3.3海洋化学资源的综合利用

资源下载
  1. 二一教育资源

3.3海洋化学资源的综合利用

资源简介

第三单元 海洋化学资源的综合利用
一、海水淡化
1、蒸馏法:将海水加热至沸腾汽化,然后使水蒸气冷凝得到蒸馏水。
2、电渗析法:利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性,在外加直流电场的作用下,使水中的一部分离子转移到另一部分水中,从而达到除盐的目的。
3、离子交换法:用离子交换树脂除去海水中的阴、阳离子,得到去离子水。
二、粗盐提纯
1、粗盐组分
从离子角度分析,将粗盐溶于水后,溶液中除了含有Na+、Cl-外,还含有Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质离子。
2、实验步骤及原理
(1)除去不溶性杂质
①将粗盐倒入烧杯中,加适量水溶解,用玻璃棒搅拌;
②在过滤器上将粗盐水过滤,弃去沉淀,保留滤液。
(2)去除杂质离子
步骤 要除去的杂质离子 加入的试剂 离子方程式 引入的新杂质离子
1 SO42- 过量BaCl2溶液 Ba2++ SO42-=BaSO4↓ Ba2+
2 Mg2+ 过量NaOH溶液 Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓ OH-
3 Ca2+、Ba2+ 过量Na2CO3溶液 Ca2++ CO32-=CaCO3↓ Ba2++ CO32-=BaCO3↓ CO32-
4 OH-、CO32- 适量稀盐酸 H++OH-=H2O 2H++ CO32-=CO2↑+H2O
例题:
1. 过滤后的食盐水仍含有可溶性的CaCl2、MgCl2、Na2SO4等杂质。通过如下几个实验步骤,可制得纯净的食盐水:①加入稍过量的Na2CO3溶液;②加入稍过量的NaOH溶液;③加入稍过量的BaCl2溶液;④滴入稀盐酸至无气泡产生;⑤过滤。正确的操作顺序是(  )
A.③⑤②① B.①②③⑤④ C.②③①④⑤ D.③②①⑤④
三、从海水中提取溴
1、溴的存在
世界上99%的溴都蕴藏于大海中,且海水中的溴主要以Br-的形式存在。一般情况下从提取食盐后的母液(Br-含量较高)中提取溴。
2、从海水中提取溴的方法
利用Cl2把提取食盐后的母液中的Br-氧化成Br2,鼓入热空气使溴从溶液中挥发出来,冷凝后得到粗溴,粗溴精制可以得到高纯度的溴单质,工艺流程如图所示:
主要环节 原理或解释
浓缩 海水晒盐和海水淡化后的母液中Br-得到浓缩
氧化 Cl2 +2Br- = Br2 +2Cl-
