341海水中的元素.docx
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341海水中的元素
第4节
海水中的元素
第1课时 海水——元素宝库 镁与海水提镁
1.食盐是常用的调味剂。
2.氯碱工业的反应原理:
2NaCl+2H2O
2NaOH+H2↑+Cl2↑。
3.加碘食盐中含碘物质为KIO3,人体缺碘易患甲状腺肿瘤(大脖子病)。
4.镁被称为“国防金属”,可在CO2中燃烧:
2Mg+CO2
2MgO+C。
5.海水提镁流程:
海水
Mg(OH2)
MgCl2
Mg。
对应学生用书P74
1.过滤是一种什么操作?
其所用仪器、操作要领是什么?
提示:
(1)目的:
把固体物质和液体物质分离
(2)仪器:
漏斗、烧杯、玻璃棒、铁架台(带铁圈)
(3)操作要领:
“一贴”“二低”“三靠”。
2.粗盐提纯的操作流程是什么?
提示:
(1)加入过量BaCl2溶液;
(2)加入过量NaOH溶液;
(3)加入过量Na2CO3溶液;
(4)过滤;
(5)加适量盐酸。
海水——元素宝库
[新知探究]
探究1 海水中的元素
(1)常量元素(即每升海水中的含量均大于1_mg的元素)有:
氯、钠、镁、硫、钙、钾、碳、锶、溴、硼、氟,共11种。
(2)微量元素:
锂、碘等元素。
探究2 海水元素对人体的重要性
(1)食盐:
人体的必需物质,并对人体的血液循环和新陈代谢都有着重要作用
(2)锂:
可作为热核反应的重要材料;
(3)铀:
可作为核燃料
(4)碘:
可用于制药,如碘酒,人体缺碘易患甲状腺肿大,加碘食盐中添加的是KIO3。
探究3 海水的应用
(1)海水应用广泛,如海水晒盐、海水淡化不经化学变化就能进行。
(2)食盐大多数用于化工生产,如氯碱工业。
[成功体验]
1.判断正误。
(1)海水中的常量元素有Cl、Na、S、I等。
( )
(2)海水的主要成分是水,除能得到淡水和食盐外无其他用途。
( )
(3)微量元素是指1L海水中的含量低于1mg的元素。
( )
(4)微量元素含量太小,无多大用途。
( )
(5)有80多种元素能在海水中找到,海水被称为“化学元素的宝库”。
( )
(6)微量元素铀可作核燃料,人们越来越重视对海水提铀的研究。
( )
解析:
海水的主要成分是水,但水中溶解多种溶质,在已发现的110多种元素中,有80多种能在海水中找到,所以海水被称为“化学元素的宝库”,含量低的微量元素I、Li、U等在海水中的总储量很大,有很大的实用价值。
答案:
(1)×
(2)× (3)√ (4)× (5)√ (6)√
镁与海水提镁
[新知探究]
探究1 海水提镁
(1)工业流程:
①加碱沉淀;②过滤、加盐酸;③结晶、过滤、干燥;④电解。
(2)主要反应:
①MgCl2+Ca(OH)2===Mg(OH)2↓+CaCl2。
②Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O。
③MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑。
探究2 镁的性质
(1)物理性质:
颜色
密度
硬度
熔、沸点
银白色
较小
较小
较低
(2)化学性质:
(剧烈燃烧,发出耀眼的白光,生成白色固体,瓶壁上有黑色固体)
[必记结论]
(1)MgO为难溶于水的白色固体,熔点很高,具有碱性氧化物的通性。
(2)Mg(OH)2为难溶于水的白色固体,具有碱的通性。
(3)Mg3N2与水剧烈反应:
Mg3N2+6H2O===3Mg(OH)2↓+2NH3↑。
(4)Mg与冷水不反应,与热水反应,故活泼性:
Na>Mg。
(5)①镁在空气中燃烧会得到MgO、Mg3N2、C;②CO2不能用于镁失火时的灭火剂;③钠比镁活泼,但不能从镁盐的水溶液中置换出镁。
[成功体验]
2.正在燃烧的镁条,放入下列气体中时,不能继续燃烧的是( )
A.CO2 B.Cl2
C.O2D.He
解析:
选D He是惰性气体,与镁条不反应。
对应学生用书P75
考查海水提镁工艺
1.原料
苦卤(晒盐后的母液)、贝壳、盐酸。
2.生产流程
3.反应的化学方程式或离子方程式
(1)制碱:
CaCO3
CaO+CO2↑,
CaO+H2O===Ca(OH)2。
(2)沉淀:
Mg2++Ca(OH)2===Ca2++Mg(OH)2↓。
(3)酸化:
Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O。
(4)蒸发、结晶、脱水:
MgCl2·6H2O
MgCl2+6H2O。
(5)电解熔融MgCl2:
MgCl2
Mg+Cl2↑。
[特别提醒] 海水提镁为提高经济效益采用的措施
