高中化学 第四章 化学与自然资源的开发利用 第一节 开发利用金属矿物和海水资源.docx

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高中化学第四章化学与自然资源的开发利用第一节开发利用金属矿物和海水资源

第2课时　海水资源的开发利用

[学习目标定位]　1.知道海水淡化的意义和方法。

2.熟知从海水中提取溴、碘、金属镁的原理。

3.会写相关反应的化学方程式。

一、海水水资源的利用及溴、碘的提取

1.海水水资源的利用：

主要包括海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却等。

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。

海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。

其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高。

因此，海水淡化与化工生产结合、与能源技术结合，成为海水综合利用的重要方向。

2.某同学从科普书中摘录了从海水中提取溴的方法，请仔细阅读，然后回答问题。

在海水中溴以溴化镁和溴化钠的形式存在。

经过晒盐后的卤水中，溴的含量提高了100倍左右。

只要把卤水加入反应塔中，通过氯气和水蒸气蒸馏，就可以把“溴”蒸出来。

也有借助煤油从海水中提取溴的，煤油用过之后，还可以回收。

土法提取溴可用浓盐酸作用于漂白粉或用二氧化锰氧化浓盐酸制取氯提取溴。

（1）从海水中提取溴，一般要经过浓缩、氧化和提取三个步骤。

其流程为

（2）卤水中通入Cl2时发生反应的离子方程式为2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－。

（3）通过水蒸气就可把溴蒸出来的原因是溴单质易挥发。

（4）借助煤油从海水中提取溴是利用了溴易溶于有机溶剂的性质。

3.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）指出提取碘的过程中有关的实验操作名称：

①______；写出过程②中有关反应的化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（2）提取碘的过程中可选用的有机试剂为________（填字母）。

A.酒精、四氯化碳B.四氯化碳、苯

C.汽油、醋酸D.汽油、甘油

（3）为使海藻灰中碘离子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、物品，尚缺少的玻璃仪器是________________________________________________________________________

____________。

答案　

（1）过滤　2NaI＋Cl2===2NaCl＋I2　

（2）B

（3）漏斗、分液漏斗

1.海水中制取溴

主要方法：

空气吹出法。

海水提溴四个过程

2.海带中提碘

（1）海带中含有碘元素的检测

（2）海带中提碘

①流程

海带―→晒干、灼烧―→浸泡―→过滤―→氧化―→提纯―→碘单质

②主要的化学原理：

2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O或Cl2＋2KI===2KCl＋I2。

1.溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65mg·L－1。

在实验室模拟海水中溴的提取：

实验方法：

将适量新制氯水加入到20mL富含溴离子的海水中（海水可以用0.1mol·L－1的NaBr溶液代替），把溴置换出来。

氯水中的氯气作________________剂，涉及反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

得到的单质溴可以用有机溶剂在____________（仪器）中实现萃取富集，萃取试剂用____________、苯等，得到的有机层显__________色。

答案　氧化　Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2　分液漏斗　四氯化碳　橙

解析　把溴离子转化为溴单质时，溴离子发生氧化反应，因此需要氧化剂，氯气可以将Br－氧化为Br2。

根据萃取的原理，要从水溶液中萃取某种溶质，所选择的萃取剂一定要和水互不相溶。

溴单质在有机溶剂中的颜色是橙色到橙红色。

理解感悟　本题考查有关海水中含有溴元素的证明和提取的实验原理、仪器，以及萃取的实验操作等。

将非金属阴离子置换为单质要用到氧化剂，将金属阳离子置换为单质要用到还原剂，常见的氧化剂有过氧化氢、新制氯水、酸性高锰酸钾溶液等。

2.从海带中提取碘的实验过程中，涉及到下列操作，其中正确的是（　　）

答案　D

解析　物质的灼烧应该选用耐高温的坩埚，A错；过滤操作时，向漏斗中加液要用玻璃棒引流，B错；碘的苯溶液在上层，应由分液漏斗的上口倒出，C错；固液分离可以用蒸馏法分离，D对。

二、从海水中提取镁

海水提镁的生产流程可表示为

1.海水提取镁的最基本方法是往海水中加____________，得到________沉淀，将沉淀分离出来后再加入________把它变成________；之后，经过结晶、__________、干燥、________，就可得到金属镁。

答案　碱　氢氧化镁　盐酸　氯化镁　过滤　电解

2.海水提镁要用到海滩上的贝壳。

那么，贝壳在生产流程中起什么作用？

其主要成分发生了怎样的化学变化？

答案　贝壳的作用是作为制备碱的基础原料，其主要成分发生的化学变化为CaCO3

CaO＋CO2↑。

3.从海水中的Mg2＋到金属镁，经历了哪些化学变化（用化学方程式表示）?

