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第八章 第一节 化学与可持续发展
第2课时 海水资源的开发利用
【学习目标】
1．能够说出海水中富含的元素，了解目前海水中可以提取哪些资源，知道开发、利用海洋资源的重要性。
2．通过了解海水淡化、海水制盐的方法，进一步加深对物质分离和提纯方法的理解。
3．以海水提镁、海水提溴为例，用化学视角找到物质转化、元素富集的途径，从而认识化学在自然资源开发和利用过程中的作用和贡献。
4．通过海水提溴工艺流程图的绘制和分析，形成工业提取物质的一般思路和方法。
【素养目标】
1．通过对海水提镁、海水提溴工艺的分析，培养学生“证据推理和模型认知”的学科素养。
2．通过学习海水中的资源开发及利用，认识化学在自然资源开发和利用过程中的作用和贡献。培养学生“科学精神和社会责任”的学科素养。
必备知识与关键能力
知识点一：海水水资源的利用
1．海水水资源利用，主要包括海水淡化和直接利用海水进行循环冷却等。
2．海水淡化：通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高。
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。
典例1． 下列关于海水的知识不正确的是(　　)
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
【解析】海水可直接利用，如冲厕、作冷却水等。
典例2． 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。
知识点二：海水的化学资源开发利用
1．海水中的化学资源
(1)海水中的化学元素
海水中含量最多的为O、H两种元素，还有Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11种元素。其他为微量元素，如Au。
(2)海水中化学资源的利用
2．海水制盐
海水粗盐精盐。
典例3．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，要求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，因此D也不正确。
3．海水提溴
海水提溴的常用方法是空气吹出法。
(1)主要流程
(2)主要反应
Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－(氧化)
Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4(富集)
Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－(提取)
典例4． 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。
典例5． 从海水中可以提取溴，但得到的液溴中常常有少量氯气，除去氯气应该采用的方法是(　　)
A．加入适量的Na2CO3溶液
B．通入溴蒸气
C．加入适量的NaOH溶液
D．加入适量的NaBr溶液
【答案】D
【解析】Na2CO3溶液和NaOH溶液都能与溴反应，不能用于除杂。
4．海带提碘
(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工艺流程：海带→浸泡→氧化→过滤→提纯→碘单质。
②主要的化学反应原理：Cl2＋2KI===2KCl＋I2。
典例6．从海带中提取碘的实验过程中，涉及到下列操作，其中正确的是(　　)
【答案】D
【解析】物质的灼烧应该选用耐高温的坩埚，A错；过滤操作时，向漏斗中加液要用玻璃棒引流，B错；碘的苯溶液在上层，应由分液漏斗的上口倒出，C错；固液分离可以用蒸馏法分离，D对。
典例7． 某课外小组将灼烧海带产生的灰烬浸泡后过滤，得到澄清的滤液。他们设计了如下的几个方案，你认为能证明海带的灰烬中含有碘元素的是(　　)
A．取适量滤液，蒸干，观察是否有紫色固体生成
B．取适量滤液，加入苯，振荡，静置，苯层无色，证明不含碘元素
C．取适量滤液，向其中加入淀粉溶液，无明显现象，证明不含碘元素
D．取适量滤液，加入酸化的H2O2，再加入淀粉溶液，呈蓝色，证明含有碘元素
【答案】D
【解析】海带的灰烬中含有的碘元素，是以I－形式存在的，不是以单质形式存在，所以A、B、C均不正确；D中发生了氧化还原反应：H2O2＋2I－＋2H＋===I2＋2H2O，产生了I2，使淀粉溶液呈蓝色。
5．海水提镁
(1)工艺流程
(2)主要的化学反应原理
CaCO3CaO＋CO2↑
CaO＋H2O===Ca(OH)2
Ca(OH)2＋MgCl2===Mg(OH)2↓＋CaCl2
Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O
MgCl2·6H2OMgCl2+6H2O；
MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
典例8．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
【答案】D
【解析】本题要求学生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)。
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。
核心价值与学科素养
【知识结构化】
【跟踪练习】 基础过关
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1 mol I2时转移2 mol电子
【答案】B
【解析】2I－＋H2O2＋2H＋===I失2×e－2＋2H2O得2×e－，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1 mol I2，转移2 mol电子。
