《从海水中获得的化学物质》导学.docx
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《从海水中获得的化学物质》导学
《从海水中获得的化学物质》导学
《第一单元氯、溴、碘及其化合物》导学
季晓玲
扬州大学附属中学225007
【学海导航】
海水是化学元素宝库，海水中溶解了大量气体物质和各种盐类。
人类在陆地上发现的l00多种元素，在海水中可找到80多种。
海水是人类获取氯、溴、碘、镁及其化合物的重要资源。
TiCl4
K
H2
△
△
（耐火材料）
熔融
过滤
CaCO3
一、氯、溴、碘的提取
（一）氯碱工业——电解食盐水生产氯气和烧碱的化学工业
1、
通电
我国主要以海盐为原料。
海盐中含硫酸钙、硫酸镁、氯化镁等杂质，要净化后制成饱和食盐水再电解。
2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑＋Cl2↑
氯碱工业面临问题：
①产品对设备腐蚀严重、环境污染显著。
②电能消耗量大。
（二）从海水中提取溴的常见工艺
①浓缩并酸化海水后，通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：
2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl
②向含溴单质的水溶液中通空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的：
Br2+SO2+2H2O==2HBr+H2SO4（也可用NaOH或Na2CO3溶液吸收）
③向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：
2HBr+Cl2==2HCl+Br2
④用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。
（三）从海洋植物中提取碘的主要工艺
①用水浸泡海带或海藻灼烧后的灰烬
②向水中通入适量的氯气，使碘离子转化为碘单质：
2NaI+Cl2==I2+2NaCl
③过滤，用有机溶剂萃取碘单质。
二、氯、溴、碘的性质和用途
（一）氯气（chlorinegas）的性质和用途
氯自1774年被舍勒发现，到1810年被戴维确认为一种元素，经历了36年。
实验室制备：
①原理：
MnO2＋4HCl（浓）△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O②装置：
固液加热型③收集：
向上排空气法④验满：
湿润的淀粉－碘化钾试纸等⑤尾气吸收：
NaOH溶液。
1、物理性质：
通常是黄绿色、密度比空气大、有刺激性气味气体。
能溶于水，有毒。
2、化学性质：
氯原子易得电子，氯是活泼的非金属元素。
氯气与金属、非金属等发生氧化还原反应，一般作氧化剂。
与水、碱溶液则发生自身氧化还原反应，既作氧化剂又作还原剂。
3、氯气的用途：
重要的化工原料，能杀菌消毒、制盐酸、漂白粉及制氯仿等有机溶剂和农药。
拓展1：
氯水（chlorinewater）
氯水为黄绿色，所含Cl2有少量与水反应（Cl2+H2O
HCl+HClO），大部分仍以分子形式存在，氯水的主要溶质是Cl2。
新制氯水含Cl2、H2O、HClO、H＋、Cl－、ClO－、OH－等微粒。
拓展2：
次氯酸（hypochlorousacid）
次氯酸（HClO）是比H2CO3还弱的酸，溶液中主要以HClO分子形式存在。
性质：
①易分解（2HClO==2HCl+O2↑），光照时会加速。
②是强氧化剂：
能杀菌；能使某些有机色素褪色。
拓展3：
漂白粉
次氯酸盐比次氯酸稳定，容易保存，工业上以Cl2和石灰乳为原料制成漂白粉；漂白粉的有效成分【Ca（ClO）2】，须和酸（或空气中CO2）作用产生次氯酸，才能发挥漂白作用。
