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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)

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