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专题3 从海水中获得的化学物质
第三单元　海洋化学资源的综合利用
粗盐中杂质离子的去除
粗盐中除了不溶性杂质外，还含有可溶性杂质，如CaCl2、MgCl2、Na2SO4等，粗盐提纯的一般步骤为
(1)溶解；
(2)过滤(除去不溶性杂质)；
(3)加入稍过量的氯化钡(除去硫酸根离子)；
(4)加入稍过量的氢氧化钠(除去镁离子)；
(5)加入稍过量的碳酸钠(除去钙离子和过量的钡离子)；
(6)过滤，向滤液中加入适量的盐酸(除去碳酸根离子和氢氧根离子)；
(7)蒸发结晶。
步骤(3)(4)(5)顺序可调换，但碳酸钠一定要在氯化钡之后添加。
海水提镁
从海水中提取镁的步骤是将石灰乳加入海水沉淀池中，得到氢氧化镁沉淀，再将氢氧化镁与盐酸反应，得到的溶液蒸发、结晶，可得六水合氯化镁晶体(MgCl2·6H2O)。将六水合氯化镁晶体在一定条件下加热生成无水氯化镁，电解熔融的氯化镁即可得金属镁。
卤素单质的溶解性及溶液颜色
卤素单质中，氟是最活泼的非金属，可以和很多物质反应，因此氟和水及很多有机溶剂相遇都会发生剧烈的反应；氯、溴、碘的单质在水中的溶解度都不大，易溶于汽油、四氯化碳、苯等有机溶剂而形成有特殊颜色的溶液，而且浓度不同颜色有变化。由于苯、汽油密度比水小，对应的卤素单质的溶液密度比水小，四氯化碳密度比水大，其对应的卤素单质的溶液密度比水大。因此当用苯、汽油从溴水、碘水中萃取溴、碘时，有色溶液在上层；当用四氯化碳从溴水、碘水中萃取溴、碘时，有色溶液在下层。对应溶液及其颜色总结如下：
溶剂 水 苯(或汽油) 四氯化碳
溴 黄色→棕色 橙色→橙红色 橙色→橙红色
碘 深黄色→褐色 淡紫色→紫色 紫色→深紫色
海洋化学资源的综合利用
1.粗盐提纯
(1)除去粗盐中可溶性杂质的原理
2.从海水中提取溴的常见工艺
3.镁的提取
4.从海洋植物中提取碘的主要工艺
B
可供选择的试剂有①Na2CO3溶液；②K2CO3溶液；③Ba(NO3)2溶液；④BaCl2
溶液。
(1)试剂X是　　　　(填序号，下同)，试剂Y是　　　　。
④　①
(2)操作Z的名称是　　　　，用到的玻璃仪器主要有　　　　、烧杯、漏斗。
过滤　玻璃棒
(3)操作Z所得滤渣中主要含有泥沙、BaSO4、Mg(OH)2、CaCO3、　 　(填化学式)。
BaCO3
(4)操作Z后，向滤液中滴加适量盐酸使滤液呈中性或弱酸性，目的是　　　　　。
除去过量的NaOH、Na2CO3
取少量的滤液于试管中，加入硝酸酸化的Ba(NO3)2溶液，若有白色沉淀生成，说明滤液中存在硫酸根离子(合理即可)
新型漂白剂
(1)氧系漂白剂
活氧亮白去渍粉：主要成分一般为过碳酸钠等，遇水分解产生氧气和碳酸钠，通过释放的活性氧来破坏色素分子结构，达到漂白去渍的效果。对织物的漂白较为温和，不易损伤纤维，还能去除多种污渍，可用于白色和彩色衣物的去黄增白。
(2)氯系漂白剂
新型氯系漂白剂是次氯酸钠的改性产品，利用螯合理论和化学接枝技术，使次氯酸钠挂枝俘获氧原子，向亚氯酸钠的优点改性，同时避免了亚氯酸钠漂白的缺点，具有络合、分散、净化和碱缓冲作用，可使纤维素中的木质素变成氯化木质素而溶解在碱液中，用该漂白剂漂白的布手感柔软，白度较好，且可在室温下使用，久贮不会发生黄变。如三氯异氰尿酸：白色结晶性粉末或粒状固体，有效氯含量在90％以上，是一种极强的氧化剂和氯化剂，具有较强的杀菌和漂白能力，与传统氯代异氰尿酸类化合物相比，具有贮运稳定、成型和使用方便、在水中释放有效氯时间长等优点，可用于棉、麻、毛、合成纤维和混纺纤维的漂白处理。
(3)其他新型漂白剂
生物酶漂白剂：利用生物酶的催化作用来分解色素分子，如纤维素酶、蛋白酶等。这些酶可以特异性地作用于相应的污渍和色素，将其分解为较小的、可溶于水的物质，从而达到漂白效果。具有高效、温和、环保等优点，对织物的损伤较小，且能在较低温度下发挥作用。
光催化漂白剂：含有光催化剂，如二氧化钛等。在光照条件下，光催化剂能够产生具有强氧化性的自由基，这些自由基可以分解有机物和色素分子，达到漂白的目的。这种漂白剂具有可持续性好、对环境友好等优点，可用于纺织品、纸张等的漂白。
(2025·南京九中期中)二氧化氯(ClO2)常作为饮用水消毒杀菌剂和纸浆、面粉等的漂白剂。