答案　MgCl2＋Ca（OH）2===Mg（OH）2↓＋CaCl2

Mg（OH）2＋2HCl===MgCl2＋2H2O　MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑

4.在用上述方法提镁的过程中，采取了哪些措施来提高经济效益？

这对你有什么启示？

答案　提高经济效益的措施，一是在主要原料地（靠海处）建厂；二是同时建造盐酸厂，充分利用电解氯化镁的副产物——氯气。

这给我们的启示是，设计工业生产要从整体出发，对各个生产要素和环境保护进行综合设计，既要提高综合经济效益，又要保护环境。

MgCl2·6H2O加热制取无水MgCl2时，要不断通入干燥的HCl气体，防止MgCl2水解生成Mg（OH）2。

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　本题要求学生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）。

4.海水提镁的主要流程如下：

下列说法正确的是（　　）

①试剂M是盐酸　②流程中的反应全部都是非氧化还原反应　③操作b只是过滤　④用海水晒盐后的饱和溶液加石灰乳制Mg（OH）2　⑤电解熔融MgCl2比电解熔融的MgO制金属镁更节约能量

A.①②③④⑤B.②③

C.④⑤D.①④⑤

答案　D

解析　电解无水氯化镁的反应属于氧化还原反应，因此②是错误的。

③操作b应是结晶、过滤、干燥，因此③是错误的。

所以答案选D。

1.海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法正确的是（　　）

A.利用潮汐发电是将化学能转化为电能

B.海水蒸发制海盐的过程中发生了化学变化

C.从海水中可以得到MgCl2，电解熔融MgCl2可制备Mg

D.海水中含有溴元素，只需经过物理变化就可以得到溴单质

答案　C

解析　A中，潮汐发电是将潮汐能转化为电能；B中，海水蒸发制海盐过程中只有物理变化；D中，海水中溴元素以溴离子（Br－）形式存在，要得到单质溴必须发生化学变化才能实现。

2.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，而海水中其他各种离子不能通过淡化膜，从而得到淡水。

对加压后右侧海水成分变化分析正确的是（　　）

A.溶质质量增加B.溶剂质量减小

C.溶液质量不变D.溶质质量分数减小

答案　B

3.海洋约占地球表面积的71%，对其进行开发利用的部分流程如图所示。

下列说法错误的是（　　）

A.试剂1可以选用石灰乳

B.从苦卤中提取Br2的反应的离子方程式为2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2

C.工业上，电解熔融MgO冶炼金属镁可减小能耗

D.可用BaCl2溶液除去粗盐中的SO

答案　C

解析　煅烧贝壳得到CaO，将CaO溶于水得到石灰乳，石灰乳和镁离子反应生成氢氧化镁沉淀，试剂1廉价且原料来源广泛，A正确；氯气能将溴离子氧化为溴单质，从苦卤中提取Br2的反应的离子方程式为2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2，然后采用萃取的方法从溶液中获取溴，B正确；氧化镁熔点很高，氯化镁熔点较氧化镁低，电解氧化镁冶炼镁增加成本，所以工业上采用电解熔融氯化镁的方法冶炼镁，C错误；氯化钡和硫酸根离子反应生成难溶性的硫酸钡，且氯离子不是杂质离子，D正确。

4.NaCl是从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（　　）

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　从海水中得到的氯化钠，可作化工原料，工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。

化学方程式分别为2NaCl＋2H2O

2NaOH＋Cl2↑＋H2↑，2NaCl（熔融）

2Na＋Cl2↑，NaCl＋NH3＋H2O＋CO2===NaHCO3↓＋NH4Cl,2NaHCO3

Na2CO3＋CO2↑＋H2O，Cl2＋H2

2HCl。

5.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。

证明海带中含有碘的实验方法：

①用剪刀剪碎海带，用酒精湿润，放入坩埚中。

②灼烧海带至完全成灰，停止加热，冷却。

③将海带灰加蒸馏水溶解，搅拌、煮沸、过滤。

④在滤液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入几滴淀粉溶液。

（涉及反应的离子方程式为2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O）

在实验过程中用到的玻璃仪器有__________________________________________________。

能证明海带中含有碘的实验操作是________（填序号），现象是______________________。

答案　烧杯、玻璃棒、漏斗、酒精灯　④　滴入淀粉溶液后变蓝

[基础过关]

