学年高中化学412海水资源的开发利教师用书新人教版必修.docx

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学年高中化学412海水资源的开发利教师用书新人教版必修

第2课时　海水资源的开发利用

[目标导航]　1.了解海水淡化的方法及其意义。

2.了解海水的主要组成元素。

3.了解海水化学资源的开发和利用，熟知从海水中提取溴、碘、金属镁的原理。

4.以海水资源的综合利用为例，了解化学方法在实现物质间转化中的作用。

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量的

，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。

议一议

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

答案　A

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。

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。

议一议

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）×

一、海水中溴的提取

例1

　海水中溴元素以Br－形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如图：

（1）步骤①反应的离子方程式是___________________________________________，

步骤③反应的化学方程式是__________________________________________。

（2）从理论上考虑，下列物质也能吸收Br2的是_____________________________。

A．NaOHB．FeCl2

C．Na2SO3D．H2O

（3）步骤③中氧化剂是____________，若反应中生成2molHBr，则消耗________molSO2。

（4）根据上述反应判断SO2、Cl2、Br2三种物质氧化性由强到弱的顺序是_________________________________________________。

解析　

（1）读懂流程图，可以写出2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－，SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。

（2）只从理论上考虑，NaOH具有强碱性，能吸收Br2，Fe2＋、SO

具有还原性也能吸收Br2，但Br2在水中的溶解度较小，不能充分吸收。

（3）Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，该反应中氧化剂为Br2，还原剂为SO2，反应中每生成2molHBr，则消耗1molSO2。

（4）最后再向含HBr的溶液中通入适量Cl2，蒸馏得到Br2。

经过上述反应过程知氧化性由强到弱的顺序为Cl2>Br2>SO2。

答案　

（1）2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－　SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr

（2）ABC　（3）Br2　1　（4）Cl2>Br2>SO2

规律总结

　海水提溴四个过程

变式训练1　溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65mg·L－1。

实验室模拟海水中溴的提取。

实验方法：

将适量新制氯水加入到20mL富含溴离子的海水中（海水可以用0.1mol·L－1的NaBr溶液代替），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。

答案　氧化　Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2　分液漏斗　四氯化碳　橙红

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。

溴单质在有机溶剂中的颜色是橙色到橙红色。

二、海水中碘的提取

例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。

（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　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　烧瓶