(1)就地取材。
海水提镁厂设在海边,利用贝壳生产氢氧化钙;
(2)循环利用。
提高原料的利用率,电解MgCl2可得Cl2,Cl2用于制取盐酸,盐酸再与Mg(OH)2反应。
[例1] 某工厂采用如下步骤从海水中提取镁:
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;③将沉淀物与盐酸反应,结晶,过滤,得到含结晶水的晶体;④将所得晶体在一定条件下加热得到无水氯化镁;⑤电解熔融氯化镁,得到金属镁。
(1)请写出步骤①、⑤中发生反应的化学方程式:
________________________________________________________________________、
________________________________________________________________________;
(2)请写出步骤③中发生反应的离子方程式:
_________________________________
________________________________________________________________________。
(3)在以上提取镁的过程中,没有涉及的化学反应类型是________。
A.分解反应 B.化合反应
C.复分解反应D.置换反应
(4)上述提取镁的流程中,在降低成本、减少污染方面做了一些工作,请写出其中一点。
________________________________________________________________________。
[解析] 根据海水提镁步骤可知涉及的反应有:
CaCO3
CaO+CO2↑、CaO+H2O===Ca(OH)2、MgCl2+Ca(OH)2===Mg(OH)2↓+CaCl2、Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O、MgCl2
Mg+Cl2↑。
(3)①为分解反应、化合反应,②为复分解反应,③为复分解反应,④为分解反应,⑤为分解反应。
[答案]
(1)CaCO3
CaO+CO2↑,CaO+H2O===Ca(OH)2 MgCl2
Mg+Cl2↑
(2)Mg(OH)2+2H+===Mg2++2H2O (3)D
(4)①电解产生的Cl2用于制HCl;②利用贝壳分解生成的CaO制石灰乳,降低成本(合理均可)
MgO熔点很高,加热熔化时能耗大,故制镁时电解熔融MgCl2,而不用电解MgO。
MgO因熔点高常用作耐火材料。
1.从海水中提取镁,正确的方法是( )
A.海水
Mg(OH)2
Mg
B.海水
MgCl2溶液―→MgCl2晶体
Mg
C.海水
Mg(OH)2
MgO
Mg
D.海水
Mg(OH)2
MgCl2溶液―→
MgCl2(熔融)
Mg
解析:
选D 海水中的镁以化合态存在,提取镁时应先加碱形成Mg(OH)2沉淀,然后加酸溶解Mg(OH)2得到MgCl2,电解MgCl2制取Mg。
考查海水的综合利用
1.氯碱工业
(1)原料:
饱和食盐水。
(2)反应原理:
2NaCl+2H2O
2NaOH+Cl2↑+H2↑。
(3)过程、用途:
2.纯碱的制备(侯氏制碱法)
(1)把二氧化碳通入氨的氯化钠饱和溶液中析出碳酸氢钠晶体,过滤。
CO2+NH3+NaCl+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl
(2)加热使碳酸氢钠分解。
2NaHCO3
Na2CO3+CO2↑+H2O
[例2] 海水是非常丰富的化学资源。
(1)下列物质主要从海水中提取的是(填序号)________。
①Al ②Fe ③Na ④Mg ⑤Br2 ⑥Si ⑦Cu ⑧S ⑨N2
一些物质的溶解性
OH-
Cl-
SO
CO
H+
溶、挥
溶
溶、挥
Na+
溶
溶
溶
溶
Ca2+
微
溶
微
不
Ba2+
溶
溶
不
不
Mg2+
不
溶
溶
微
(2)工业上用电解饱和食盐水的方法制取氢氧化钠、氯气和氢气。
但电解前要进行粗盐精制。
试回答下列问题:
①选择试剂以除去下表所列的可溶性杂质。
杂质
加入的试剂
CaCl2
Ⅰ____________________________
MgCl2
Ⅱ____________________________
硫酸盐
Ⅲ____________________________
②精制过程既要将杂质离子Ca2+、Mg2+、SO
完全沉淀,又要保证不引入新的杂质。
为此你认为加入所选沉淀剂的合理顺序为:
Ⅱ________、________(填序号)。
