人教版学年同步备课一体资料之化学必修2讲义第四章 化学与自然资源的开发利用 第1节 第2课时.docx

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人教版学年同步备课一体资料之化学必修2讲义第四章化学与自然资源的开发利用第1节第2课时

第2课时　海水资源的开发利用

学习目标

核心素养建构

1.了解海水资源及其利用。

2．掌握海水化学资源的开发和利用，即海水制盐，海水提镁、提溴、提碘。

3．了解海水综合利用的重要方向。

[知识梳理]

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积的

，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。

【自主思考】

1．海水的蒸馏装置与普通的蒸馏装置有何区别？

为什么？

提示　因为海水蒸馏得到的是淡水，水的沸点为100℃（常压下）无需用温度计，因此可不用蒸馏烧瓶，而换为圆底烧瓶。

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（熔融）

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。

【自主思考】

2．海水制盐属于物理变化，还是化学变化？

提示　海水制盐是利用日光和风力使海水中水分蒸发从而使食盐结晶析出，因此属于物理变化。

[效果自测]

1．若实现海水淡化供应饮用水，下列方法在原理上完全不可行的是（　　）

A．加明矾使海水中盐分沉淀而淡化

B．利用太阳能使海水蒸馏淡化

C．将海水电解，然后让两极气体燃烧得到饮用水

D．将海水通过离子交换树脂，以除去所含离子

解析　明矾具有净水作用，可使海水中的悬浮物形成沉淀而除去，但不能使海水中盐分沉淀。

答案　A

2．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

（1）海水中含有Br2（　　）

（2）海带中含有碘，能使淀粉变蓝（　　）

（3）用SO2溶液吸收溴蒸气，是利用了SO2具有漂白性（　　）

答案　

（1）×　

（2）×　（3）×

探究一、海水中水资源的利用

【合作交流】

1．进行海水的蒸馏实验时，烧瓶中为什么要放入少量沸石？

冷凝管中冷却水的流向如何？

提示　在烧瓶中放少量碎瓷片或沸石，目的是防止液体暴沸；冷凝管中冷却水从下口进，从上口出。

2．结合对本课时内容的预习，讨论海洋中哪些能源可转化为蒸馏海水时所需的热能？

提示　潮汐能、核能可转化为电能给蒸馏海水加热。

【点拨提升】

1．海水蒸馏实验的操作步骤

连接装置→检查装置气密性→向烧瓶中加入海水和碎瓷片→接通冷却水→给烧瓶加热→收集蒸馏水→停止对烧瓶加热→待冷却至室温后停止通入冷却水→整理仪器。

2．海水蒸馏实验的注意事项

（1）烧瓶加热时，一定要垫石棉网，防止烧瓶炸裂。

（2）烧瓶中的海水量不能超过烧瓶容积的

。

（3）冷凝管内的冷却水要从下口入、上口出，这样冷却的效果最好。

（4）加入碎瓷片的目的是防止液体暴沸。

（5）实验前认真检查装置的气密性。

（6）当烧瓶中有少量液体时，停止加热。

（7）实验结束时，应先停止加热，后停止通入冷却水。

【典题例证1】　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

解析　海水中的钾元素以化合态形式存在，要使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不正确；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。

答案　C

【学以致用1】　下列关于海水知识的叙述不正确的是（　　）

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

解析　海水资源的利用包括海水水资源的利用和海水化学资源的利用，海水水资源的利用包括海水淡化（同化工生产和能源技术相结合）和直接利用（循环冷却，冲厕等），海水化学资源利用包括海水制盐，海水提Mg、Br2、I2等，海水中某些金属元素的总储量很大，但富集程度却很低，故A、C、D正确，B错误。