题组一　海水资源的利用

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

答案　D

解析　海水中的各种元素都以化合态存在，要生成单质必然发生化学反应，A、B、C均错。

海水晒盐得NaCl，蒸馏海水得淡水只发生物理变化。

2.随着人口增长、工业发展，淡水供应出现危机。

若实行海水淡化来供应饮用水，下列方法在原理上完全不可行的是（　　）

A.加入明矾，使海水中的泥沙沉淀并淡化

B.利用太阳能，将海水蒸馏淡化

C.将海水通过离子交换膜除去其所含的盐分

D.利用电渗析法使海水淡化

答案　A

3.下列关于海水的知识不正确的是（　　）

A.海水资源的利用包括海水水资源利用和化学资源利用

B.海水既苦又涩，不能直接利用

C.海水中某些金属元素总储量很大，但富集程度却很低

D.海水淡化应同化工生产结合，同能源技术结合

答案　B

解析　海水可直接利用，如冲厕、作冷却水等。

4.海水是一个巨大的化学资源宝库，下列有关海水综合利用的说法正确的是（　　）

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，一定发生氧化还原反应，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；潮汐发电是将潮汐能转化为电能，因此D也不正确。

题组二　从海水中提取溴、碘

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KMnO4价格比较贵，不适合工业生产用。

6.某同学设计实验从海带中提取碘：

①滴加稀硫酸和双氧水　②在海带中加入少量酒精，点燃使其燃烧为灰烬，在灰烬中加水搅拌　③加四氯化碳并振荡　④过滤　⑤分液

该实验的合理操作顺序是（　　）

A.①③⑤②④B.②①③④⑤

C.②④①③⑤D.③①②⑤④

答案　C

解析　从海带中提取I2的流程为

海带（加少量酒精）

海带灰

含I－的水溶液

I2的水溶液

I2的有机溶液，故正确步骤为②④①③⑤，选C。

7.从海水中可以提取溴，但得到的液溴中常常有少量氯气，除去氯气应该采用的方法是（　　）

A.加入适量的Na2CO3溶液

B.通入溴蒸气

C.加入适量的NaOH溶液

D.加入适量的NaBr溶液

答案　D

解析　Na2CO3溶液和NaOH溶液都能与溴反应，不能用于除杂。

8.某课外小组将灼烧海带产生的灰烬浸泡后过滤，得到澄清的滤液。

他们设计了如下的几个方案，你认为能证明海带的灰烬中含有碘元素的是（　　）

A.取适量滤液，蒸干，观察是否有紫色固体生成

B.取适量滤液，加入苯，振荡，静置，苯层无色，证明不含碘元素

C.取适量滤液，向其中加入淀粉溶液，无明显现象，证明不含碘元素

D.取适量滤液，加入酸化的H2O2，再加入淀粉溶液，呈蓝色，证明含有碘元素

答案　D

解析　海带的灰烬中含有的碘元素，是以I－形式存在的，不是以单质形式存在，所以A、B、C均不正确；D中发生了氧化还原反应：

H2O2＋2I－＋2H＋===I2＋2H2O，产生了I2，使淀粉溶液呈蓝色。

9.从淡化海水中提取溴的流程如下：

下列有关说法不正确的是（　　）

A.X试剂可用Na2SO3饱和溶液

B.步骤Ⅲ的离子反应：

2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2

C.工业上每获得1molBr2，需要消耗Cl244.8L

D.步骤Ⅳ包含萃取、分液和蒸馏

答案　C

解析　Na2SO3＋Br2＋H2O===Na2SO4＋2HBr，A正确；步骤Ⅲ利用氯的非金属性比溴强，可以利用置换反应制取Br2，B正确；反应Ⅰ和反应Ⅲ均使用到Cl2，故制取1molBr2消耗2mol氯气，但未标明氯气所处的温度和压强，C错误；从浓溴水中提取溴，可利用有机溶剂（如苯）萃取溴，然后分液得到溴的有机溶液，再经蒸馏可得到纯净的溴，D正确。

题组三　从海水中提取镁

10.海水中可以提取镁，其方法是首先使海水中的Mg2＋转化为Mg（OH）2沉淀。

从化学知识的角度和经济效益的角度考虑，可在海水中加入的物质是（　　）

A.NaOHB.KOHC.CaOD.Na2O

答案　C

解析　若使Mg2＋转化为Mg（OH）2沉淀，须在海水中加入碱，理论上加入NaOH、KOH、CaO、Na2O都可实现上述转化，但NaOH、KOH、Na2O为重要的化工原料，其成本较高，而CaO可由石灰石或贝壳等分解而获得，原料易得，成本较低，故可加入CaO，CaO＋H2O===Ca（OH）2，从而使Mg2＋转化为Mg（OH）2沉淀。

11.从海水中提取金属镁的生产步骤有：

①浓缩结晶　②加熟石灰　③加盐酸　④过滤　⑤熔融电解，正确的操作顺序是（　　）

A.①②③④⑤B.⑤④③①②

C.②④③①⑤D.③④②①⑤

答案　C

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。

再将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↑。

[能力提升]

12.工业上海水资源合理开发利用的部分工艺流程如图所示：

（1）该工艺流程中先后制得Br2、CaSO4和Mg（OH）2，能否按Br2、Mg（OH）2、CaSO4的顺序制备？

______（填“能”或“不能”），原因是_______________________________________。

（2）溴单质在四氯化碳中的溶解度比其在水中的大得多，四氯化碳与水不互溶。

但在上述工艺中却不用四氯化碳，原因是_____________________________________________________。

（3）写出②③④反应的离子方程式。

答案　

（1）不能　若先沉淀Mg（OH）2，则沉淀中会夹杂有CaSO4和Ca（OH）2沉淀，使产品不纯

（2）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

（3）②Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－；

③Ca2＋＋SO

===CaSO4↓；

④Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓。

解析　

（1）CaSO4和Mg（OH）2制备顺序与加入的试剂顺序有关，要求每次加入试剂后只能得到一种物质，如果先沉淀Mg（OH）2，则沉淀中会夹杂有CaSO4和Ca（OH）2沉淀，产品不纯。

（2）属于对试剂使用的评价问题，四氯化碳与水相比，无论是从价格上还是环境污染问题上，都超过水。

13.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，下列物质也能吸收Br2的是___________________________。

A.NaOHB.FeCl2C.Na2SO3D.H2O

（3）步骤③中氧化剂是____________，若反应中生成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

解析　

（1）读懂流程图，可以写出2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－，SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。

（2）只从理论上考虑，NaOH具有强碱性，能吸收Br2，Fe2＋、SO

具有还原性也能吸收Br2，但Br2在水中的溶解度较小，不能充分吸收。

（3）Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，该反应中氧化剂为Br2，还原剂为SO2，反应中每生成2molHBr，则消耗1molSO2。

（4）最后再向含HBr的溶液中通入适量Cl2，蒸馏得到Br2。

经过上述反应过程知氧化性由强到弱的顺序为Cl2>Br2>SO2。

14.海水占地球总储水量的97.2%，若把海水淡化和化工生产结合起来，既可解决淡水资源缺乏的问题，又可充分利用海洋资源。

（1）海水中存在大量的氯化钠，氯化钠中的金属元素位于元素周期表第________族。

（2）目前，国际上实用的“海水淡化”主要技术之一是蒸馏法。

蒸馏法是将海水变成蒸气，蒸气经冷却而得高纯度淡水。

由此可判断蒸馏法是________（填“物理变化”或“化学变化”）。

（3）工业上利用电解饱和食盐水可制得重要化工产品，反应式：

食盐＋H2O―→NaOH＋H2↑＋Cl2↑（未配平），该反应中食盐的化学式是____________；利用电解所得气体制36.5%的浓盐酸1000t，最少需消耗食盐________t。

（4）近年来，有人提出了一种利用氯碱工业产品及氯化钠循环治理含二氧化硫废气并回收二氧化硫的方法。

该方法流程如下：

请写出②④的化学反应方程式：

__________________________________________________，

________________________________________________________________________。

答案　

（1）ⅠA　

（2）物理变化　（3）NaCl　585

（4）NaOH＋SO2===NaHSO3　NaHSO3＋HCl===NaCl＋H2O＋SO2↑

解析　

（1）Na位于ⅠA族。

（2）蒸馏法属于物理变化。

（3）2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，H2＋Cl2===2HCl，由n（HCl）＝

＝107mol，可知m（NaCl）＝107mol×58.5g·mol－1＝585×106g＝585t。

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