③最后加适量的盐酸以调节溶液至中性并除去过量的CO
。
其中盐酸除去CO
的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)将氯气通入碱液,可制得84消毒液(有效成分是次氯酸钠),写出制取过程的化学方程式________________________________________________________________________。
[解析]
(1)Na、Mg、Br都是海水中的常量元素,其单质的获得主要通过海水提取,Al,Fe、Si、Cu、S主要从矿石中获得,而N2从空气中获得。
(2)由溶解性知,除Ca2+应选用CO
,使之生成CaCO3沉淀除去;除Mg2+应选用OH-,使之生成Mg(OH)2沉淀除去;除SO
应选用Ba2+,使之生成BaSO4沉淀除去。
精制过程中不能引入新的杂质离子,所以应选用Na2CO3、NaOH、BaCl2,且Na2CO3必须加在加入BaCl2之后再加入以除去过量的Ba2+,最后加入盐酸,除去过量的OH-和CO
。
(3)Cl2与NaOH反应可制得具有漂白作用的NaClO。
[答案]
(1)③④⑤
(2)①Na2CO3 NaOH BaCl2 ②Ⅲ Ⅰ ③CO
+2H+===CO2↑+H2O
(3)Cl2+2NaOH===NaCl+NaClO+H2O
许多国家十分重视海水资源的综合利用。
下列不需要化学变化就能够从海水中获得的物质是( )
A.氯、溴、碘B.钠、镁、铝
C.烧碱、氢气D.食盐、淡水
解析:
选D 海水晒盐可得食盐,海水蒸馏或离子交换可得淡水。
对应学生用书P76
[课堂双基落实]
1.下列元素属于海水中的常量元素的是( )
①H ②O ③Na ④Cl ⑤Li ⑥I ⑦Au(金)
⑧Ca ⑨K ⑩Br ⑪F
A.①②③④⑧⑨⑩⑪ B.③④⑧⑨⑩⑪
C.③④⑥⑦⑧⑨⑩⑪D.③④⑤⑥⑧⑨⑩⑪
答案:
B
2.下列有关镁的叙述中,正确的是( )
A.镁条燃烧引起的火灾可用CO2扑灭
B.镁不能与盐酸反应
C.镁制容器可以贮存、运输浓硫酸
D.镁在CO2中燃烧的产物不全为MgO
解析:
选D Mg可与CO2、盐酸、H2SO4反应,故A、B、C错误;Mg在CO2中燃烧产物中还有炭,D项正确。
3.海水提镁工艺流程中涉及的氧化还原反应有( )
A.4个B.3个
C.5个D.1个
解析:
选D 海水提镁过程中涉及的反应有:
CaCO3
CaO+CO2↑,CaO+H2O===Ca(OH)2,MgCl2+Ca(OH)2===Mg(OH)2↓+CaCl2,Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O,MgCl2
Mg+Cl2↑,其中最后一个反应为氧化还原反应。
4.下列物质分别与100mL2mol·L-1的盐酸恰好反应时,所得溶液溶质的物质的量浓度的大小关系是( )
①镁粉 ②氧化镁 ③氢氧化镁 ④碳酸镁
A.①>②>③>④B.①>②=④>③
C.①>④>③=②D.④>①>②=③
解析:
选B Mg、MgO、Mg(OH)2、MgCO3分别与100mL2mol·L-1盐酸恰好反应时,生成MgCl2的物质的量相同,比较MgCl2溶液的物质的量浓度时,关键看反应中产生水的量,产生的水越多,c(MgCl2)就越小。
5.取一段5cm长的镁条,用砂纸擦亮,然后用坩埚钳夹住在酒精灯上点燃后,伸入到盛满CO2的集气瓶中。
请你完成下列空白:
(1)用砂纸擦亮镁条的目的是_________________________________________________。
(2)将镁条伸入到集气瓶中发生反应的化学方程式是
________________________________,该反应的还原剂是________,镁体现了________性(填“氧化”或“还原”)。
(3)在上述反应中,转移0.2mol电子时,消耗标准状况下的CO2的体积是________。
解析:
由于镁性质较活泼,在空气中久置易在镁条表面形成氧化膜(MgO),因而在用镁条进行有关实验前,先将表面的MgO擦干净。
镁条在CO2中剧烈燃烧,生成MgO和C,其中Mg为还原剂;在该反应中,1molCO2参加反应时,转移4mol电子,所以转移0.2mol电子时,消耗CO20.05mol,在标准状况下的体积为22.4L·mol-1×0.05mol=1.12L。
答案:
(1)除去镁条表面的氧化膜(MgO)
(2)2Mg+CO2
2MgO+C Mg 还原
(3)1.12L
[课下综合检测]
1.能做耐火材料的是( )
A.MgO B.NaCl
C.氢氧化镁D.MgCl2
解析:
选A MgO熔点高,常做耐火材料。
