人教版高中化学必修二海水资源的开发利用 讲义及习题.docx

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人教版高中化学必修二海水资源的开发利用讲义及习题

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】　海水淡化可使用蒸馏法。

如图所示为以自来水为原料制取蒸馏水的实验装置，请回答下列问题。

（1）图中的两处明显错误是①____________________________；②____________________________。

（2）仪器A的名称是________________，仪器B的名称是________________________。

（3）实验时A中除加入自来水外，为防止液体暴沸还需加入少量________________________。

解析　

（1）蒸馏时，温度计测量的是水蒸气的温度，而不是溶液的温度，所以温度计的水银球应置于蒸馏烧瓶的支管口处；根据题图，冷却水应“下进上出”。

（2）观察题图可知，A是蒸馏烧瓶，B是冷凝管。

（3）由于需要加热，所以A中还要加入沸石（或碎瓷片）以防止液体暴沸。

答案　

（1）①温度计的水银球插入液体中　②冷却水进出口方向反了

（2）蒸馏烧瓶　直形冷凝管

（3）沸石（或碎瓷片）

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】　空气吹出法是目前“海水提溴”使用到的主要方法之一。

其工艺流程如下：

（1）步骤③所发生反应的离子方程式是_____________________

____________________________________________________________。

（2）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________（填化合物名称）溶液，以除去氯气。

（3）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：

____________________________________________________。

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

（5）提取溴单质时，蒸馏溴水混合物Ⅱ而不是蒸馏溴水混合物Ⅰ，请说明原因：

__________________________________________________________

___________________________________________________________。

解析　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发生的反应是Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2，生成的溴仍溶解在海水中，依据溴的沸点比水低，鼓入热空气（步骤②），使溴和热空气一起挥发出来，再用SO2水溶液吸收（步骤③）：

Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO

，这样可以得到Br－浓度较大的溶液，进一步用氯气氧化（步骤④），可得到含Br2的水溶液，然后蒸馏即得到液溴。

答案　

（1）Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO

（2）溴化铁（或其他含Br－的盐）

（3）温度过高，大量水蒸气被蒸出；温度过低，溴不能被完全蒸出

（4）酸化可抑制Cl2、Br2与水反应

（5）将溴水混合物Ⅰ转变为溴水混合物Ⅱ是Br2的富集浓缩过程，蒸馏溴水混合物Ⅱ可提高效率，减少能耗，降低成本

【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．海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法错误的是（　　）

A．海水中含有溴元素，需经过化学变化才可以得到溴单质

B．无论是海水波浪发电还是潮汐发电，都是将化学能转化为电能

C．从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备金属钠

D．从海水中提取镁可以采用下列方法：

海水―→苦卤

Mg（OH）2

MgCl2溶液―→无水MgCl2―→MgCl2（熔融）

Mg

解析　海水中的溴元素以离子形式存在，需要通过化学反应来转化成溴单质，A项正确；在波浪发电和潮汐发电过程中机械能转化为电能，而不是化学能转化为电能，B项错误；从海水中可以得到NaCl固体，电解熔融NaCl可制备金属钠，C项正确；依据海水提取镁的原理分析，卤水中加入氢氧化钙以沉淀镁离子，生成氢氧化镁，过滤后加盐酸溶解、蒸发浓缩、冷却结晶析出晶体，然后得到氯化镁固体，电解熔融氯化镁得到金属镁，该方法合理，D项正确。

答案　B

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．从海水中提取镁的工艺流程可表示如下：

下列说法不正确的是（　　）

A．用此法提取镁的优点之一是原料来源丰富

B．步骤⑥电解MgCl2时阴极产生氯气

C．步骤⑤可将晶体置于HCl气体氛围中脱水

D．上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应

解析　海水中含有大量的镁元素，从海水中提取镁的优点之一是原料来源丰富，A项正确；电解熔融的MgCl2时，阳极产生Cl2，阴极产生金属镁，B项错误；因MgCl2能水解：

MgCl2＋2H2O

Mg（OH）2＋2HCl，所以将MgCl2·6H2O晶体在HCl气体氛围中加热脱水，其目的是防止MgCl2水解生成Mg（OH）2，C项正确；步骤①涉及CaCO3的分解反应得到CaO，CaO与H2O发生化合反应得到Ca（OH）2，步骤⑥是电解涉及分解反应，步骤③涉及MgCl2与Ca（OH）2发生的复分解反应得到Mg（OH）2和CaCl2，D项正确。

答案　B

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.把海水过滤除杂后，又提取出了氯化钠、溴、镁等化学物质。

剩余的富碘卤水采用下面的工艺流程生产单质碘：

回答下列问题：

（1）丁溶液中的溶质为________（填化学式）。

（2）第④步的操作中用稀硫酸浸洗的目的是___________________________________________________

___________________________________________________。

（3）第⑦步的操作中提取I2的方法是________和________（写出操作名称，不要求写出具体步骤）。

（4）检验得到I2的方法是___________________________________

_____________________________________________________。

解析　富碘卤水中I－与Ag＋反应生成AgI（甲），AgI、铁粉在水中不断搅拌，会缓慢发生反应生成Ag和FeI2，在第④步加入稀硫酸的目的是溶解多余的铁屑而提纯银，再把银溶于硝酸制取AgNO3，从而使AgNO3重新与I－反应。

而FeI2溶液中通入稍过量Cl2，可生成FeCl3溶液（丁）和I2单质，用萃取的方法可从碘水中提取碘。

答案　

（1）FeCl3

（2）用稀硫酸除去银中过量的铁屑

（3）加热升华　萃取

（4）取少量的产物加入淀粉溶液，若变蓝色，则说明得到了单质碘；若不变蓝色，则说明没有得到单质碘

课时作业

1．关于证明海带中存在碘元素的实验，以下操作正确的是（　　）

A．海带中的碘可以直接用四氯化碳萃取

B．在蒸发皿中灼烧海带使之变为海带灰

C．将海带灰溶于水中，滴加淀粉溶液，溶液变蓝

D．为了将I－氧化，加入的氧化剂最好选择H2O2

解析　A项，海带中的碘是以化合态形式存在，而不是碘单质，不能直接用四氯化碳萃取，错误；B项，蒸发皿是蒸发浓缩溶液的仪器，固体灼烧应在坩埚内，所以海带应在坩埚中灼烧为海带灰，错误；C项，将海带灰溶于水中形成含碘离子的溶液，滴加淀粉溶液，溶液不变蓝，错误；D项，过氧化氢作氧化剂不引入新的杂质，为了将I－氧化，加入的氧化剂最好选择H2O2，正确。

答案　D

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发生的离子反应为2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2

C．工业上每获得1molBr2，至少需要消耗Cl222.4L

D．步骤Ⅳ可以选择萃取、分液和蒸馏的方法

解析　亚硫酸根离子可以和具有氧化性的溴单质发生氧化还原反应，故可以用Na2SO3饱和溶液来吸收溴单质，A项正确；氯气具有氧化性，可将溴离子氧化为溴单质，即2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2，B项正确；根据离子方程式2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2，可知，每获得1molBr2，步骤Ⅰ和步骤Ⅲ至少共需要消耗标准状况下Cl244.8L，C项错误；从溴水中提取溴采用的方法有萃取、分液和蒸馏，D项正确。

答案　C

5.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

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，故A正确；氯气能将溴离子氧化为溴单质，然后采用萃取的方法从溶液中获取溴，反应的离子方程式为2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2，故B正确；氧化镁熔点很高，氯化镁熔点较低，故工业上采用电解熔融氯化镁的方法冶炼镁，故C不正确；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，故D正确。

答案　C

6.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，使海水的盐分沉淀并淡化

B.利用太阳能，将海水蒸馏淡化

C.将海水通过离子交换树脂，以除去所含的盐分

D.利用半透膜，采用反渗透法而使海水淡化

解析　海水淡化的主要任务是除去海水中溶解的盐类物质，加入明矾后铝离子水解生成的氢氧化铝胶体只能吸附海水中的悬浮物，不能除去海水中溶解的盐类物质。

答案　A

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.某同学为了验证海带中含有碘，拟进行如下实验，请回答相关问题。

（1）第1步：

灼烧。

操作是将足量海带灼烧成灰烬，该过程中将使用到的瓷质或玻璃质实验仪器有________（填代号，限填3项）。

A.试管B.瓷坩埚

C.坩埚钳D.铁三脚架

E.泥三角F.酒精灯

G.烧杯H.量筒

（2）第2步：

I－溶液的获取。

操作是______________________________

_____________________________________________________________。

（3）第3步：

氧化。

操作是依次加入合适的试剂，下列氧化剂最好选用________（填字母）。

A.浓硫酸B.新制氯水

C.KMnO4溶液D.H2O2

理由是____________________________________________________。

（4）碘单质的检验。

操作是_____________________________________

__________________________________________________________。

解析　

（1）灼烧操作须用到的仪器有酒精灯、瓷坩埚、铁三脚架、泥三角、坩埚钳等，其中瓷质和玻璃实验仪器是酒精灯、瓷坩埚和泥三角。

（2）应用适量蒸馏水溶解，充分搅拌，再过滤即可。

（3）主要从氧化过程中不引进杂质、不产生污染，以及不能氧化碘等角度考虑，如新制氯水