吹出 利用溴的挥发性,通人热空气将生成的溴吹出,进入吸收塔
吸收 Br2 + SO2 +2H2O=2HBr+H2SO4
氧化 Cl2+2Br- = Br2 +2Cl-
分离 富集后的Br2通过蒸馏、冷凝得到液溴
4、溴及其化合物的性质与应用
(1)Br2的物理性质
常温下溴单质是深红棕色密度比水大的液体,极易挥发;溴单质在水中的溶解度很小,但易溶于酒精、四氯化碳(密度比水大)等有机溶剂。
(2)Br2的化学性质
①溴单质的氧化性强于碘单质而弱于氯气,溴单质能将碘化钾溶液中的碘置换出来:
2KI+Br2=2KBr+I2
②与氯气相似,Br2能与金属单质、H2等反应:2Fe+3Br22FeBr3 H2+Br22HBr。
③溴有强腐蚀性。
(3)应用
①制备药物。如消毒药剂“红药水”、镇静剂、青霉素等药物中都含有溴元素。
②制造农业杀虫剂、阻燃剂的原料。
③作感光剂。溴化银可用作医疗X射线胶片上的感光剂。
④变色玻璃中通常加入适量的溴化银和氧化铜。其变色原理用化学方程式表示为:
强光时:2AgBr2Ag+Br2 暗光时:2Ag+Br22AgBr。
例题:
1.盛放液溴的试剂瓶中要加一定量的水,其目的是(  )
A.把溴溶于水得到溴水 B.将液溴与空气隔绝防止溴被氧化
C.减少液溴挥发 D.防止溴升华
2. 从淡化海水中提取溴的流程如图,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Ⅰ、Ⅲ的离子反应为:2Br-+Cl2=2Cl-+Br2
C.步骤Ⅳ包含萃取、分液和蒸馏
D.该流程中,工业上每获得1molBr2,需要消耗Cl2 44.8L
3.溴元素主要以Br-的形式存在于海水中,但浓度很低,提取时需要不断地富集以提高其浓度。利用海水晒盐所得的卤水进行提取,是常用的提溴方法,其过程如图所示。
(1)溴元素的性质与氯元素接近,HBr 气体极易溶于水,推测HBr气体在空气中产生的现象为 ;若要收集HBr气体,应使用向 (填“上”或“下”)排空气法。
(2)步骤②的离子方程式为 。
(3)假设最后在蒸馏时获得lmol Br2,理论上从酸化的海水开始至少消耗 L Cl2(标准状况下)。
(4)步骤②所得含Br2的海水不能直接蒸馏获取液溴,而是经过步骤③、④、⑤得到含Br2的溶液再进行蒸馏,其目的是 。
(5)Br2与碱反应可生成NaBr和NaBrO3,工业上为了降低成本,将含Br2的空气用Na2CO3溶液吸收,得到NaBr和NaBrO3的混合溶液;再加入稀H2SO4,也可以获得含Br2的溶液,起到步骤④和⑤的效果。加入稀H2SO4酸化所发生反应的离子方程式为

(6)已知常压下Br2的沸点是59℃。步骤⑥的蒸馏过程温度应控制在 的范围内较合适。
A.20℃~30℃ B.45℃~ 55℃ C.75℃~85℃ D.100℃~110℃
(7)写出过程4中发生的主要反应的化学方程式: 。
(8)若过程4用Na2CO3溶液吸收溴,补全方程式:
3Br2+ Na2CO3+ H2O= NaBr+ NaBrO3+ NaHCO3
反应中消耗3molBr2转移电子的物质的量为 。
4.工业生产中,海水提取溴常用空气吹出法。某化学实验小组设计了如下实验装置(夹持装置略去)模拟该法从浓缩的海水中提取溴。
已知:Br2 的沸点为58.78℃,密度为3.119g·cm-3,微溶于水,有毒。
(1)实验步骤如下:
①关闭活塞b、d,打开活塞a、c,向A中缓慢通入Cl2至反应结束;
②关闭活塞 打开活塞 ,向A中鼓入足量热空气;
③关闭活塞b,打开活塞a,再通过A向B中通入足量Cl2;
④取B中所得溶液进行蒸馏,收集液溴。
(2)步骤①A中主要反应的离子方程式为 。
(3)X试剂可以是 (填序号)
a. H2O b. 饱和食盐水 c. 饱和Na2SO3溶液
步骤②B中X试剂与Br2发生反应的离子方程式为 。
(4)该实验中尾气处理所用的试剂可以为 。
(5)萃取是“海水提溴”工艺中重要的操作之一, 可以作为溴单质萃取剂的是
(填序号),将该试剂加入溴的水溶液中,振荡,静置、分液,萃取剂层颜色为 色,然后分液,水层从分液漏斗的 (填“上”、“下”)口倒入烧杯中。
a.酒精 b. CCl4 c.饱和食盐水
5.我国有广阔的海岸线,海水的综合利用大有可为。海水中溴含量约为65mg·L-1,从海水中提取溴的工业流程如图:
(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    。步骤Ⅱ通入热空气或水蒸气吹出Br2,利用了溴的    性。
(2)写出以上步骤Ⅱ中发生反应的离子方程式:   。
(3)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     ;实验室分离溴还可以用溶剂萃取法,下列可以用作溴的萃取剂的是    。
A. 乙醇 B. 四氯化碳 C. 烧碱溶液 D. 苯
(4)将1m3海水浓缩至1L最终得到36gBr2,若提取率为60%,则原海水中溴元素的浓度为    mg·L-1。
四、从海水中提取镁
1、镁的存在
自然界中的镁主要以化合态存在于地壳和海水。海水中镁的总储量约为2.1×1015t。
2、工艺流程图
3、相关化学反应方程式
(1)利用贝壳制取石灰乳:CaCO3CaO+CO2↑,CaO+H2O===Ca(OH)2。
(2)沉淀Mg2+:MgCl2+Ca(OH)2===Mg(OH)2↓+CaCl2。
(3)制取MgCl2: Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O 。
(4)MgCl2·6H2O晶体脱水:MgCl2·6H2O MgCl2+6H2O↑
(5)制取金属镁:MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。
4、镁的性质
(1)物理性质
镁是银白色金属,密度较小,熔点较小,硬度较小,有良好的导电性、导热性和延展性,能与铜、铝等金属形成合金。
(2)化学性质
①原子结构
②化学性质
性质 举例 反应方程式
与非金属 单质反应 与O2反应 2Mg+O22MgO
与N2反应 3Mg+N2Mg3N2
与非氧化性酸盐酸反应(离子方程式) Mg+2H+===Mg2++H2↑
加热条件与水反应 Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑
与二氧化碳反应 2Mg+CO22MgO+C
与硫酸铜溶液反应(离子方程式) Mg+Cu2+===Mg2++Cu
例题:
1.下列有关金属镁及其化合物的说法不正确的是(  )
A.镁在空气中燃烧发出耀眼的白光,可用于制作照明弹
B.MgO的熔点很高,可用于制作耐高温材料
C.工业上利用电解饱和MgCl2溶液的方法制取金属镁
D.镁与CO2、SO2均可发生置换反应
2.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。某学校课外兴趣小组从海水晒盐后的盐卤(主要含Na+、Mg2+、Cl-、Br-等)中模拟工业生产来提取镁,主要过程如图:
回答下列问题:
(1)工业上从盐卤中获取Mg(OH)2用石灰乳而不用NaOH溶液的原因是 。
(2)从过程①得到的Mg(OH)2沉淀中混有少量的Ca(OH)2,除去少量Ca(OH)2的方法是先将沉淀加入盛有 溶液的烧杯中,充分搅拌后经 、 (填操作方法)可得纯净的Mg(OH)2。
(3)如图是该兴趣小组设计进行过程③的实验装置图:
其中装置A的作用是 。
(4)写出过程④中发生反应的化学方程式: 。
(5)工业制造镁粉是将镁蒸气在气体中冷却,下列①Ar,②空气,③CO2,④N2,可作为冷却气的是 。
3. 海水是个巨大的化学资源宝库。根据如图海水综合利用的工艺流程图,完成下列问题:
(1)步骤(i)中,为除去粗盐中的Mg2+、Ca2+和SO42-,沉淀上述离子时选用的沉淀剂依次为NaOH溶液、   (填化学式)溶液、    (填化学式)溶液,经过滤、加足量盐酸,蒸发后获得精盐。操作过程中判SO42-断是否沉淀完全的方法是    