2.镁粉在焰火、闪光粉中是必不可少的原料,工业制造镁粉的最后一步是将镁蒸气在某种气体中冷却,下列可作为冷却气体的是( )
A.空气B.N2
C.CO2D.H2
解析:
选D 在高温下,空气、N2、CO2均与Mg反应。
3.从海水中提取镁时,涉及不到的化学反应是( )
A.MgCl2+Ca(OH)2===CaCl2+Mg(OH)2↓
B.Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O
C.Mg(OH)2+H2SO4===MgSO4+2H2O
D.MgCl2
Mg+Cl2↑
解析:
选C 海水中镁元素的主要存在形态为MgCl2,工业制备Mg的步骤为:
①用熟石灰将Mg2+变成Mg(OH)2沉淀,将镁元素进一步富集,发生的反应为MgCl2+Ca(OH)2===CaCl2+Mg(OH)2↓;②用盐酸将Mg(OH)2溶解,发生的反应为Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O;③将溶液蒸发结晶变成MgCl2·6H2O晶体,电解MgCl2得到Mg单质:
MgCl2
Mg+Cl2↑,涉及不到的化学反应为C。
4.海水提镁过程中,被还原的元素是( )
A.氯B.氧
C.钙D.镁
解析:
选D 海水提镁过程中Mg2+―→Mg,镁元素化合价降低,发生还原反应。
5.海水中含有的氯化镁是镁的重要资源之一,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,过滤,洗涤沉淀物;③将沉淀物与盐酸反应、结晶、过滤、干燥产物;④将产物熔融后电解。
关于提取镁,下列说法中不正确的是( )
A.此方法的优点之一是原料的来源丰富
B.进行①②③步骤的目的是从海水中提取MgCl2
C.第④步通电时会产生氯气
D.涉及的反应有化合反应、复分解反应和置换反应
解析:
选D 海水提镁的反应有:
CaCO3高温,CaO+CO2↑、CaO+H2O===Ca(OH)2、MgCl2+Ca(OH)2===CaCl2+Mg(OH)2↓、Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O、MgCl2通电,Mg+Cl2↑。
上述反应中无置换反应。
6.某研究性学习小组为了探索镁粉与溴水反应的机理,做了如下四组实验:
①将镁粉投入冷水中,未见任何现象;②将镁粉放入溴水中,观察到只是开始时产生极少量的气泡,但溴水的颜色逐渐退去;③将镁粉放入液溴中,未观察到任何明显现象;④向含足量镁粉的液溴中滴加几滴水,观察到溴的红棕色很快退去。
则下列关于镁与溴水的反应机理的论述中正确的是( )
A.镁粉只直接与溴水中的溴反应
B.镁粉只与溴水中的酸反应
C.产生极少量的气泡是由于镁粉与水反应得到
D.镁粉在水的催化下与溴发生反应
解析:
选D 由①、③知Mg与冷水,液溴混合无现象发生,说明不反应;镁粉在溴水中有极少量气泡生成,是Mg与极少量酸反应生成H2而且溴水颜色退去说明Mg与Br2发生反应;由④知水是镁粉与溴反应的催化剂。
7.已知镁能分别与O2、N2、CO2反应,反应的化学方程式分别为:
2Mg+O2
2MgO 3Mg+N2
Mg3N2
2Mg+CO2
2MgO+C
把等质量的金属镁分别放在:
①纯氧气中;②二氧化碳气体中;③空气中完全燃烧后,得到的固体物质的质量分别对应的是W1g、W2g和W3g。
以下三者的关系正确的是( )
A.W1>W2>W3B.W3=W1>W2
C.W3>W2>W1D.W2>W1>W3
解析:
选D 由于镁在氧气中燃烧只生成MgO,而镁在二氧化碳气体中燃烧生成MgO和C;所以W2>W1。
而镁在空气中燃烧,除生成MgO外,还有少量Mg3N2,设1mol镁完全与O2反应生成1molMgO,其固体质量为40g;1molMg与氮气完全反应,生成
molMg3N2,固体质量为33.3g,故题中生成的固体质量应在40g与33.3g之间,所以有W1>W3。
综合上述分析,得关系式为W2>W1>W3。
8.镁在空气里点燃可以燃烧,放出大量的热并发出耀眼的白光,生成白色的氧化镁,同时,镁在这样的高温条件下,还可与空气中的另一种主要成分反应,生成少量的物质A,已知A有下列一系列变化,其中气体C能够使湿润的红色的石蕊试纸变蓝。
(1)写出A、C、D的化学式:
A____________、C____________、D____________。
(2)写出下列变化的化学方程式:
①________________________________________________________________________,