归纳总结

　海带中碘元素的检验

（1）反应原理：

2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O

（2）实验步骤及证明方法

变式训练2　海带中的碘元素主要以I－的形式存在，提取时用适当的氧化剂将其氧化成I2，再萃取出来。

证明海带中含有碘的实验方法：

①用剪刀剪碎海带，用酒精湿润，放入坩埚中。

②灼烧海带至完全成灰，停止加热，冷却。

③将海带灰加蒸馏水溶解，搅拌、煮沸、过滤。

④在滤液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入几滴淀粉溶液。

（涉及反应的离子方程式为2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O）

（1）在实验过程中用到的玻璃仪器有____________________________________

________________________________________________________________________。

（2）能证明海带中含有碘的实验操作是________（填序号），现象是________________。

答案　

（1）烧杯、玻璃棒、漏斗、酒精灯　

（2）④　滴入淀粉溶液后变蓝

三、海水中镁的提取

例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/℃

2852

714

沸点/℃

3600

1412

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Mg（OH）2Mg

B．海水MgCl2溶液―→MgCl2晶体Mg

C．海水Mg（OH）2MgOMg

D．海水Mg（OH）2MgCl2溶液MgCl2（熔融）Mg

解析　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）。

答案　D

归纳总结

　从海水中提取镁的方法

（1）工艺流程

（2）有关反应的化学方程式

①CaCO3CaO＋CO2↑；

②CaO＋H2O===Ca（OH）2；

③MgCl2＋Ca（OH）2===Mg（OH）2↓＋CaCl2；

④Mg（OH）2＋2HCl===MgCl2＋2H2O；

⑤MgCl2·6H2OMgCl2＋6H2O；

⑥MgCl2（熔融）Mg＋Cl2↑。

变式训练3　从海水中可提取多种化工原料，下面是工业上对海水资源综合利用的示意图。

试回答下列问题：

（1）粗盐中含有Ca2＋、Mg2＋、SO

等杂质离子，精制时所用试剂为A.盐酸；B.BaCl2溶液；C.NaOH溶液；D.Na2CO3溶液。

则加入试剂的顺序是____________（填字母）。

（2）写出用海滩上的贝壳制Ca（OH）2的化学方程式：

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________。

（3）电解无水MgCl2可制取镁和Cl2，其中副产品Cl2和Ca（OH）2可制得漂白粉。

制漂白粉的化学方程式为_________________________________________________

________________________________________________________________________。

（4）用海滩上的贝壳制Ca（OH）2，而不从异地山中开凿石灰石制取，主要考虑到什么问题？

________________________________________________________________________。

（5）从经济效益角度看，该化工厂厂址应选在____________________________________

________________________________________________________________________。

答案　

（1）B—C—D—A或C—B—D—A或B—D—C—A

（2）CaCO3CaO＋CO2↑、CaO＋H2O===Ca（OH）2

（3）2Cl2＋2Ca（OH）2===CaCl2＋Ca（ClO）2＋2H2O

（4）经济效益

（5）海边

解析　化工生产是综合利用化学知识解决实际问题的过程，在此过程中，除运用到我们所学的化学知识外，还要从环境保护、能源利用、经济效益等方面考虑。

（1）该小题属离子除杂题。

除杂原则是在除去Ca2＋、Mg2＋、SO

时，不能带入新的杂质离子。

所以，解此题的关键是把握好加入离子的顺序：

①Ba2＋必须在CO

之前加入；②CO

、OH－必须在H＋之前加入，所以B、C不分先后，而D、A本身既分先后，A又必须放在B、C之后才能满足条件。

（2）由贝壳→Ca（OH）2的反应为CaCO3→CaO→Ca（OH）2。

（3）漂白粉的主要成分为CaCl2和Ca（ClO）2，可将Cl2通入石灰乳中制得。

（4）海滩上的物质为海水综合利用创造了便利条件，不用运输，就地取材，从经济效益角度考虑是有利的。

（5）由此可见，应在海滩建化工厂或在沿海陆地建厂。

1．海水开发利用的部分过程如图所示。

下列说法错误的是（　　）

A．向苦卤中通入Cl2是为了提取溴

B．粗盐可采用除杂和重结晶等过程提纯

C．工业生产中常选用NaOH作为沉淀剂

D．富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收

答案　C

解析　苦卤中含有Br－，通入Cl2可将Br－氧化生成Br2，A正确；粗盐中含有Ca2＋、SO

等杂质离子，故先除杂得NaCl和KCl的混合溶液，而NaCl的溶解度随温度变化不大，故采用重结晶可以得到纯净的NaCl，B正确；工业上沉淀海水中的Mg2＋，采用Ca（OH）2，不用NaOH，因为NaOH的价格较贵，C错误；Br2易挥发，用热蒸气吹出后，用SO2吸收，生成H2SO4和HBr，富集后再用Cl2处理HBr生成Br2，D正确。

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．①③⑤②④B．②①③④⑤

C．②④①③⑤D．③①②⑤④

答案　C

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。

3．下列有关说法不正确的是（　　）

A．工业上可利用海水制取镁

B．实验室可用海带为原料获得碘

C．工业上可用还原剂还原赤铁矿（含Fe2O3）获得铁

D．从海水中提取溴元素（以Br－形式存在），可以考虑向其中通入F2

答案　D

解析　海水中含大量Mg2＋，海带中含碘元素，因此工业上可利用海水制镁，实验室中用海带制碘，A、B正确；赤铁矿主要成分为Fe2O3，可用还原剂如焦炭还原Fe2O3获得铁，C正确；因F2能与水剧烈反应，化学方程式：

2F2＋2H2O===4HF＋O2，D错误。

4．海水提取镁的最基本方法是往海水中加____________，得到________沉淀，将沉淀分离出来后再加入________把它变成________；之后，经过结晶、______、干燥、_________________，

就可得到金属镁。

答案　碱　氢氧化镁　盐酸　氯化镁　过滤　电解

5．海水是可以综合利用的。

从海水中提取食盐和溴的过程如下：

（1）请写出一种海水淡化的方法：

_____________________________________。

（2）步骤Ⅰ获取Br2的离子方程式为_______________________________________

________________________________________________________________________。

（3）步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，使溴蒸气转化为氢溴酸以达到富集的目的。

其反应的化学方程式为Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，在该反应中，还原剂是________________（填化学式）。

若反应中生成4molHBr，则消耗________molSO2。

答案　

（1）蒸馏法（或电渗析法，离子交换法等）　

（2）Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－　（3）SO2　2

解析　海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。

海水淡化后得到NaCl，电解其熔融态可生成Na和Cl2，利用生成的Cl2氧化浓缩海水中的Br－得到Br2，离子方程式为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，然后通入空气，吹出Br2，再用SO2吸收Br2，发生反应的化学方程式为Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，该反应中氧化剂为Br2，还原剂为SO2，反应中每生成4molHBr，则消耗2molSO2，最后再向含HBr的溶液中通入适量Cl2，蒸馏得到Br2。

