人教版高中化学必修2 同步学习 第4章 第1节 课时2 海水资源的开发利用
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课时2 海水资源的开发利用
目标与素养：1.了解海水资源及其利用.(科学态度与社会责任)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.(科学探究与责任观念)3.了解海水综合利用的重要方向.(科学精神与社会责任)
一、海水水资源的利用
1．海水水资源
海洋约占地球表面积的71%,海水约占地球总水量的97%.
2．海水水资源的利用
(1)海水水资源的利用类型
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.
(2)海水淡化的主要方法：蒸馏法、电渗析法、离子交换法等.
(3)海水的蒸馏原理
①主要仪器：A：蒸馏烧瓶；B：冷凝管；C：锥形瓶.
②冷凝水的流向：a口进,b口出.
③A中加入碎瓷片的目的：防止海水暴沸.
④原理
将海水加热,海水中的水分受热变成气态(其余成分因沸点较高,不易汽化,留在烧瓶中),经过冷凝管后又冷凝成液态水.经过蒸馏冷凝得到的液态水即为淡水.
微点拨：(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23.
(3)当烧瓶中有少量液体时,停止加热.
(4)实验结束时,应先停止加热,后停止通入冷却水.
(4)电渗析法和离子交换法简介
电渗
析法 在外加直流电场作用下,利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性,使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到除
盐的目的
离子
交换法 用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂除去海水中的阴、阳离子,得到去离子水
二、海水中化学资源的利用
1．海水中的元素组成
(1)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多种元素.
(2)海水中的金元素的总储量约为5×106t,而1 t海水中金的含量仅为4×
10－6 g.
2．海水制NaCl及其他物质
海水―→粗盐―→纯NaCl电解 —制Na、Cl2—制烧碱—制纯碱—制盐酸，漂白粉等
3．海水中提取碘与溴
海水
提碘 (1)流程：海带灼烧→浸泡→过滤→氧化→萃取→提纯→碘单质
(2)主要的化学原理：2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O
海水
提溴 (1)方法：在预先经过酸化的浓缩海水中,用Cl2氧化溴离子使之成为溴单质,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SO2发生作用转化为氢溴酸以达到富集的目的.然后,再用Cl2将其氧化得到产品溴
(2)主要的化学原理：Cl2＋2NaBr===Br2＋2NaCl、Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4、2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2
4．新能源的开发
(1)从海水中提取铀和重水,铀和重水目前是核能开发中的重要原料.
(2)潮汐能、波浪能是待开发的新型能源.
1．判断对错(对的打“√”,错的打“×”)
(1)海水中Na、Mg、Ca、Cl元素均以化合态存在( )
(2)海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等( )
(3)海水的蒸馏装置中,冷却水的方向是从上口进水( )
(4)“海水晒盐”的原理是蒸馏( )
[提示] (1)√ (2)√ (3)× (4)×
2．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
[答案] B
3．从海水中可以获得淡水、食盐,也可提取镁和溴等物质.
(1)海水淡化的方法主要有________________________(填一种).
(2)从海水中提取镁的流程如图所示：
流程中分离Mg(OH)2沉淀的方法是________；
写出反应②的化学方程式：____________________________.
(3)从海水中提取溴的主要反应原理是先向浓缩的海水中通入氯气,将溴离子氧化以待下一步使用.试写出该步反应的离子方程式：______________________.
[答案] (1)蒸馏法(或电渗析法、离子交换法等)
(2)过滤 MgCl2(熔融)=====电解Mg＋Cl2↑
(3)Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－
海水中溴、碘的提取
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
海水――→浓缩酸化浓缩海水Br－――――――――→通入Cl2通入空气、水蒸气吸收塔SO2――→反应后富集溴HBr、SO2－4――――→通入Cl2后提取Br2Br2、Cl－
(2)主要反应
①Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－(氧化)；
②Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4(富集)；
③Cl2＋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：2KI＋H2O2＋H2SO4===I2＋K2SO4＋2H2O或Cl2＋2KI===2KCl＋I2.
1．下列有关从海带中提取碘的实验原理和装置能达到实验目的的是( )
甲 乙
丙 丁
A．用装置甲灼烧碎海带
B．用装置乙过滤海带灰的浸泡液
C．用装置丙制备用于氧化浸泡液中I－的Cl2
D．用装置丁吸收氧化浸泡液中I－后的Cl2尾气
B [灼烧碎海带应用坩埚,A项错误；海带灰的浸泡液用过滤法分离获得含I－的溶液,B项正确；MnO2与浓盐酸反应制Cl2需要加热,反应的化学方程式为MnO2＋4HCl(浓)=====△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O,C项错误；Cl2在饱和NaCl溶液中溶解度很小,不能用饱和NaCl溶液吸收尾气Cl2,尾气Cl2应用NaOH溶液吸收,D项错误.]
2．溴有“海洋元素”之称,海水中溴含量约为65 mg·L－1.某同学按下列方法在实验室模拟海水中溴的提取.
将适量新制氯水加入到20 mL富含溴离子的海水中,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.
[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,且该溶质在萃取
剂中的溶解度比在水中的大.溴单质在有机溶剂中的颜色是橙红色.
[答案] 氧化 Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2 分液漏斗 四氯化碳 橙红
海水中提取镁和钠
1．海水提镁
(1)化学工艺流程
(2)涉及的主要反应
①CaCO3=====煅烧CaO＋CO2↑；
②CaO＋H2O===Ca(OH)2；
③Ca(OH)2＋MgCl2===Mg(OH)2↓＋CaCl2；
④Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O；
⑤MgCl2(熔融)=====电解Mg＋Cl2↑.
2．海水提钠及钠化合物 (1)化学工艺流程
(2)涉及的主要反应
①2NaCl(熔融)=====电解2Na＋Cl2↑(制Na、Cl2)；
②2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋Cl2↑＋H2↑(制NaOH、Cl2、H2)；
③NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl.
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/℃ 2 852 714
沸点/℃ 3 600 1 412
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――→NaOHMg(OH)2――→电解Mg
B．海水――→HClMgCl2溶液―→MgCl2晶体――→电解Mg
C．海水――→石灰乳Mg(OH)2――→灼烧MgO――→电解Mg
D．海水――→石灰乳Mg(OH)2――→HClMgCl2溶液―――→HCl气流MgCl2(熔融)――→电解Mg
D [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).]
4．海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源等(如图所示).
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③中加入盐酸溶解得到MgCl2溶液,再直接蒸发得到MgCl2·6H2O
C．在工段④⑤⑥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
A [废水中含有大量的氮、磷等元素,排入海洋,能引起赤潮,A项正确；MgCl2溶液直接蒸发得不到MgCl2·6H2O,B项错误；反应⑤为Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr,溴元素被还原,C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项错误.]
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
[答案] C
2．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．①②③④⑤ B．①②③④
C,①②③⑤ D．①②④⑤
A [在氯碱工业中：2NaCl＋2H2O=====电解2NaOH＋H2↑＋Cl2↑,H2与Cl2化合被水吸收可得盐酸.2NaCl(熔融)=====电解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↑.]