从海水中提取金属镁的生产步骤有：①浓缩结晶　②加熟石灰　③加盐酸　④过滤　⑤熔融电解，正确的操作顺序是(　　)
A．①②③④⑤ B．⑤④③①②
C．②④③①⑤ D．③④②①⑤
【答案】C
【解析】海水中含有Mg2＋，加入Ca(OH)2可生成Mg(OH)2沉淀：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，过滤可得到Mg(OH)2固体。再将Mg(OH)2转化为MgCl2，MgCl2熔点低，电解熔融MgCl2可得金属镁：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。
从淡化海水中提取溴的流程如下图所示，下列有关说法错误的是(　　)
A．X为SO2气体，也可将SO2换成Na2SO3
B．设备Y为蒸馏塔
C．在提取溴的过程中一定有Br－被氧化
D．工业上，每获得1 mol Br2，需要消耗Cl2体积最多为44.8 L(标准状况)
【答案】C
【解析】 D 因为溴离子要经过二次氧化，因此工业上每获得1 molBr2，需要消耗Cl2的体积最少为44.8 L（标准状态下），错误。
碘在地壳中主要以NaIO3的形式存在，在海水中主要以I－的形式存在，几种粒子之间的转化关系如图所示。
下列说法中不正确的是(　　)
A．用淀粉 KI试纸和食醋检验加碘盐时淀粉 KI试纸会变蓝
B．足量Cl2能使湿润的、已变蓝的淀粉 KI试纸褪色，原因可能是5Cl2＋I2＋6H2O===2HIO3＋10HCl
C．由图可知氧化性的强弱顺序为Cl2>I2>IO
D．途径Ⅱ中若生成1 mol I2，则反应中转移的电子数为10NA
【答案】C
【解析】加碘盐中含有IO，在酸性条件下可被I－还原生成I2, A正确；根据图示转化关系可知B正确；根据途径Ⅰ可知氧化性Cl2>I2，根据途径Ⅱ可知氧化性IO>I2，根据途径Ⅲ可知氧化性Cl2>IO，C错误；根据关系式2IO～I2～10e－，D正确。
从淡化海水中提取溴的流程如下：
下列有关说法不正确的是(　　)
A．X试剂可用Na2SO3饱和溶液
B．步骤Ⅲ的离子反应：2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2
C．工业上每获得1 mol Br2，需要消耗Cl2 44.8 L
D．步骤Ⅳ包含萃取、分液和蒸馏
【答案】C
【解析】Na2SO3＋Br2＋H2O===Na2SO4＋2HBr，A正确；步骤Ⅲ利用氯的非金属性比溴强，可以利用置换反应制取Br2，B正确；反应Ⅰ和反应Ⅲ均使用到Cl2，故制取1 mol Br2消耗2 mol氯气，但未标明氯气所处的温度和压强，C错误；从浓溴水中提取溴，可利用有机溶剂(如苯)萃取溴，然后分液得到溴的有机溶液，再经蒸馏可得到纯净的溴，D正确。
能力达成
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4 mol HBr，则消耗________mol SO2。
【答案】　(1)蒸馏法　 (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，离子反应方程式为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4 mol HBr，则消耗2 mol SO2，最后再向含HBr的溶液中通入适量Cl2，蒸馏得到Br2。
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________________，
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。
【答案】(1)过滤　萃取　2I－＋Cl2===I2＋2Cl－　 (2)B　 (3)分液漏斗，普通漏斗　
(4)见解析　(5)萃取剂沸点较低，I2易升华　烧瓶
【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。(4)蒸馏的三点错误：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)酒精、乙酸、甘油均不能做为I2的萃取剂。
镁及其合金是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的。主要步骤如下：
(1)为了使MgSO4转化为Mg(OH)2，试剂①可以选用________，要使MgSO4完全转化为沉淀，加入试剂的量应为________________。
(2)加入试剂①后，能够分离得到Mg(OH)2沉淀的方法是_______________________________。
(3)试剂②选用________；写出其反应的离子方程式________________________________。
(4)无水MgCl2在熔融状态下，通电后产生镁和氯气，该反应的化学方程式为___________________。
【答案】(1)石灰乳　过量　 (2)过滤　 (3)盐酸　Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O　
(4)MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
【解析】(1)工业上常加入廉价的石灰乳使海水中的MgSO4转化为Mg(OH)2；为使MgSO4完全转化为Mg(OH)2，应加入过量石灰乳。(2)加入石灰乳产生Mg(OH)2，通过过滤将Mg(OH)2分离出来。(3)用盐酸溶解Mg(OH)2，反应的离子方程式为Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O(4)工业上电解熔融MgCl2制取Mg，反应的化学方程式为MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑
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