(1)ClO2具有较强的消毒杀菌能力的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　。
ClO2具有强氧化性
浓盐酸和氯酸钾加热制备二氧化氯同时生成氯气，经过装置B的浓硫酸干燥除水，二氧化氯在装置C中经冰水冷却液化，将氯气分离，再用装置D收集氯气，由于氯气有毒，需要用氢氧化钠进行尾气处理。ClO2具有强氧化性，所以有较强的消毒杀菌能力。
(2)某实验小组设计用如下实验装置制取、收集ClO2和Cl2。
已知：Ⅰ.ClO2的熔点为－59℃，
沸点为11℃；
Ⅱ.装置A中加入浓盐酸反应后有
ClO2、Cl2和KCl生成；
Ⅲ.装置B中浓硫酸的作用是干燥
气体。
①写出装置A中发生反应时的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　。
②常温常压下，ClO2和Cl2的密度之比为　　　　。
135∶142
浓盐酸和氯酸钾加热制备二氧化氯同时生成氯气，经过装置B的浓硫酸干燥除水，二氧化氯在装置C中经冰水冷却液化，将氯气分离，再用装置D收集氯气，由于氯气有毒，需要用氢氧化钠进行尾气处理。常温常压下，气体的密度之比等于摩尔质量之比，也等于相对分子质量之比，所以ClO2和Cl2的密度之比为67.5∶71＝135∶142。
③装置C中使用冰水浴的目的是　　　　　　　　　　　　　　　。
将ClO2冷凝为液体，分离提纯
浓盐酸和氯酸钾加热制备
二氧化氯同时生成氯气，经过装
置B的浓硫酸干燥除水，二氧化
氯在装置C中经冰水冷却液化，
将氯气分离，再用装置D收集氯
气，由于氯气有毒，需要用氢氧
化钠进行尾气处理。ClO2的熔点为－59℃，沸点为11℃，冰水浴可使生成的ClO2气体液化，从而分离出来。
(3)ClO2作氧化剂时所得反应产物与Cl2作氧化剂时的反应产物相同。从得失电子角度比较，等物质的量的情况下，选择哪种氧化剂好？并说明理由：　　　　　_　　.
　　　　　。
(4)从括号中选择合适的试剂，设计证明ClO2具有氧化性的实验方案：(ClO2气体、淀粉－KI溶液、FeCl3溶液)　　　　　　　　　　　　　。
向淀粉－KI溶液中通入ClO2，若溶液变蓝色，说明ClO2将I－氧化为I2，能证明ClO2具有氧化性
浓盐酸和氯酸钾加热制备二
氧化氯同时生成氯气，经过装置B
的浓硫酸干燥除水，二氧化氯在装
置C中经冰水冷却液化，将氯气分
离，再用装置D收集氯气，由于氯
气有毒，需要用氢氧化钠进行尾气
处理。三种物质中只有KI有较强还原性，且能被氧化生成碘单质，使淀粉溶液变蓝，现象明显，方便判断，所以证明ClO2具有氧化性的实验方案：向淀粉－KI溶液中通入ClO2，若溶液变蓝色，说明ClO2将I－氧化为I2，能证明ClO2具有氧化性。
数字化实验
化学实验中的数字化实验是一种将现代信息技术与化学实验相结合的新型实验手段。通过传感器实时采集实验过程中的各种物理量(如温度、压强、pH、电导率等)数据，并将其转化为电信号，再经数据采集器将电信号转换为数字信号，传输到计算机等终端设备上，利用专门的软件对数据进行分析、处理和可视化呈现，从而实现对实验过程的精确测量和动态监测。
(1)组成
①传感器：用于感知和测量特定的物理量，如温度传感器、压强传感器、离子浓度传感器等，不同的传感器可根据实验需求进行选择和组合。
②数据采集器：负责将传感器传来的电信号转换为数字信号，并将数据传输给计算机或其他显示设备。
③计算机及相关软件：用于接收、存储、分析和显示数据，通过软件可以绘制图表、进行数据拟合、计算相关参数等，方便实验者对实验结果进行深入分析。
(2)优点
①精度高：能够精确测量和记录实验数据，减少人为误差，提高实验结果的准确性和可靠性。
②实时性强：可以实时监测实验过程中的数据变化，让实验者直观地观察到实验现象的动态发展，有助于更好地理解实验原理和过程。
③多变量同步测量：可同时使用多个传感器对多个物理量进行同步测量，便于研究不同变量之间的关系，全面深入地分析实验结果。
④数据处理便捷：计算机软件能够快速对采集到的数据进行处理和分析，绘制出各种图表，使实验结果更加直观清晰，便于实验者进行比较和总结。
(3)应用