[基础过关]

题组1　海水的综合利用

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、I2B．Na、Mg、Al

C．食盐、淡水D．NaOH、H2

答案　C

解析　A、B、D中的物质必须经化学变化，才能够从海水中获取。

2．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

答案　C

解析　海水中的钾元素是以化合态形式存在，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错误；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，D不正确。

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

答案　A

解析　在氯碱工业中，2NaCl＋2H2O2NaOH＋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；2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑。

题组2　海水提取溴、碘及其性质应用

4．从海水中提取的溴约占世界溴年产量的

，从海水中提取溴的主要步骤可表示为（　　）

A．氧化→吸收→吹出B．氧化→吹出→吸收

C．吹出→氧化→吸收D．吹出→吸收→氧化

答案　B

解析　从海水中提取溴，先用氧化剂将溴离子氧化为溴单质，再用热空气吹出后用碱液吸收。

5．海水提溴过程中将Br－氧化成Br2，可向其中加入氧化剂，合适的是（　　）

A．酸性KMnO4溶液B．氯水

C．FeCl3溶液D．碘水

答案　B

解析　Fe3＋和I2的氧化性都不如Br2的强，C、D不正确；酸性KMnO4溶液能氧化Br－，但KMnO4价格比较贵，不适合工业生产用。

6．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（　　）

答案　D

解析　灼烧海带应用坩埚，A项错误；过滤时应用玻璃棒引流，B项错误；苯的密度比水的小，萃取后的混合溶液中苯在上层，应从分液漏斗上口倒出，C项错误。

7．甲、乙、丙三溶液各含有一种X－（X－为Cl－、Br－或I－），向甲中加入淀粉溶液和氯水，则溶液变为橙色，再加丙溶液，颜色无明显变化。

则甲、乙、丙依次含有（　　）

A．Br－、I－、Cl－B．Br－、Cl－、I－

C．I－、Br－、Cl－D．Cl－、I－、Br－

答案　A

解析　向甲中加入淀粉溶液和氯水，溶液变为橙色，应是溴水的颜色，则甲中必含有Br－，被Cl2置换生成了Br2，由此否定了C、D；再加丙溶液，颜色无明显变化，说明丙溶液中不含I－，否则加入后应被Br2所置换，生成I2，溶液应为蓝色，与题给条件不符，则丙溶液只能含有Cl－，I－必在乙溶液中。

因此甲、乙、丙溶液依次含有Br－、I－、Cl－。

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

答案　B

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。

[能力提升]

9．全球海水中溴的储藏量丰富，约占地球溴总储藏量的99%，故溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65mg·L－1。

其工业提取方法有：

（1）空气吹出纯碱吸收法。

方法是将氯气通入到富含溴离子的海水中，把溴置换出来，再用空气将嗅吹出，用纯碱溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到溴单质。

该方法涉及的反应有①________________________________________________________________________

（写出化学方程式）；②3Br2＋3CO

===BrO

＋5Br－＋3CO2↑；③BrO

＋5Br－＋6H＋===3Br2＋3H2O。

其中反应②中氧化剂是________；还原剂是________。

（2）空气吹出SO2吸收法。

该方法基本同

（1），只是将溴吹出后是用SO2来吸收的，使溴转化为氢溴酸，然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质溴。

写出溴与二氧化硫反应的化学方程式：

________________________________________________________________________。

（3）溶剂萃取法。

该法是利用单质溴在水中和溶剂中溶解度的不同的原理来进行的。

实验室中萃取用到的实验仪器名称是________。

下列可以用于海水中溴的萃取的溶剂是________（填序号）。

①乙醇　②四氯化碳　③硝酸

答案　

（1）Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2　Br2　Br2

（2）Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4

（3）分液漏斗　②

解析　工业上提取溴的原理：

将氯气通入到富含溴离子的海水中，把溴置换出来，然后被某些溶液吸收，再提纯即可得到。

Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2，溴与二氧化硫反应的化学方程式：

Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。

方法（3）是利用物理方法，用有机溶剂溶解，因为溴易溶于有机溶剂，作为海水中萃取溴的溶剂只能是②四氯化碳。

10．海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：

（1）Mg（OH）2沉淀中混有的Ca（OH）2应怎样除去？

写出实验步骤：

_______________________

________________________________________________________________________。

（2）实验室将粗盐制成精盐的过程中，溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的：

①溶解：

________________________________________________________________________。

②过滤：

____________________________