol电子。

[能力提升题]

9．全球海水中溴的储藏量丰富，约占地球溴总储藏量的99%，故溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65mg·L－1。

其工业提取方法有：

（1）空气吹出纯碱吸收法。

方法是将氯气通入到富含溴离子的海水中，把溴置换出来，再用空气将嗅吹出，用纯碱溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到溴单质。

该方法涉及的反应有①______________________（写出化学方程式）；②3Br2＋3CO

===BrO

＋5Br－＋3CO2↑；③BrO

＋5Br－＋6H＋===3Br2＋3H2O。

其中反应②中氧化剂是________；复原剂是________。

（2）空气吹出SO2吸收法。

该方法基本同

（1），只是将溴吹出后是用SO2来吸收的，使溴转化为氢溴酸，然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质溴。

写出溴与二氧化硫反应的化学方程式：

________________________________________________________________________。

（3）溶剂萃取法。

该法是利用单质溴在水中和溶剂中溶解度的不同的原理来进行的。

实验室中萃取用到的实验仪器名称是________。

以下可以用于海水中溴的萃取的溶剂是________（填序号）。

①乙醇　②四氯化碳　③硝酸

答案　

（1）Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2　Br2　Br2

（2）Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4

（3）分液漏斗　②

解析　工业上提取溴的原理：

将氯气通入到富含溴离子的海水中，把溴置换出来，然后被某些溶液吸收，再提纯即可得到。

Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2，溴与二氧化硫反应的化学方程式：

Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4，方法（3）是利用物理方法，用有机溶剂溶解，因为溴易溶于有机溶剂，作为海水中萃取溴的溶剂只能是②四氯化碳。

10．海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如以下图所示：

（1）Mg（OH）2沉淀中混有的Ca（OH）2应怎样除去？

写出实验步骤。

__________________________________________________________________

（2）实验室将粗盐制成精盐的过程中，溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的：

①溶解：

_________________________________________________________。

②过滤：

_________________________________________________________。

③蒸发：

__________________________________________________________。

答案　

（1）加入MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤　

（2）搅拌，加速固体溶解　引流，防止液体外溅　搅拌，防止因局部过热而使液体或晶体飞溅

解析　

（1）为防止引入新杂质，可用MgCl2溶液或Mg（NO3）2溶液将Ca（OH）2转化为Mg（OH）2，然后过滤洗涤得Mg（OH）2。

（2）溶解固体时使用玻璃棒是为了加速固体的溶解；在过滤时使用玻璃棒引流，可防止液体外溅；蒸发结晶过程中，使用玻璃棒搅拌，可防止因局部过热而使液体或晶体飞溅。

11．镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的。

主要步骤如下：

（1）为了使MgSO4转化为Mg（OH）2，试剂①可以选用________，要使MgSO4完全转化为沉淀，加入试剂的量应为________________。

（2）加入试剂①后，能够别离得到Mg（OH）2沉淀的方法是________________________________________________________________________。

（3）试剂②选用________；写出其反应的离子方程式________________________________________________________________________________________。

（4）无水MgCl2在熔融状态下，通电后产生镁和氯气，该反应的化学方程式为_________________________________________________________________。

答案　

（1）石灰乳　过量　

（2）过滤　（3）盐酸　Mg（OH）2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O　（4）MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑

解析　

（1）工业上常加入廉价的石灰乳使海水中的MgSO4转化为Mg（OH）2；为使MgSO4完全转化为Mg（OH）2，应加入过量石灰乳。

（2）加入石灰乳产生Mg（OH）2，通过过滤将Mg（OH）2别离出来。

（3）用盐酸溶解Mg（OH）2，反应的离子方程式为Mg（OH）2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O

（4）工业上电解熔融MgCl2制取Mg，反应的化学方程式为MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑

12．空气吹出法工艺，是目前“海水提溴”的最主要方法之一。

其工艺流程如下：

（1）步骤③的离子方程式：

__________________________________________。

（2）步骤⑤中溴蒸气冷凝后得到液溴与溴水的混合物，可利用它们的相对密度相差很大的特点进行别离。

别离仪器的名称是________。

（3）溴水混合物Ⅱ中溶有一定量的氯气，因此在步骤⑤中可将蒸馏产生的气体通过________（填试剂名称）溶液，以除去氯气。

（4）步骤⑤的蒸馏过程中，温度应控制在80～90℃。

温度过高或过低都不利于生产，请解释原因：

_________________________________________________

________________________________________________________________。

（5）步骤①中用硫酸酸化可提高Cl2的利用率，理由是______________________________________________________________________________。

（6）提取溴单质，采用蒸馏“溴水混合物Ⅱ”而不是蒸馏“溴水混合物Ⅰ”，请说明原因：

_______________________________________________________

_________________________________________________________________。

答案　

（1）Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO

（2）分液漏斗　（3）溴化铁（或其他含Br－的盐类物质）

（4）温度过高，大量水蒸气被蒸出，溴蒸气中水增加；温度过低，溴不能完全蒸出，吸收率低

（5）酸化可抑制Cl2、Br2与水反应

（6）将“溴水混合物Ⅰ”转变为“溴水混合物Ⅱ”是Br2的浓缩过程，可提高效率，减少能耗，降低成本

解析　海洋是资源的宝库，海水化工是考试的热点。

占地球储量99%的溴分布在海洋中，从海水中提取溴，一般要经过浓缩、氧化、提取三个步骤。

步骤①的氯气氧化发生的反应是Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2，生成的溴仍溶解在海水中，怎样才能把溴提取出来呢？

根据溴的沸点比水低的性质，可以鼓入热空气（步骤②），使它和热空气一起挥发出来，再用SO2吸收（步骤③）：

Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO

，这样可以得到较大浓度的含Br－的溶液，进一步用氯气氧化（步骤④），得到Br2，然后蒸馏便得到了液溴。