（二）溴、碘的性质和用途
溴
碘
物理性质
深红棕色，密度比水大的液体，强烈刺激性气味，易挥发，强腐蚀性。
紫黑色固体，易升华。
气态碘在空气中显深紫红色，有刺激气味。
在水中溶解度很小，易溶于酒精、四氯化碳等有机溶剂
化学性质
能与氯气反应的金属、非金属一般也能与溴、碘反应，只是反应活性不如氯气。
氯、溴、碘单质间能够发生置换反应：
氯能把溴和碘从它们的卤化物中置换出来，溴能把碘从它的卤化物中置换出来，即氯、溴、碘的氧化性强弱为：
Cl2>Br2>I2
用途
染料、防爆剂、胶卷感光材料、杀虫剂、红药水、镇静剂，催泪性毒剂等。
重要的化工原料。
配碘酒和碘化物，食用盐中加KIO3，碘化银制造相底片和人工降雨。
三、氧化还原反应（oxidation-reductionreaction）
1、氧化还原反应的有关概念
氧化还原反应的实质：
发生电子转移（电子的得失或电子对的偏移）。
化合价降低+ne－被还原
氧化剂＋还原剂＝还原产物＋氧化产物
化合价升高－ne－被氧化
2、氧化还原反应的一般规律
同一反应中：
①氧化反应与还原反应同时发生，相互依存。
②氧化剂得电子总数与还原剂失电子总数相等。
即氧化剂化合价降低总数与还原剂化合价升高总数相等。
3、氧化还原反应中电子转移的表示方法（双线桥法）
书写要求：
①箭头是由反应物中的某一元素指向对应的生成物中的同一元素。
②一定要标出得、失电子的总数，并且数值相等。
【例题解析】
例1、家用消毒液的发生器是以精盐和自来水为反应物，通电时，发生器的电解槽的极板上产生大量气泡，切断电源后，生成液具有强烈的杀菌消毒能力。
与该反应器工作原理直接有关的化学方程式是（）
通电
A、2NaOH+Cl2==NaCl+NaClO+H2OB、H2+Cl2==2HCl
C、2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑+Cl2↑D、2HClO==2HCl+O2↑
解析：
根据发生器的反应物和反应条件，可以推测在发生器中电解食盐水，C中反应会发生。
再根据生成液具有强烈的杀菌消毒能力，结合电解食盐水后的产物可以推断Cl2和NaOH发生作用生成了NaClO，A中反应也会发生。
答案：
A、C
例2、ClO2是一种杀菌效率高、二次污染小的水处理剂。
实验室可通过以下反应制得ClO2：
2KClO3+H2C2O4+H2SO4△2ClO2↑+K2SO4+2CO2↑+2H2O，下列说法正确的是（）
A、KClO3在反应中得到电子B、H2C2O4在反应中被氧化
C、ClO2是氧化产物D、1molKClO3参加反应有2mol电子转移
解析：
本题以氧化还原反应为命题背景，考查学生将基本知识与题给信息相联系的应用能力。
由所给可知，KClO3中氯元素从+5价降低为+4价，1molKClO3得到1mol电子，KClO3被还原，得还原产物ClO2；H2C2O4中碳元素从+3价升高到+4价，H2C2O4被氧化。
答案：
A、B
例3、当周围空间不慎有大量氯气溢出时，处在该环境中的人可以用浸有一定浓度某种物质的水溶液的毛巾捂住鼻子，以防中毒，最适宜采用的物质是（ ）
A、NaOHB、KIC、NH3•H2OD、Na2CO3
解析：
本题用筛选法求解，消除有毒气体毒性时选用试剂的原则是：
①选用的试剂应该无毒，没有强烈刺激性和腐蚀性；②选用试剂不能与所接触物反应产生有毒或其它有害物。
A、不宜，NaOH虽能吸收Cl2，但它本身有强腐蚀性，会灼伤肌肤。
B、不宜，KI溶液吸收了Cl2，但产生的I2仍是有毒的。
C、不宜，氨本身有腐蚀性，且容易产生氨气，刺激性很强。
D、适宜，Cl2+H2O
HCl+HClO，2HCl+Na2CO3==2NaCl+CO2↑+H2O
答案：
D
例4、将13.4克KCl和KBr的混合物，溶于水配成500ml溶液，通入过量的Cl2，反应后将溶液蒸干，得固体11.175克。