②________________________________________________________________________。
解析:
由题意知A为Mg3N2,Mg3N2与盐酸反应得到MgCl2和NH4Cl的混合溶液B,B与NaOH溶液反应产生气体C为NH3,产生沉淀D为Mg(OH)2。
答案:
(1)Mg3N2 NH3 Mg(OH)2
(2)①Mg3N2+8HCl===3MgCl2+2NH4Cl
②MgCl2+2NaOH===Mg(OH)2↓+2NaCl,
NH4Cl+NaOH
NaCl+H2O+NH3↑
9.海水的综合利用可以制备金属镁,其流程如图所示:
(1)海水提取镁要用到海滩上的贝壳,贝壳的作用是_______________________________,
贝壳所经历变化的化学方程式为_______________________________________________。
(2)写出由MgCl2得到金属Mg的化学方程式:
__________________________________。
(3)除去Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2的步骤为_________________________________。
(4)实验室里将粗盐制成精盐的过程中,在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒,分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的。
溶解时:
_______________________________________________________________。
过滤时:
_______________________________________________________________。
蒸发时:
_______________________________________________________________。
解析:
海水提镁涉及的反应有:
CaCO3(贝壳)
CaO+CO2↑,
CaO+H2O===Ca(OH)2,
Mg2++Ca(OH)2===Mg(OH)2↓+Ca2+,
Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+H2O,
MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑。
答案:
(1)其成分是CaCO3,能转化为Ca(OH)2,可以提供反应所需的碱 CaCO3
CaO+CO2↑,CaO+H2O===Ca(OH)2
(2)MgCl2(熔融)
Mg+Cl2↑
(3)加入MgCl2溶液至过量,过滤
(4)搅拌,加速粗盐的溶解 引流,防止液体外洒 搅拌,使液体受热均匀,防止液滴飞溅
10.下列框图中,G有强氧化性,F可以循环利用。
请回答:
(1)写出A、B、C、D、E、F、G的化学式:
A________;B________;C________;D________;
E________;F________;G________。
(2)写出下列反应的离子方程式:
饱和食盐水―→A+B+C:
_________________________________________________。
B+C―→E+F:
__________________________________________________________。
解析:
因2NaCl+2H2O
Cl2↑+H2↑+2NaOH,三种生成物中只有Cl2分别与另两种物质反应,故B为Cl2;又Cl2与H2反应只生成一种物质(HCl),而Cl2与NaOH反应生成NaCl、NaClO和H2O,故A为H2,C为NaOH。
据此可推知D为HCl、E为NaClO、F为NaCl、G为HClO。
答案:
(1)H2 Cl2 NaOH HCl NaClO NaCl HClO
(2)2Cl-+2H2O
2OH-+H2↑+Cl2↑
Cl2+2OH-===Cl-+ClO-+H2O
11.现拟在实验室里利用空气和镁粉为原料制取少量氮化镁(Mg3N2)。
已知实验中可能会发生下列反应:
①2Mg+O2
2MgO;②3Mg+N2
Mg3N2;
③2Mg+CO2
2MgO+C;
④Mg+H2O
MgO+H2↑;
⑤Mg3N2+6H2O===3Mg(OH)2↓+2NH3↑
可供选择的装置和药品如图所示(镁粉、还原铁粉均已干燥,装置内所发生的反应是完全的,整套装置的末端与干燥管相连)。
回答下列问题: