河南省荥阳三中2015-2016学年高中化学化学与资源开发利用(第10课时)《海水提镁从海水中提取重水》三案一

第10课时海水提镁从海水中提取重水学案【学习目标】1.掌握海水提镁的原理与工艺流程。

2.了解从海水中提取重水的工艺流程。

【重点难点】1.海水提镁的原理与工艺流程2.海水中提取重水的工艺流程课前预习【情景材料】我国的镁矿储量世界第一，是世界上最大的镁生产和出口国，2003年，原镁产量占全球的63%。

目前主要是通过煅烧陆地天然菱镁矿来制取镁，用这种方法制得的氧化镁，纯度不高，还要消耗大量的能源，并且对环境污染很大。

海水提镁自本世纪40年代开创以来，发展极快，目前世界上生产的镁已有60％取自海水中，英国、美国、日本在这方面走在前列。

因为这种方法不仅可以得到高纯度的镁，而且能耗低、没有污染。

我国近几年也开始了研究工作，相信在不久的将来即可实现海水提镁的工业化生产。

海水中的镁主要是氯化镁，浓度很小，那么人们如何利用自然资源从海水中把氯化镁提取出来，又怎样将氯化镁中的镁还原出来呢？【预习内容】根据教材有关内容填写下列空白：一、海水提镁1.原理电解熔融的MgCl2就可以得到金属镁和氯气。

2.提取过程3.主要化学反应或离子反应①制备石灰乳：、。

②沉淀Mg2＋：③制备MgCl2：④电解MgCl2：二、从海水中提取重水提取重水的方法有法、法、法和法，其中常用的一种是，交换按下列反应进行：，重水D2O可作原子反应堆的中子减速剂和传热介质(重水堆)。

预习内容答案一、石灰乳Mg(OH)2盐酸 MgCl2 Mg＋Cl2CaCO3CaO＋CO2↑ CaO＋H2O=Ca(OH)2 Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋Ca2＋Mg(OH)2＋2HCl==MgCl2＋2H2O MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑二、蒸馏电解化学交换吸附硫化氢—水双温交换法H2O(l)＋HDS(g)==HDO(l)＋H2S(g)堂中互动【问题探究1】海水提镁的工艺流程和有关反应原理怎样？【教师点拨】海水资源提取金属镁的生产步骤：加熟石灰→过滤→加盐酸→浓缩、结晶、脱水、干燥→熔融电解。

分析解答:【即学即练1】海水中镁的总储量约为2.1×1015t，目前世界上60%的镁来自海水。

工业规模海水提镁的流程如下图所示：试回答下列问题：(1)海水提镁的过程中①、②反应的化学方程式：①______________________________________，②______________________________________。

(2)由氯化镁溶液制取无水氯化镁固体，其操作过程是____________________________________________________。

(3)为了使MgSO4，完全转化为Mg(OH)2，则加入的生石灰须过量，然后分离得Mg(OH)2沉淀，考虑Ca(OH)2溶解度，应该用________法分离。

(4)金属镁、铝的工业冶炼方法既有相似之处，又有不同之别，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工业上炼镁采用电解熔融氯化镁，而冶炼铝则用电解熔融的Al2O3，其原因是_______________________________________________________________________________________。

1.(1)①CaCO3CaO＋CO2↑②MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑(2)先加热蒸发、冷却结晶得到MgCl2·6H2O，然后在HCl气氛中加热得到无水MgCl2(3)低温过滤(4)MgCl2的熔点较MgO的熔点低，熔融MgCl2消耗较少的能量，节约能源，降低成本；AlCl3是共价化合物，熔融不导电，只能电解熔融(熔于冰晶石中)Al2O3生产铝。

【解析】(1)贝壳的主要成分是CaCO3，高温CaCO3分解生成CaO和CO2，CaO与H2O生成的Ca(OH)2又与Mg2＋生成Mg(OH)2，Mg(OH)2加HCl在一定条件下生成无水MgCl2，电解MgCl2 (熔融)在阴、阳极上分别得Mg和Cl2。

(2)对MgCl2溶液加热蒸发得到MgCl2·6H2O，由于MgCl2·6H2O在受热条件下易水解，为防止水解应在HCl气氛中加热脱水转化为无水MgCl2。

(3)因为Ca(OH)2的溶解度是随温度升高而降低，为了减少Ca(OH)2与Mg(OH)2共沉，所以在低温下过滤，所得Mg(OH)2纯度较高。

(4)AlCl3是共价化合物，熔化后不导电，故可电解熔化的Al2O3得铝单质；而从表可看出MgO的熔点较MgCl2高，虽然电解两种物质均可得到单质镁，但熔化MgO比MgCl2消耗更多的能量，从经济角度考虑，一般多用电解熔融MgCl2法制Mg。

【问题探究2】海水提镁整个生产过程中涉及到平衡理论的应用问题，请你指出并加以阐述。

【教师点拨】从沉淀溶解平衡原理的应用和水解平衡原理的应用角度分析。

分析解答：工业生产中平衡原理的应用(1)沉淀溶解平衡原理的应用①向海水中加入沉淀剂Ca(OH)2，由于c(OH－)增大，Mg(OH)2的溶解度小于Ca(OH)2，则最大程度地将Mg2＋转化为Mg(OH)2沉淀。

