高中化学第二单元化学与资源开发利用课题2海水的综合利用教学案新人教版选修2整理Word文档下载推荐.docx

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通电时，H2O在阴极表面放电生成H2,Na＋穿过离子交换膜由阳极室进入阴极室，导出的阴极液中含有NaOH;

Cl－在阳极表面放电生成Cl2.

［跟随名师·

解疑难]

（1）离子交换膜只允许阳离子通过,而阻止阴离子和气体通过,避免了两极产物混合，从而得到较纯净的NaOH、Cl2、H2。

（2）采用饱和食盐水是为了减少Cl2的溶解。

（3）充入阴极区的水中加入少量NaOH，是为了增强导电性。

（4）工业生产中常用石墨作阳极，用铁作阴极。

［剖析典例·

探技法]

[例1]　氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图为：

依据示意图完成下列填空:

（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________。

与电源负极相连的电极附近，溶液pH________（填“不变"

、“升高”或“下降"

）。

（2）工业食盐含Ca2＋、Mg2＋等杂质。

精制过程发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）如果粗盐中SO

含量较高，必须添加钡试剂除去SO

，该钡试剂可以是________（选填a，b，c）。

a．Ba（OH）2　　　b．Ba（NO3）2　　　c．BaCl2

（4）为有效除去Ca2＋、Mg2＋、SO

，加入试剂的合理顺序为________（选填a、b、c）。

a．先加NaOH,后加Na2CO3，再加钡试剂

b．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3

c．先加钡试剂,后加NaOH，再加Na2CO3

（5）脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过________、冷却、________（填写操作名称）除去NaCl。

（6）在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；

采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2,相应的化学方程式为________________________________________________________________________。

［名师解析]　

（1）电解食盐水时，与电源正极相连的电极发生的反应是2Cl－－2e－===Cl2↑，与电源负极相连的电极发生的反应是2H＋＋2e－===H2↑，消耗H＋，即产生OH－，所以溶液的pH升高。

（2）精制过程中，加入Na2CO3除去Ca2＋（Ca2＋＋CO

===CaCO3↓）;

加入NaOH除去Mg2＋（Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓），由于Mg（OH）2的溶解度小于MgCO3的溶解度，所以Mg2＋与OH－、CO

混合时，主要生成Mg（OH）2沉淀。

（3）除去SO

应选择Ba2＋,如加入Ba（NO3）2，溶液中会引入杂质NO

而加入BaCl2或Ba（OH）2均不会增加新的杂质。

（4）除杂质时加入Ba2＋和OH－无先后之分,但Na2CO3一定在BaCl2之后加入，因为CO

还要除去多余的Ba2＋.

（5）脱盐工序的目的是分离NaOH和NaCl，由于NaCl溶解度小,因而NaCl首先析出，其操作过程是蒸发、冷却、结晶，经过滤得到NaCl晶体。

（6）如无隔膜会发生如下反应Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O，电解食盐水溶液的化学方程式为2NaCl＋2H2O

2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，两反应的化学方程式相加得NaCl＋H2O

NaClO＋H2↑。

[答案]　

（1）2Cl－－2e－===Cl2↑　升高

（2）Ca2＋＋CO

===CaCO3↓,

Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓

（3）ac

（4）bc

（5）蒸发　过滤

（6）NaCl＋H2O

NaClO＋H2↑

[名师点睛］　粗盐的精制

（1）目的:

除去泥沙，使Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO

等离子的含量达到要求。

（2）原因：

Ca2＋、Mg2＋等会在碱液中形成沉淀，破坏离子交换膜;

同时杂质的存在会使制得的产品不纯。

（3）试剂：

BaCl2（除去SO

）、NaOH（除去Mg2＋、Fe3＋）、Na2CO3溶液（除去Ca2＋及Ba2＋）、稀盐酸（除去OH－、CO

试剂的加入顺序：

纯碱须加在钡试剂后，稀盐酸加在过滤后.

海水提溴

[自读教材·

1．方法

常用的一种海水提溴技术叫做吹出法。

2．原理

Br－

Br2

3．过程

（1）氯化（填化学方程式）：

Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－.