则原来所配溶液中K＋、Cl－、Br－的物质的量之比为（）
A、3︰2︰1B、1︰2︰3C、1︰3︰2D、2︰3︰1
解析：
方法一将溶液蒸干后，Br2挥发，所得的固体是KCl。
可利用差量法解题
2KBr+Cl2==2KCl+Br2△m
2mol2×（80－35.5）g
n（KBr）13.4g－11.175g
n（KBr）=0.05mol
n（KCl）=（13.4g－0.05mol×119g·mol－1）/74.5g·mol－1=0.1mol
所以：
n（K＋）︰n（Cl－）︰n（Br－）=0.15mol︰0.1mol︰0.05mol=3︰2︰1
方法二在任何电解质溶液中，电荷守恒。
即n（Cl－）+n（Br－）=n（K＋）
答案：
A
例5、右图是某老师设计的一个微型实验装置图：
请你说出实验过程中可能出现的现象，试写有关化学方程式。
解析：
本装置将氯气的制取与卤素间的置换反应有机地结合起来，把氯气、溴蒸气及单质碘之间的相互关系充分地体现出来了，整套装置浑然一体，实验现象明显直观，各种性质由于颜色的明显变化而一目了然，实验药品用量较少，实验过程气体不外漏，不仅可节约药品，而且绿色环保。
有利于培养学生的创造性思维和综合运用知识的能力。
答案：
①出现黄绿色气体：
2KMnO4+16HCl==2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O；
②湿润的红纸条褪色：
Cl2+H2O
HCl+HClO；
③c处湿碘化钾的棉团变棕褐色：
Cl2+2KI==2KCl+I2；
④b附近浸有湿溴化钠的棉团变黄色：
Cl2+2NaBr==2NaCl+Br2；
e、f处的现象分别为变蓝色（因含有淀粉）和棕褐色：
Br2+2KI==2KBr+I2；
⑤d处的现象、原因均同e处：
Cl2+2KI==2KCl+I2；
⑥湿的氢氧化钠棉花团均先变淡黄绿色后又褪色：
Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O。
例6、较低温度下，氯气通入石灰乳中可制得漂白粉，该反应为放热反应。
某校甲、乙两化学研究性学习小组均用200mL12mol/L盐酸与17.4gMnO2在加热条件下反应制备氯气，并将制备的氯气与过量的石灰乳反应制取漂白粉，用稀NaOH溶液吸收残余的氯气。
分析实验结果发现：
①甲、乙两组制得的漂白粉中Ca（ClO）2的质量明显小于理论值②甲组在较高温度下将氯气与过量的石灰乳反应，所制得的产品中Ca（ClO3）2的含量较高。
试回答下列问题：
⑴上述实验中理论上最多可制得Ca（ClO）2多少克?
⑵实验中所得到的Ca（ClO）2的质量明显小于理论值，试简要分析其可能原因，并写出可能涉及到的化学方程式。
解析:
⑴据题意：
n（HCl）=12mol/L×0.2L=2.4moln（MnO2）=17.4g÷87g/mol=0.2mol
MnO2+4HCl（浓）△MnCl2+Cl2↑+2H2O
n（MnO2）∶n（HCl）=2.4mol∶0.2mol=12∶1＞4∶1
所以浓HCl过量，应根据MnO2计算。
根据制备氯气的化学方程式n（Cl2）=n（MnO2）=0.2mol
又因为：
2Cl2+2Ca（OH）2=Ca（ClO）2+CaCl2+2H2O
n[Ca（ClO）2]=1/2n（Cl2）=1/2×0.2mol=0.1mol
m[Ca（ClO）2]=143g/mol×0.1mol=14.3g
⑵①随着反应进行，温度升高，会产生副产物Ca（ClO3）2；
6Cl2+6Ca（OH）2△5CaCl2+Ca（ClO3）2+6H2O
②Cl2未与石灰乳完全反应，残余Cl2被NaOH溶液吸收
Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O
答案：
⑴上述实验中理论上最多可制得Ca（ClO）2的质量为14.3g⑵略。
【习题精练】
一、选择题（每小题有1～2个正确答案）
1、在抢救大出血的危症病人时，常需静脉点滴，输予0.9％的氯化钠溶液（俗称“生理盐水”）是由于人体血液的“矿化度”（即无机盐的相对含量）为0.9％。
另有研究表明，30亿年前地表原始海水的矿化度即为0.9％。
对此，下列猜测或评论中，不足取的是（）
A、人类祖先可能是从原始海洋中逐渐进化到陆地上的
B、人体血液和原始海水的矿化度均为0.9％纯属巧合
C、人体血液和原始海水之间存在着某些尚未被认识的关系
D、人体血液仍然带有原始海水的某些印痕
2、在我们的日常生活中出现了“加碘食盐”、“增铁酱油”、“高钙牛奶”、“富硒茶叶”、“含氟牙膏”等商品。
这里的碘、铁、钙、硒、氟，应理解为（）
A、单质B、分子C、元素D、氧化物
3、溴与氯同属“卤族”元素，其单质在性质上具有很大的相似性，但Cl2比Br2的活泼性强，下面是根据氯气的性质，对溴单质性质的预测，其中不正确的是（）
A、溴单质可以和烧碱溶液反应B、溴单质只具有氧化性
C、溴原子最外层有7个电子，在化学反应中容易得1个电子
D、溴离子可以用硝酸酸化过的AgNO3溶液来检验
4、把碘从碘水里分离出来，有下列基本操作：
①静置后分液②充分振荡③把碘水倒入分液
漏斗，再加入萃取剂四氯化碳。
其正确的操作顺序是（）
A、①②③B、③②①C、②③①D、③①②
5、在4份碘化钾淀粉溶液中，分别加入下列物质，能使溶液变蓝的是（）
A、氯化氢 B、溴水 C、氯气 D、溴化钠溶液
6、新制氯水与久置的氯水相比较，下列结论不正确的是（）A
A、颜色相同B、前者能使有色布条褪色
C、都含有H+D、加AgNO3溶液都能生成白色沉淀
7、下列叙述中能证明次氯酸是一种弱酸的是（）
A、次氯酸不稳定，易分解B、次氯酸钙能与碳酸作用生成碳酸钙和次氯酸
C、次氯酸是一种强氧化剂D、次氯酸能使染料和有机色质褪色
8、
如图所示：
若关闭Ⅰ阀，打开Ⅱ阀，让一种含有氯气的气体经过甲瓶后，通入乙瓶，布条不褪色；若关闭Ⅱ阀打开Ⅰ阀，再通入这种气体，布条褪色。
甲瓶中所盛的试剂可能是（）
①浓H2SO4②NaOH溶液③KI溶液
④饱和NaCl溶液
A、②B、②③C、①②③ D、①②④
9、用MnO2和浓盐酸制取氯气。
当4mol氯化氢被氧化，生成的氯气的体积（标准状况）是（）
A、22.4LB、44.8LC、67.2LD、89.6L
10、KCl和KBr的混合物3.87克，溶于水并加入过量的AgNO3溶液后，产生6.63克沉淀，则混合物中含钾为（）
A、24.1％B、40.3％C、25.9％D、48.7％
二、综合题
11、洪灾过后，饮用水的消毒杀菌成为抑制大规模传染性疾病爆发的有效方法之一。
漂白粉是常用的消毒剂。
根据所学知识，回答下列问题：
⑴工业上将氯气通入石灰乳制取漂白粉，化学反应方程式为。
⑵漂白粉的有效成分是（填化学式）。
漂白粉溶于水后，受空气中的CO2作用，即产生有漂白、杀菌作用的次氯酸，化学反应方程式为。
⑶瓶装漂白粉久置空气中会呈稀粥状而失效。
分析为什么？
⑷请问：
⑴中反应和⑵中反应，属于氧化还原反应的是（填编号）。
12、已知：
①A、B、C、D四种物质均含有元素X，可能还含有元素Y或Z。
元素Y、X、Z的原子序数依次递增且不超过20。
②X在A、B、C、D中的化合价分别为0、－1、+1、+5。
③室温下单质A与某种常见一元强碱溶液反应，可得到B和C。
④化合物D在二氧化锰催化下受热分解，可制得元素Y的单质。
请回答下列问题：
⑴写出元素X、Y、Z的元素符号：
X：
，Y：
，Z。
⑵写出A、B、C、D的化学式：
A，B，C，D。
⑶写出③中反应的化学方程式。
⑷写出④中反应的化学方程式。
13、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。
第1步：
灼烧。