答案　B

探究二、海水化学资源的开发利用

【合作交流】

1．目前，海水制盐所采用的方法大部分仍为盐田蒸发法，利用风能和太阳能使海水蒸发。

这种古老方法有什么优点？

（从经济效益方面考虑）

提示　盐田蒸发法具有产量高、耗能少、成本低、运输方便等优点。

2．阅读下面文字，交流讨论后面的问题：

空气吹出法是工业规模海水提溴的常用方法：

在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。

（1）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？

（2）除通过蒸馏提取液溴外，还有什么方法可提取液溴？

提示　

（1）溴的沸点低，易挥发。

（2）由于溴易溶于有机溶剂，还可用萃取的方法提取液溴。

3．下面流程图为海带中碘元素检验的实验步骤，据此思考回答问题。

（1）海带灼烧前，为什么不用水冲洗海带表面的附着物，而是用刷子刷？

（2）写出加入稀硫酸酸化的H2O2时发生的离子方程式。

（3）根据什么现象证明海带中有碘元素。

提示　

（1）为减少海带中I－的流失，不能用水冲洗。

（2）2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O

（3）当加入淀粉溶液时，溶液变蓝，证明有I2生成，从而说明海带中含有碘元素。

【点拨提升】

1．海水提溴

海水提溴的主要方法是空气吹出法。

（1）主要流程：

（2）主要反应：

Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－（氧化）

Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4（富集）

Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－（提取）

2．海带中提碘

（1）海带中含有碘元素的检验

①关键反应的反应原理：

2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O。

②实验步骤及证明方法：

（2）海带中提碘

①流程：

海带→浸泡→氧化→过滤→提纯→碘单质。

②主要的化学反应原理：

Cl2＋2KI===2KCl＋I2。

3．海水提镁

（1）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↑

（2）工艺流程。

【典题例证2】　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．NaOH　　B．FeCl2　　

C．Na2SO3　　D．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________________________________________________________________________。

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。

答案　

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

（2）ABC　（3）Br2　1　（4）Cl2>Br2>SO2

【学以致用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________________，

反应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）从含碘的有机溶剂中提取碘，还要经过蒸馏，指出下列蒸馏装置中的错误之处________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（5）进行蒸馏操作时，使用水浴加热的原因是____________________________________

________________________________________________________________________，

最后晶态碘在________中。

解析　

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

（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。

答案　

（1）过滤　萃取分液　2I－＋Cl2===I2＋2Cl－　

（2）B

（3）分液漏斗，普通漏斗　（4）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）萃取剂沸点较低，I2易升华　蒸馏烧瓶

1．海水开发利用的部分过程如图所示。

下列说法错误的是（　　）

A．向苦卤中通入Cl2是为了提取溴

B．粗盐可采用除杂和重结晶等过程提纯

C．工业生产中常选用NaOH作为沉淀剂

D．富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收

解析　苦卤中含有Br－，通入Cl2可将Br－氧化生成Br2，A正确；粗盐中含有Ca2＋、SO

等杂质离子，故先除杂得NaCl和KCl的混合溶液，而NaCl的溶解度随温度变化不大，故采用重结晶可以得到纯净的NaCl，B正确；工业上沉淀海水中的Mg2＋，采用Ca（OH）2，不用NaOH，因为NaOH的价格较贵，C错误；Br2易挥发，用热蒸气吹出后，用SO2吸收，生成H2SO4和HBr，富集后再用Cl2处理HBr生成Br2，D正确。

答案　C

2．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．①③⑤②④　　　　　B．②①③④⑤

C．②④①③⑤D．③①②⑤④

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。

答案　C

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

解析　解答本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）。

答案　D

4．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（　　）

解析　灼烧海带应用坩埚，A选项错误；过滤时应用玻璃棒引流，B选项错误；苯的密度比水的小，萃取I2的苯层在上层，应从分液漏斗上口倒出，C选项错误。

答案　D

5．海水是可以综合利用的。

从海水中提取食盐和溴的过程如下：

（1）请写出一种海水淡化的方法：

_____________________________________________。

（2）步骤Ⅰ获取Br2的离子方程式为____________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，使溴蒸气转化为氢溴酸以达到富集的目的。

其反应的化学方程式为Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，在该反应中，还原剂是________________（填化学式）。

若反应中生成4molHBr，则消耗________molSO2。

解析　海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。

海水淡化后得到NaCl，电解其熔融态可生成Na和Cl2，利用生成的Cl2氧化浓缩海水中的Br－得到Br2，离子方程式为：

Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，然后通入空气，吹出Br2，再用SO2吸收Br2，发生反应的化学方程式为：

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4molHBr，则消耗2molSO2，最后再向含HBr的溶液中通入适量Cl2，蒸馏得到Br2。