（2）吹出:

产生的Br2用空气吹出或用水蒸气使Br2与其一起蒸出。

（3）吸收（填化学方程式）:

SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr；

Cl2＋2HBr===2HCl＋Br2。

4．注意事项

（1）海水中的Br－浓度太低,一般不直接利用海水提溴，而是利用海水晒盐后的母液提溴.

（2）氯气氧化Br－在pH＝3.5的条件下效果最好。

探技法］

[例2]　海水中溴含量约为65mg·

L－1，从海水中提取溴的工业流程如下：

（1）以上步骤Ⅰ中已获得游离态的溴，步骤Ⅱ又将之转变成化合态的溴,其目的是________。

（2）步骤Ⅱ通入热空气或水蒸气吹出Br2，利用了溴的________。

A．氧化性B．还原性

C．挥发性D．腐蚀性

（3）以上流程Ⅱ中涉及的离子反应如下，请在下面短线上填入适当的化学计量数:

________Br2＋________CO

===________BrO

＋________Br－＋________CO2↑

（4）上述流程中吹出的溴蒸气，也可先用二氧化硫水溶液吸收，再用氯气氧化后蒸馏。

写出溴与二氧化硫水溶液反应的化学方程式：

_______________________________.

（5）实验室分离溴还可以用溶剂萃取法，下列可以用做溴的萃取剂的是________。

A．乙醇B．四氯化碳

C．烧碱溶液D．苯

［名师解析］　

（1）由于海水中Br－的含量低,步骤Ⅰ中获得游离态的溴后，步骤Ⅱ中又将其转化为化合态的溴，其目的是富集溴.

（2）步骤Ⅱ中用热空气或水蒸气吹出Br2，主要是利用了溴的挥发性。

（3）利用得失电子守恒、电荷守恒和质量守恒配平该离子方程式。

（4）溴与二氧化硫水溶液反应的化学方程式为SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr。

（5）乙醇能与水互溶，不能用做萃取剂。

［答案］　

（1）富集（或浓缩）溴　

（2）C

（3）3　3　1　5　3

（4）SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4　（5）BD

[名师点睛］

用空气或H2O（g）将溴吹出,而不用CCl4萃取，因后者工艺复杂，设备投资大,经济效益低且对环境污染严重。

海水提镁、海水提重水

1．海水提镁的基本反应原理

海水

Mg（OH）2

MgCl2溶液

MgCl2·

6H2O晶体―→MgCl2

Mg

（1）所加试剂：

①石灰乳，③盐酸。

（2）所用操作方法：

②过滤，④浓缩，⑤电解。

（3）所发生的反应：

①Mg2＋＋2OH－===Mg（OH）2↓；

③Mg（OH）2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O;

⑤MgCl2（熔融）

Mg＋Cl2↑。

2．从海水中提取重水

（1）提取重水（D2O）的方法有蒸馏法、电解法、化学交换法和吸附法等，较为常用的方法是化学交换法。

（2）硫化氢——水双温交换法,反应的化学方程式为：

H2O（l）＋HDS（g）===HDO（l）＋H2S（g）。

（1）因为Mg2＋发生水解，所以直接蒸干MgCl2溶液得不到MgCl2。

应该先将MgCl2溶液蒸发浓缩，先得到MgCl2·

6H2O晶体,然后在氯化氢的气氛中加热脱水，得到无水氯化镁。

（2）工业上不用电解熔融MgO来制取Mg,是因为MgO的熔点高,使其熔化时耗能大。

[剖析典例·

[例3］　海水综合利用可以制备金属镁,其流程如图所示。

（1）写出从海水中Mg2＋到金属镁的化学方程式。

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________.

（2）若在空气中加热MgCl2·

6H2O，生成的是Mg（OH）Cl或MgO，写出相应的化学方程式:

（3）Mg（OH）2沉淀中混有Ca（OH）2应怎样除去？

写出实验步骤：

［名师解析］　

（1）由工艺流程图各步得到的物质可写出反应的化学方程式。

（2）根据Cl、H、O三元素守恒可知，在空气中加热MgCl2·

6H2O除生成Mg（OH）Cl或MgO外还生成HCl和H2O.