将足量海带灼烧成灰烬。
该过程中使用到的玻璃仪器有（填代号）
A、试管B、瓷坩埚C、坩埚钳D、三角架E、泥三角F、酒精灯G、容量瓶H、玻棒
第2步：
Iˉ溶液的获取。
操作是_________________________________________。
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_________（填代号）。
A、浓硫酸B、新制氯水C、KMnO4溶液D、H2O2
理由是__________________________________________________________________。
第4步：
碘单质的检验。
取少量第3步的溶液，滴淀粉溶液，若溶液显蓝色，则证明含碘。
14、在实验室里制取某些有毒气体时，为了尽量防止毒气逸散造成空气污染，有人设计了如图所示的装置[Ⅰ]。
并设想用[Ⅱ]或[Ⅲ]两种简易装置代替[Ⅰ]的b～c部分。
试回答：
⑴若用[Ⅰ]制取氯气，b瓶中加入的液体一般为______________。
在选取试剂正确且适量的前题下，反应开始后，当关闭活塞K时，如若发现c中液面不明显上升，你分析可能的原因是________________________，检查的简单方法是。
⑵装置[Ⅰ]中b能防止多余气体逸散的原因____________________________。
⑶欲用[Ⅱ]或[Ⅲ]代替[Ⅰ]中的b～c部分（选用液体相同），是否可行?
说明理由。
[Ⅱ]是否可行（填“是”或“否”）___________理由是______________________；
[Ⅲ]是否可行（填“是”或“否”）____________理由是______________。
15、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，既可以解决淡水资源缺乏的问题，又可以充分利用海洋资源。
试回答下列问题：
⑴海水中含有大量的氯化钠。
氯化钠中的金属元素化合价为。
⑵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汽，蒸汽经过冷却而得高纯度淡水，由此可判断蒸馏法是（填物理变化、化学变化）
⑶工业上利用电解饱和食盐水可制得重要化工产品，反应式为：
食盐+H2ONaOH+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100t，最少需要消耗食盐t。
含SO2废气
吸收
回收SO2
⑷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：
④
亚硫酸氢钠
②
氢氧化钠溶液
电解
氯化钠溶液
氢气
①
氯化钠（原料）
③
HCl
氯气
写出①③的化学反应方程式：
，
16、海水中溴常以NaBr形式存在，从海水中提取溴的方法之一是：
①通入通入Cl2至浓缩的溴化物溶液，氧化海水中的Br－，然后用空气把生成的溴吹出。
②以氢氧化钠溶液吸收Br2（Br2跟烧碱生成NaBr和NaBrO3）。
③向所得含溴化合物溶液中加稀H2SO4，溴又重新析出。
要求：
⑴写出各步反应的化学方程式。
（提示：
第③步反应中生成物有硫酸钠）
⑵经分析海水中含溴0.0065%，则海水中含NaBr的质量百分含量为？
试计算多少吨海水可制得1.0t溴？
（假设提取过程中溴无损失）
《第二单元钠、镁及其化合物》导学
吴晓玲
扬州大学附属中学225007
【学海导航】
一、钠的原子结构及性质
结构
钠原子最外层只有一个电子，化学反应中易失去电子而表现出强还原性。
物理性质
质软、银白色，有金属光泽的金属，具有良好的导电导热性，密度比水小，比煤油大，熔点较低。
化学
性质
与非金
属单质
钠在常温下切开后表面变暗：
4Na+O2=2Na2O（灰白色）
点燃
钠在氯气中燃烧，黄色火焰，白烟：