答案　

（1）蒸馏法（或电渗析法，离子交换法等）　

（2）Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－　（3）SO2　2

课时作业

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、I2　　　　　　B．Na、Mg、Al

C．食盐、淡水D．NaOH、H2

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。

答案　C

2．地球上97%以上的水是海水，海水淡化可缓解淡水资源不足。

下列方法中能将海水淡化的是（　　）

①在海水中加入硝酸银，滤掉生成的沉淀

②蒸馏海水，将蒸汽冷凝

③将海水加压，使水分子通过半透膜以滤去盐分

④将海水暴晒，滤掉析出的盐

A．①②B．②③

C．①④D．③④

解析　①中加入硝酸银虽然将Cl－除去，但同时生成NaNO3，达不到海水淡化的目的。

②是一种使用最早、最广泛的海水淡化方法。

③中使用了新型高分子材料半透膜，是一种新的海水淡化方法。

④中将海水暴晒，并不能除尽海水中的盐分，滤掉析出的盐后得到的是含盐的饱和溶液，不能将海水淡化。

答案　B

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。

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

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↑。

答案　A

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

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。

答案　B

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

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。

答案　B

6．21世纪以来，国与国之间因对海权的争夺引起的摩擦接连不断，在捍卫主权的同时，人们看重的是海洋这个巨大宝藏，下列有关海洋资源综合利用的说法不正确的是（　　）

A．利用海水波浪发电是将动能转化为电能

B．从海水中提取溴单质一定伴有化学变化

C．从海水中提取Mg时可电解熔融态的MgO

D．积极研发海水直接冷却技术，可减少煤炭的使用量，有利于环境保护

解析　MgO熔点高，需电解熔融态的MgCl2。

答案　C

7．海洋是非常巨大的资源宝库，以下有关海洋资源开发和利用的说法，不正确的是

（　　）

A．海水中的元素种类很多，富集程度大

B．海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等

C．海水中除H2O外，还含有Cl、Na、K、Mg、Ca、S、F等多种元素

D．由于与岩石、大气和生物相互作用，海水中溶解和悬浮着大量无机物和有机物

解析　海水中的元素种类很多，但很多元素的富集程度却很低。

答案　A

8．检验海带中碘元素的实验中，发生如下反应：

2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O。

下列对该反应的叙述中不正确的是（　　）

A．I2为氧化产物

B．H2O2既作氧化剂又作还原剂

C．氧化性强弱顺序为H2O2>I2

D．生成1molI2时转移2mol电子

解析　

，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。

答案　B

9．从海水中可提取多种化工原料，下面是工业上对海水资源综合利用的示意图。

试回答下列问题：

（1）粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SO

等杂质离子，精制时所用试剂为A.盐酸；B.BaCl2溶液；C.NaOH溶液；D.Na2CO3溶液。

则加入试剂的顺序是____________（填字母）。

（2）写出用海滩上的贝壳制Ca（OH）2的化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）电解无水MgCl2可制取镁和Cl2，其中副产品Cl2和Ca（OH）2可制得漂白粉。

制漂白粉的化学方程式为____________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）用海滩上的贝壳制Ca（OH）2，而不从异地山中开凿石灰石制取，主要考虑到什么问题？

________________________________________________________________________。

（5）从经济效益角度看，该化工厂厂址应选在__________________________________

________________________________________________________________________。

解析　化工生产是综合利用化学知识解决实际问题的过程，在此过程中，除运用到我们所学的化学知识外，还要从环境保护、能源利用、经济效益等方面考虑。

（1）该小题属离子除杂题。

除杂原则是在除去Ca2＋、Mg2＋、SO

时，不能带入新的杂质离子。

所以，解此题的关键是把握好加入离子的顺序：

①Ba2＋必须在CO

之前加入；②CO

、OH－必须在H＋之前加入，所以B、C不分先后，而D、A本身既分先后，A又必须放在B、C之后才能满足条件。

（2）由贝壳→Ca（OH）2的反应为：

CaCO3→CaO→Ca（OH）2。

（3）漂白粉的主要成分为CaCl2和Ca（ClO）2，可将Cl2通入石灰乳中制得。

（4）海滩上的物质为海水综合利用创造了便利条件，不用运输，就地取材，从经济效益角度考虑是有利的。

（5）由此可见，应在海滩建化工厂或在沿海陆地建厂。

答案　

（1）B—C—D—A或C—B—D—A或B—D—C—A

（2）CaCO3

CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca（OH）2

（3）2Cl2＋2Ca（OH）2===CaCl2＋Ca（ClO）2＋2H2O

（4）经济效益　（5）海边

10．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。

二次大战时，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，为下图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