（3）Mg（OH）2难溶于水，Ca（OH）2微溶于水，故要除去Mg（OH）2中的Ca（OH）2，需加入试剂让Ca（OH）2转化为易溶于水的物质，经搅拌、过滤、洗涤即可达到目的.所加入试剂一般为MgCl2或Mg（NO3）2。

[答案］　

（1）Mg2＋＋Ca（OH）2===Ca2＋＋Mg（OH）2↓，

Mg（OH）2＋2HCl===MgCl2＋2H2O，

MgCl2

Mg＋Cl2↑

（2）MgCl2·

6H2O

Mg（OH）Cl＋HCl↑＋5H2O或MgCl2·

MgO＋2HCl↑＋5H2O

（3）加入MgCl2溶液，充分搅拌，过滤、沉淀用水洗涤

［名师点睛]　

海水提镁中化学平衡原理的应用

（1）沉淀转化时的应用：

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Mg（OH）2完全溶解。

（2）脱水时的应用：

在MgCl2·

6H2O脱水变为MgCl2时，由于MgCl2＋2H2OMg（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。

海水的综合利用

（1）海水淡化。

（2）海水中盐的开发和利用:

（3）海水提溴：

（4）海水提镁：

电极产物的判断及电解的计算方法

（1）电极产物的判断：

①阳极产物的判断：

首先看电极，如果是活性电极（金属活动顺序表Ag以前），则电极材料失电子，电极溶解.如果是惰性电极（Pt、Au、石墨）,则要看溶液中离子的失电子能力。

阴离子放电顺序如下:

S2－>

I－>

Br－〉Cl－〉OH－>

SO

〉NO

〉F－。

②阴极产物的判断：

直接根据阳离子放电顺序进行判断,阳离子放电顺序:

Ag＋>

Hg2＋〉Fe3＋〉Cu2＋〉H＋>

Pb2＋>

Sn2＋〉Fe2＋>

Zn2＋>

（H＋）〉Al3＋>

Mg2＋>

Na＋〉K＋。

注:

此处（H＋）表示c（H＋）很小时的放电能力。

（2）有关电解的计算方法：

有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价以及溶液的物质的量浓度等.解答此类题的方法有两种：

一是根据电解方程式或电极反应式，列比例式求解;

二是利用各电极、线路中转移的电子数目守恒,列等式求解.以电子守恒进行计算较为简便，应注意运用。

1．下列关于用离子膜电解槽电解饱和食盐水的叙述不正确的是（　　）

A．精制饱和食盐水注入阳极室

B．Cl－和OH－透过阳离子膜进入阳极室

C．阴极区溶液使酚酞试液显红色

D．阳极产生使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝的气体

解析：

离子交换膜的功能是只允许阳离子和水分子通过而不允许阴离子和气体通过，因此Cl－不能透过离子交换膜,B不正确。

答案：

B

2．从海水中可以提取溴，主要反应为2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2，下列说法正确的是（　　）

A．溴离子具有氧化性

B．氯气是还原剂

C．该反应属于复分解反应

D．氯气的氧化性比溴单质强

解析:

该反应为置换反应，氧化剂是Cl2，还原剂是Br－，氧化产物是Br2,氧化性：

Cl2〉Br2,故A、B、C错误，D正确。

答案:

