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第八章 化学与可持续发展
第一节 自然资源的开发利用
课时2 海水资源的开发利用
课堂导入
课堂学习
海洋约占地球表面积的71%，其中蕴含着丰富的水资源、生物资源、能源资源和化学资源。
海水资源的开发利用
海水资源具有以下特点：
广阔性，海洋约占地球表面积的71%。海水中水的储量约占地球上总水量的97%；
多样性，海水中溶解和悬浮着大量的机物和有机物。海水中含量最多的O、H两种元素，加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11种元素，其总含量超过99%，其他元素为微量；
分散性，许多元素的富集程度低。例如，海水中金元素的总储量约为5×106t，而1t海水中金元素的含量仅为4×10-6g。
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海水中水的储量丰富，水资源的利用主要包括海水淡化和直接利用海水进行循环冷却等途径。海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法和离子交换法等，其中蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，缺点是成本较高。
海水资源的开发利用
课堂学习
蒸馏：利用各成分的沸点不同，分离互溶液态混合物的物理分离方法。
海水资源的开发利用
注意事项：
①蒸馏烧瓶要垫上石棉网；
②蒸馏烧瓶内液体不超过容积的二分之一；
③加沸石或碎瓷片，防止暴沸；
④冷凝管的水流方向由下至上；
⑤温度计水银球应在蒸馏烧瓶的支管口处。
电渗析法：在电场的作用，强行将离子向电极处吸引，使电极中间部位的离子浓度大为下降，从而制得淡水的。
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阳树脂柱： HR + Na+ = NaR + H+
阴树脂柱： ROH + Cl- = RCl + OH-
混树脂柱：H+ + OH- = H2O
海水资源的开发利用
离子交换法：利用阳、阴离子交换树脂上的可交换的H+和OH-与水中其他的阳离子和阴离子的交换作用，将水中的离子除去而达到制备水的目的。
优点是设备简单、操作简便、出水量大、成本低；缺点是可除去水中绝大部分的盐类、碱和游离酸，但不能完全除去有机物和非电解质。
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反渗透法：一种利用高分子膜(反渗透膜)进行物质分离的过程，可以从水中除去90%以上的溶解盐类以及99%以上的胶体。
海水资源的开发利用
直接利用海水进行循环冷却：火力发电厂和核电站用于循环冷却的循环海水。
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除了水资源的利用之外，海水中还还能有丰富的化学资源，例如可以从海水中提取食盐、镁、溴、钾等其它的化工产品。
海水资源的开发利用
我国海水制盐具有十分悠久的历史，目前海水中制得的氯化钠除了食用之外，还可以作为用于生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸等物质的化工原料。
海水
盐田
饱和食盐水
粗盐
NaCl
引入
风吹日晒
结晶
提纯
蒸发结晶
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海水资源的开发利用
氯化钠的实际用途：
1. 电解饱和食盐水，可以生成氢氧化钠、氢气和氯气(氯碱工业)：
2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
2. 电解熔融氯化钠，制备钠和氯气：
2NaCl(熔融) = 2Na + Cl2↑
3. 制备盐酸：
H2 + Cl2 = 2HCl
4. 制漂白剂：
2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O
5. 制备纯碱：
NaCl + CO2 + H2O + NH3 = NH4Cl + NaHCO3↓
2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2↑ + H2O
课堂学习
海水资源的开发利用
海水中溴的含量较高，还可以用空气吹出法从海水中提溴。
每1000g海水中仅仅含1.28gMg2+，0.067gBr-，而经过摊晒分离出氯化钠的海水即苦卤(浓缩的海水)，苦卤中的离子浓度会大大提高。
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海水资源的开发利用
你能写出氧化过程和吸收过程所涉及的离子反应方程式吗？
氧化：2Br- + Cl2 = 2Cl- + Br2
吸收：SO2 + Br2 + 2H2O = 4H+ + SO42- + 2Br-
为什么在氧化得到溴单质后，还要将其吹出还原，再氧化得到溴单质？
第一步氧化得到的溴单质中杂质较多，因此吹出还原再氧化的过程实际是提纯的过程；
第一步得到溴单质含量较低，所以需要富集。
地球上99%的溴以Br-的形式存在于海水中，被称为“海洋元素”。溴及其化合物被广泛应用，如含溴阻燃剂、杀虫剂溴甲烷、感光剂溴化银、药物合成中间体、染料等。
课堂学习
海水资源的开发利用
除了溴，从海水中还可以提取镁，你能写出相关的化学反应方程式或离子反应方程式吗？
① CaCO3 = CaO + CO2↑
② CaO + H2O = Ca(OH)2
③ Mg2+ + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + Ca2+
④ Mg(OH)2 + 2H+ = Mg2+ + 2H2O
⑤ MgCl2·6H2O = MgCl2 + 6H2O
⑥ MgCl2(熔融) = Mg + Cl2↑
课堂学习
海水资源的开发利用
海水中可以利用的不仅仅是水资源和其中含有的化学元素，还可以利用生物资源，例如海带中含有较为丰富的碘元素，如何从海带中提取碘单质呢？
关键反应：
2I- + 2H+ + H2O2 = I2 + 2H2O
你还记得萃取的实验操作需要哪些仪器吗，若是需要进行海带中提碘的整体操作，你会进行哪些操作？
课堂学习
海水资源的开发利用
操作步骤：
①用剪刀剪碎海带，用酒精润湿，放入坩埚中；
②灼烧海带至完全生成灰，停止加热，冷却；
③海带灰转移到小烧杯中，加蒸馏水，搅拌、煮沸、过滤；
④在滤液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入几滴某溶液。
你知道坩埚和蒸发皿的相同之处和不同之处有哪些吗？
课堂学习
海水资源的开发利用
相同之处：
都可用于物质的蒸发、浓缩或结晶。
不同之处：
①形状不同：坩埚类似于圆台状，蒸发皿是半椭圆的形状；
②用途不同：蒸发皿是用来把溶液中的水分等蒸发掉的， 而坩埚多用来灼烧固体的，或者高温加热一下固体的；
③制作材料不同：蒸发皿一般为瓷制品，也可用玻璃、石英、铂或铜等制成，坩埚一般由陶瓷或石英制得；
④耐受温度不同：坩埚可以承受800℃的温度，蒸发皿一般不超过400 ℃。
课堂学习
海水资源的开发利用
海水中还有丰富的能源资源，如可以从海水中提取铀和重水用来开发核能，开发利用潮汐能、波浪能等新型能源。
课堂巩固
正误判断
1. 海水淡化的方法中，蒸馏法成本最低。
4. 海水中提取金属需要加还原剂，非金属需要加氧化剂。
2. 海水中含量最多的元素为钠元素和氯元素。
3. 海水资源的利用过程中一定会发生化学反应。
×
×
×
√
课堂巩固
下列有关海水提镁的说法中不正确的是 (　　)
A.贝壳在海水提镁的生产流程中，主要经历了CaCO3→CaO →Ca(OH)2的过程
B.利用OH－将海水中的Mg2＋转化为Mg(OH)2沉淀，然后电解Mg(OH)2制备纯镁
C.工业生产中是利用电解MgCl2制备镁
D.在海水提镁的工业流程中，氯气可以循环利用，用于制备盐酸，再溶解Mg(OH)2
B
课堂小结
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