(2)步骤(ⅱ)中分离Mg(OH)2与母液的操作名称是    ,工业上通常采用向母液中加入    的方法来获得Mg(OH)2。
(3)写出步骤(ⅲ)主要反应的离子方程式   。
五、从海带中提取碘
1、从海带中提取碘的原理
海水中碘的总储量很大,但由于其浓度很低,工业上并不直接通过海水提取碘,而是以具有富集碘能力的海藻(如海带等)为原料获取碘。
2、工艺流程图
3、碘及其化合物的性质与应用
(1)物理性质
碘单质是紫黑色晶体,易升华。碘在水中的溶解度很小,但易溶于酒精、四氯化碳(密度比水大)等有机溶剂。
(2)化学性质
①碘单质与淀粉结合能生成特殊的蓝色物质,该反应为碘单质与淀粉的特征反应,可用于碘单质或淀粉的检验。
②碘单质有氧化性,其氧化性比Cl2、Br2的弱。与氯气溴单质相似,碘单质也能与金属单质、H2等反应,碘单质与H2的反应极其微弱。
Fe+I2FeI2
(3)应用
在水溶液中,I-能与Ag+反应,生成难溶于水和稀硝酸的黄色AgI沉淀:
NaI+AgNO3=AgI↓+NaNO3。碘化银常用于人工降雨。
(4)碘元素与人体健康
碘元素是人体必需的微量元素,是维持人体甲状腺正常功能所必需的元素。若摄人量不足,易引起甲状腺肿大。我国通过采取在食盐中加人碘酸钾(KIO3)的方法为缺碘地区人群补充碘元素。但值得注意的是,成年人每日需要的碘的量是一定的,食用过多的碘盐或含碘食品,反而会导致体内碘含量过高,对健康不利。
例题:
1.我国碘盐中常加入碘酸钾(KIO3)。已知在溶液中IO3-和I-可发生反应:
IO3-+5I-+6H+=3I2+3H2O。为验证食盐中存在IO3-,可供选用的试剂和常见的物质有:①自来水;②碘化钾淀粉试纸;③淀粉;④蓝色石蕊试纸;⑤食醋。进行实验时必须使用的物质是(  )
A.①②④ B.②③ C.②⑤ D.②④⑤
2.为了从海带浸取液中提取碘,某同学设计了如图实验方案,下列说法正确的是(  )
A.①中反应的离子方程式为:2I-+2H++H2O2=I2+2H2O
B.②中分液时含I2的CCl4溶液从分液漏斗上口倒出
C.③中得到的上层溶液中不含I-
D.操作Z的名称是加热
3.下列有关从海带中提取碘的实验原理和装置能达到实验目的的是(  )
A.用装置甲灼烧碎海带
B.用装置乙过滤海带灰的浸泡液
C.用装置丙制备用于氧化浸泡液中I-的Cl2
D.用装置丁萃取浸泡液中的I2
4.向盛有KI溶液的试管中加入少许CCl4后滴加氯水,CCl4层变成紫色,如果继续向试管中滴加氯水,振荡,CCl4层会逐渐变浅,最后变成无色。
完成下列填空:
(1)写出并配平CCl4层由紫色变成无色(生成HIO3)的化学反应方程式:  。
(2)整个过程中的还原剂是    。
(3)把KI换成KBr,则CCl4层变为    色,继续滴加氯水,CCl4层的颜色没有变化,Cl2、HIO3、HBrO3氧化性由强到弱的顺序是    。
(4)加碘盐中含碘量为20mg~50mg/kg。制取加碘盐(含KIO3的食盐)1000kg,若由KI与Cl2反应制KIO3,最多需要消耗Cl2   L(标准状况,保留2位小数)。
5. 海带中含有丰富的碘元素,某学习小组设计如下实验流程提取海带中的碘。
请回答下列问题:
(1)仪器A的名称为  ,操作A为  。
(2)步骤X中,使用了分液漏斗。分液漏斗使用前,须进行的操作是  ;萃取后,分液漏斗内观察到的现象是          。
(3)步骤X后,检验提取碘后的水层是否仍含有碘单质的方法是:   

(4)向海带浸取原液中通入适量O2,并控制溶液pH为4.5,此时发生反应的离子方程式
为 。
(5)步骤Y中发生反应的离子方程式为 。
(6)该实验流程中,能循环使用的物质是 。
(7)已知:KIO3+5KI+3H2SO4=3K2SO4+3I2+3H2O, I2+2S2O32- =2I-+S4O62-,
学生测定某碘盐(含KIO3)中碘元素的含量,其步骤为:
a.准确称取120g食盐,加适量蒸馏水使其完全溶解
b.用稀硫酸酸化所得溶液,加入足量KI溶液,使KIO3与KI反应完全
c.以淀粉为指示剂,逐滴加入物质的量浓度为2.0×10-3mol·L-1的Na2S2O3溶液30.0mL,恰好反应完全。则所测盐中碘的含量是 mg·g-1(保留四位小数)。(I=127)

展开更多......

收起↑

资源预览