D

3．海水是镁的主要来源之一。

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、洗涤、过滤沉淀物；

③将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤、干燥产物；

④电解得到产物。

下列关于提取镁的说法中，不正确的是（　　）

A．此法的优点之一是原料取自大海

B．进行①②③步骤的目的是富集MgCl2

C．可用电解熔融氧化镁的方法制取镁

D．电解法冶炼金属要消耗大量的电能

氧化镁熔点较高,电解时需消耗大量电能，故一般电解熔融氯化镁制取金属镁，C项错误。

C

4．根据海水综合利用的工业流程图（如图所示），判断下列说法正确的是（　　）

已知：

6H2O受热生成Mg（OH）Cl和HCl气体等。

A．过程①的提纯是物理过程，过程②通过氧化还原反应可产生2种单质

B．在过程③中将MgCl2·

6H2O灼烧即可制得无水MgCl2

C．在过程④、⑥反应中每氧化0。

2molBr－需消耗0。

1molCl2

D．过程⑤在生产中无需解决其对金属设备的腐蚀问题

过程①需加入化学试剂通过发生化学反应生成沉淀后过滤除去杂质，故A不正确;

将MgCl2·

6H2O灼烧生成MgCl2需要在干燥的HCl气流中加热，B不正确；

在过程⑤中发生反应Br2＋SO2＋2H2O2===2HBr＋H2SO4，需要解决酸对设备的强腐蚀性问题，D不正确.

5．海水中含有丰富的化学元素，下面是某化工厂从海水中提取NaCl、Mg（以MgCl2形式存在）和Br2（以NaBr的形式存在）及综合利用的生产流程简图：

请回答：

（1）海水制盐常用的方法是_______________________________________________.

（2）Mg（OH）2中加入盐酸后，要获得MgCl2·

6H2O晶体，需要进行的实验操作依次为________。

A．蒸馏B．灼烧　C．过滤D．蒸发　E．冷却结晶

（3）利用MgCl2·

6H2O可制得无水氯化镁，应采取的措施是_______________________

（4）目前工业上主要采用离子交换膜法电解饱和食盐水，下列关于隔膜电解槽的叙述错误的是________.

A．离子交换膜的作用是防止氯气和氢氧化钠、氯气和氢气接触而发生反应

B．电解之前应除去Ca2＋、Mg2＋以防止电解时生成Ca（OH）2、Mg（OH）2堵塞离子交换膜

C．阴极产物为氢氧化钠和氢气

D．电解槽的阳极用金属铁网制成

（5）采用“空气吸出法”由母液提溴时,要经过氯化、吹出、吸收三个过程，常用吸收剂是SO2。

在吸收过程中发生反应的化学方程式为________________________。

（1）海水制盐的方法有蒸发法（盐田法）、电渗析法、冷冻法等，其中以蒸发法为主。

（2）由溶液中提纯易溶于水的晶体，常用蒸发、冷却结晶的方法。

（3）由MgCl2·

6H2O制无水MgCl2，如果直接加热MgCl2·

6H2O不能得到无水MgCl2，应将MgCl2·

6H2O在干燥的HCl气流中加热得无水MgCl2。

（4）高子交换膜电解槽的阳极用碳棒制成,阴极为铁网，所以D错误。

（5）用SO2作还原剂，使Br2转化为HBr，再用Cl2将HBr氧化得到溴产品。

（1）蒸发法（盐田法）　

（2）DEC　（3）在HCl气流中脱水，防止MgCl2水解　（4）D　（5）SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr,2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2

［高考感悟]

1．（新课标全国卷Ⅱ改编）下列改进和优化海水综合利用工艺的设想和做法无法实现的是（　　）

A．用混凝法获取淡水

B．提高部分产品的质量

C．优化提取产品的品种

D．改进钾、溴、镁等的提取工艺

混凝法仅能除去海水中悬浮杂质，无法获取淡水。

A

2．（安徽高考）我省盛产矿盐（主要成分是NaCl，还含有SO

等其他可溶性杂质的离子）。

下列有关说法正确的是（　　）

A．由矿盐生产食盐，除去SO

最合适的试剂是Ba（NO3）2

B．工业上通过电解氯化钠溶液制备金属钠和氯气

C．室温下，AgCl在水中的溶解度小于在食盐水中的溶解度

D．用酚酞试液可鉴别饱和食盐水和饱和纯碱溶液

运用基础知识进行分析判断。

A．可以用氯化钡除去氯化钠中的硫酸根离子,如果选用硝酸钡，则会引入硝酸根离子.B。

电解氯化钠溶液时,生成物包括氢气、氯气和氢氧化钠，没有金属钠生成，要生成金属钠和氯气必须电解熔融的氯化钠，而不是氯化钠溶液.C.由于食盐水中含有一定浓度的氯离子，根据溶解平衡可知，氯化银在食盐水中的溶解度应小于在水中的溶解度。