②向Mg(OH)2沉淀中加入盐酸，使沉淀溶解平衡右移，Mg(OH)2溶解。

(2)水解平衡原理的应用在MgCl 2·6H2O脱水变为MgCl2时，由于MgCl2＋2H2O Mg(OH)2＋2HCl水解平衡的存在，提供HCl气体环境，增大c(HCl)，抑制了MgCl2的水解，避免了Mg(OH)2的生成。

【即学即练2】世界上60%的镁是从海水中提取的，其主要步骤如下：①把贝壳制成石灰乳 ②在海水中加入石灰乳，过滤，洗涤沉淀物 ③将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤 ④在氯化氢热气流中干燥晶体 ⑤电解上述晶体的熔融物。

下列说法不正确．．．的是( ) A.镁元素在元素周期表中位于第3周期，ⅡA 族B.向洗涤液中滴加碳酸钠溶液可检验沉淀是否洗涤干净C.在氯化氢热气流中干燥晶体的目的是抑制MgCl 2水解D.步骤⑤也可以采用电解该晶体水溶液的方法2.D 【解析】D 项中操作的反应方程式是MgCl 2＋2H 2O=====电解Mg(OH)2↓＋H 2↑＋Cl 2↑，即电解MgCl 2溶液得不到镁。

练案A 组（课堂反馈 满分50分）一、选择题（每小题5分，共35分）1.D 2O 可做原子能反应堆的( )A.中子减速剂B.中子加速剂C.传热介质D.全是1.AC 【解析】D 2O 可作原子能反应堆的中子减速剂和传热介质（这种反应堆称勾重水堆）。

2.为了探索月球上是否有生命存在的痕迹，需要分析月球岩石中是否包藏有碳氢化合物。

(当然这仅仅是探索的第一步)。

科学家用氘盐酸(即DCl)和重水(D2O)溶液处理月球的岩石样品，对收集的气体加以分析。

结果只发现有一些气体状态的碳氘化合物。

这个实验不能用普通盐酸的理由是( )A.普通盐酸的酸性太强B.普通盐酸具有挥发性C.普通盐酸无法和岩石中的碳化物反应D.无法区别岩石中含有的是碳化物还是碳氢化合物2.D 【解析】此处用DCl 和D 2O 的目的，是利用D 区别于H ，便于区别月球岩石中含有碳化物还是碳氢化合物。

故选D 。

3.从海水中提取下列物质，可以不涉及化学变化的是( )A. MgB. NaClC.Br 2D.K3.B 【解析】海水中不存在单质镁，故生成金属镁必然发生了化学变化，同理C 、D 也是如此，海水中存在NaCl ，可直接蒸发海水得到NaCl ，是物理变化过程，不涉及化学变化。

4.从海水中提取镁，正确的方法是( )A.海水――→NaOH Mg(OH)2――→电解MgB.海水――→HCl MgCl 2溶液―→MgCl 2晶体――→电解MgC.海水――→石灰乳Mg (OH)2――→灼烧MgO ――→电解MgD.海水――→石灰乳Mg(OH)2――→盐酸MgCl 2溶液―→MgCl 2(熔融)――→电解Mg4.D 【解析】本题要求我们既要知道镁是由电解熔融的氯化镁得到的，还要知道生产中从海水中提取氯化镁的途径及原料的合理使用，即利用海边富有的贝壳资源生产氢氧化钙以变废为宝。

5.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，正确的生产顺序是( )A.①②③④⑤B.⑤④③①②C.②④③①⑤D.③④②①⑤5.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。

根据金属的冶炼方法知应电解含Mg2＋的熔融化合物。

若直接加热Mg(OH)2，则Mg(OH)2发生分解生成MgO：Mg(OH)2MgO＋H2O，MgO熔点高，很难熔融；工业上不采用电解熔融MgO的方法，而是将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↑。

6.从海水中提取镁，可按如下步骤进行：①把贝壳制成石灰乳；②在引入的海水中加入石灰乳，沉降、过滤、洗涤沉淀物；③将沉淀物与盐酸反应，结晶过滤、在HCl气体氛围中干燥产物：④将得到的产物熔融电解得到镁。

下列说法不正确．．．的是( )A.此法的优点之一是原料来源丰富B.①②③步骤的目的是从海水中提取镁盐C.①②③步涉及化合、分解和复分解反应D.第①到第④步的反应都是氧化还原反应6.D【解析】镁及其化合物的性质。

① CaCO3CaO+CO2↑ CaO+H2O=Ca(OH)2② MgCl2+Ca(OH)2=CaCl2＋Mg(OH)2↓③Mg(OH)2＋2HCl＝MgCl2＋2H2O。

①涉及分解反应和化合反应，均不是氧化还原。

②③都是复分解反应，也不是氧化还原。

7.海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源等(如下图所示)。

下列有关说法正确的是( )A．大量的氮、磷废水排入海洋，易引发赤潮B．工段②中结晶出的MgCl2·6H2O可在空气中受热分解制无水MgCl2C．在工段③④⑤中溴元素均被氧化D．工段①中除去粗盐中的SO2－4、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等杂质，加入的药品顺序为Na2CO3溶液→NaOH 溶液→BaCl2溶液→过滤后加盐酸7.A【解析】本题考查海水的综合开发与利用。

海水中含有大量的氮、磷等元素能引起赤潮，A 项正确；结晶出的MgCl2·6H2O需要在HCl气氛中制无水MgCl2，否则由于水解而最终得到氧化镁，B选项错误；反应④为Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，溴元素被还原，C选项错误；粗盐提纯的顺序中要注意两点，一是Na2CO3溶液在BaCl2溶液后加入，二是盐酸最后加入，D选项错误。