2Na+Cl2====2NaCl
与
化合物
与水反应，现象：
浮、游、球、鸣、红2Na＋2H2O=2NaOH+H2↑
与酸反应，现象与水反应相似，更剧烈，钠先与酸反应，再与水反应。
与盐溶液反应：
钠先与水反应，生成NaOH，H2，再考虑NaOH与溶液中的盐反应。
如：
钠投入CuSO4溶液中，有气体放出和蓝色沉淀。
2Na+2H2O+CuSO4===Cu（OH）2↓+Na2SO4+H2↑
700~800oC
与某些熔融盐：
4Na+TiCl4========4NaCl+Ti
存在
自然界中只能以化合态存在
保存
煤油或石蜡中，使之隔绝空气和水
制取
通电
2NaCl（熔融）====2Na+Cl2↑
用途
1、钠的化合物2、钠钾合金常温为液体，用于快中子反应堆热交换剂
3、作强还原剂4、作电光源
二、碳酸钠与碳酸氢钠的性质比较
碳酸钠（Na2CO3）
碳酸氢钠（NaHCO3）
俗名
纯碱、苏打
小苏打
溶解性
易溶（同温下，溶解度大于碳酸氢钠）
易溶
热稳定性
稳定
2NaHCO3△Na2CO3+CO2↑+H2O
碱性
碱性（相同浓度时，碳酸钠水溶液的PH比碳酸氢钠的大）
碱性
与
酸
盐酸
Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑
NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑
碳酸
Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3
不能反应
与
碱
NaOH
不能反应
NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O
Ca（OH）2
Na2CO3+Ca（OH）2=CaCO3+2NaOH
产物与反应物的量有关
三、镁的性质
物理性质
银白色金属，密度小，熔沸点较低，硬度较小，良好的导电导热性
化学性质
与O2
点燃
2Mg+O2====2MgO
与其他
非金属
点燃
点燃
Mg+Cl2====MgCl2，3Mg+N2====Mg3N2
与氧化物
点燃
2Mg+CO2====2MgO+C
与酸
Mg+2HCl=MgCl2+H2↑
制取
MgCl2+Ca（OH）2=Mg（OH）2↓+CaCl2Mg（OH）2+2HCl=MgCl2+2H2O
通电
HCl
MgCl2•6H2O====MgCl2+6H2O↑MgCl2（熔融）=====Mg＋Cl2↑
四、侯氏制碱法
向饱和食盐水中通入足量氨气至饱和，然后在加压下通入CO2，利用NaHCO3溶解度较小，析出NaHCO3，将析出的NaHCO3晶体煅烧，即得Na2CO3。
五、电解质和非电解质
电解质
非电解质
定义
溶于水或熔化状态下能导电的化合物
溶于水和熔化状态下都不能导电的化合物
物质种类
大多数酸、碱、盐，部分氧化物
大多数有机化合物，CO2、SO2、NH3等
能否电离
能
不能
实例
H2SO4、NaOH、NaCl、HCl等
酒精，蔗糖，CO2，SO3等
六、离子方程式的书写方法：
写——写出反应的化学方程式；拆——把易溶于水，易电离的物质拆成离子形式
删——将不参加反应的离子从方程式两端删去。
查——检查方程式两端各元素的原子个数和电荷数是否相等。
【例题解析】
例1、将一小块钠投入盛饱和澄清石灰水的试管里，不可能观察到的现象是（）
A、熔成小球并在液面上游动B、有气体生成
C、溶液底部有银白色物质生成D、溶液变浑浊
解析：
将一小块钠投入饱和澄清石灰水中，钠与水剧烈反应，所以首先观察到钠与水反应的一系列现象。
随着2Na＋2H2O=2NaOH+H2↑反应的进行，水被消耗，溶液的温度升高，由于Ca（OH）2的溶解度随温度的升高而降低，所
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