D。

饱和纯碱溶液中,由于碳酸根离子能够发生水解而使溶液显碱性，能使酚酞变红;

而饱和食盐水显中性,不能使酚酞变色，所以可以区分开。

3．（江苏高考）NaCl是一种化工原料，可以制备一系列物质,如图所示。

下列说法正确的是（　　）

A．25℃时，NaHCO3在水中的溶解度比Na2CO3的大

B．石灰乳与Cl2的反应中，Cl2既是氧化剂，又是还原剂

C．常温下干燥的Cl2能用钢瓶贮运，所以Cl2不与铁反应

D．图示转化反应都是氧化还原反应

A项，25℃时，NaHCO3在水中的溶解度比Na2CO3小，故不正确;

B项，正确;

C项,氯气与铁在加热或潮湿的环境下易反应，干燥和常温环境下反应速率较慢，不正确;

D项,制备碳酸氢钠和碳酸氢钠分解的反应不是氧化还原反应，故不正确.

［课时跟踪训练］

一、选择题（本题包括10小题，每小题5分，共50分）

1．下列海水综合利用的过程中，可不涉及化学变化的是（　　）

A．海水制淡水　　　　　B．海水制纯NaCl

C．海水制镁D．海水制溴

A项海水蒸馏可制得淡水，属物理变化；

B项除去海水中的许多金属杂质离子时，需发生化学变化；

C、D项都是化学变化.

2．以卤水为原料，用下列方法制取镁,其中可行的是（　　）

A．直接电解卤水在阴极得镁

B．向卤水里加钠可置换出镁

C．卤水与石灰水混合，过滤,洗涤，取沉淀煅烧得氧化镁,用氢气还原氧化镁得镁

D．卤水与石灰水混合，过渡,洗涤，取沉淀加盐酸溶解得MgCl2溶液，将溶液加热蒸发浓缩，再冷却结晶，晶体在氯化氢气氛中加热脱水得无水MgCl2。

电解熔融MgCl2得镁

A项电解，阴极生成H2；

B项中Na首先与水反应,不能置换出Mg；

C项中H2不能把Mg还原出来；

所以只有D合理。

3．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．历史最悠久的海水淡化方法是蒸馏法

B．海水中的氘（含HDO0.03‰）发生聚变的能量，足以保证人类上亿年的能源消费,HDO与H2O化学性质不同

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：

MgCl2溶液―→MgCl2―→MgCl2（熔融）

氕（H）与氘（D）属于同种元素--氢元素，所以HDO与H2O均属于水,化学性质相同，B错误。

4．离子膜法制烧碱示意图如下图所示，有关说法正确的是（　　）

A．a口进水

B．b口进精制饱和食盐水

C．c口出的是Cl－,是由b口进入的

D．d口出的是H2

a口进入的是精制饱和NaCl溶液；

b口进入的是含少量NaOH的水；

c口出的是淡盐水;

d口出的是H2。

5．在氯碱工业中,原料盐中的杂质离子危害很高，能破坏离子膜，以下对Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO

除去顺序不合理的是（　　）

A．BaCl2、NaOH、Na2CO3

B．BaCl2、Na2CO3、NaOH

C．NaOH、BaCl2、Na2CO3

D．Na2CO3、BaCl2、NaOH

除杂原则是每一种试剂必须过量,不能引入杂质离子，或者引入的杂质离子利用后加试剂能除去。

而D选项加入BaCl2后，再加NaOH时不能将过多的钡离子除去，从而引入新的杂质.

6．［双选题］从海水中提取的溴占世界产溴量的1/3.已知溴水呈橙色，将SO2气体通入溴水时，可以观察到溴水褪色