①酸碱中和滴定：利用pH传感器实时监测溶液pH的变化，绘制出滴定曲线，准确确定滴定终点，相比传统的指示剂法，更加精确和直观。
②化学反应速率的测定：通过压强传感器或浓度传感器等，测量反应过程中压强或物质浓度的变化，进而计算出反应速率，有助于研究不同因素对反应速率的影响。
③溶解热的测定：使用温度传感器测量物质溶解过程中的温度变化，通过软件计算出溶解热，使实验结果更加准确，且能更直观地感受能量变化。
(2025·无锡期中)碳酸钠可作为基准物质用于定量分析，也可作制备过碳酸钠的原料。
Ⅰ.实验室某瓶碳酸钠溶液瓶体部分标签如图所示。
试剂名称：Na2CO3溶液
【溶质】Na2CO3
【Na2CO3摩尔质量】106 g·mol－1
【质量分数】10.6％
【密度】1 g·mL－1
(1)某实验需用500 mL 0.1 mol·L－1的Na2CO3溶液，现用上述Na2CO3溶液配制，需要用量筒量取该Na2CO3溶液的体积为　　　　mL。在配制过程中，除量筒、烧杯、玻璃棒外还必须用到的玻璃仪器有　　　　　　　　　　　　。
试剂名称：Na2CO3溶液
【溶质】Na2CO3
【Na2CO3摩尔质量】106 g·mol－1
【质量分数】10.6％
【密度】1 g·mL－1
50.0　500 mL容量瓶、胶头滴管
试剂名称：Na2CO3溶液
【溶质】Na2CO3
【Na2CO3摩尔质量】106 g·mol－1
【质量分数】10.6％
【密度】1 g·mL－1
Ⅱ.数字化实验能更清晰地呈现实验现象。为认识碳酸钠和碳酸氢钠的性质，做如下实验。
(2)分别取20 mL 0.1 mol·L－1的Na2CO3和NaHCO3溶液，用分液漏斗缓慢滴加
0.1 mol·L－1的稀盐酸，用压强传感器测定容器中的压强变化如图1所示。图中曲线
　　　　(填“A”或“B”)代表碳酸钠溶液。
图1
B
图1
(3)现取样品的质量为5 mg，做NaHCO3热分解实验，其热重曲线(TG)和失重速率曲线(DTG)如图2所示(图a为热重曲线，图b为失重速率曲线)。由图像可知，NaHCO3受热易分解，在　　　　℃分解速率最大。
b
图2
140
失重速率越大，分解速率越大，由图b可知，在140℃时分解速率最大。
Ⅲ.过碳酸钠(3Na2CO3·2H2O2)具有Na2CO3和H2O2的双重性质，受热易分解，遇潮易产生氧气。可由Na2CO3饱和溶液与30％的H2O2制备过碳酸钠，装置如图3所示，回答下列问题。
(4)装置X的名称为　　　　　　　　　　。
图3
球形冷凝管
根据图示可知，装置X的名称为球形冷凝管。
(5)反应需在10～15℃进行，温度不能过高的理由是　　　 　　.
　　　　　　　。控制温度的措施有冷水浴、　　　　　　　　.
　　　　　　　　　　。
图3
防止H2O2分解　缓慢滴加H2O2溶液(或搅拌，合理即可)
反应需在10～15℃进行，温度不能过高，这是由于反应物H2O2不稳定，受热易分解，在10～15℃进行，可以防止H2O2分解；控制温度的措施有冷水浴、缓慢滴加H2O2溶液、搅拌等。
(2025·四川绵阳期末)Ⅰ.实验小组利用传感器探究Na2CO3和NaHCO3的性质。
【查阅资料】pH越小，OH－浓度越小，溶液碱性越弱。
【实验过程】
编号 实验操作 实验数据
实验① 测量下述实验过程的温度变化

编号 实验操作 实验数据
实验② 测量下述实验过程的pH变化


【分析与解释】
(1)实验①中，溶解时吸收热量的物质是　　　　(填化学式)。
编号 实验操作 实验数据
实验① 测量下述实验过程的温度变化

NaHCO3
实验①中，1.00 g碳酸钠溶于水后，溶液温度升高，说明碳酸钠溶解的过程为放热过程；1.00 g碳酸氢钠溶于水后，溶液温度降低，说明碳酸氢钠溶解的过程为吸热过程；实验②中，用澄清石灰水中加入蒸馏水作对照实验，加入碳酸钠溶液后溶液的pH不变，说明氢氧根离子没有参与反应；加入碳酸氢钠后溶液的pH减小，说明反应过程中氢氧根离子被消耗。碳酸氢钠溶解的过程为吸热过程。
编号 实验操作 实验数据
实验① 测量下述实验过程的温度变化

(2)实验②中，Na2CO3溶液和澄清石灰水反应的离子方程式为　　　　　　，OH－未参与该反应的实验证据是　　　　　　　　　　　　　。
编号 实验操作 实验数据
实验② 测量下述实验过程的pH变化


实验①中，1.00 g碳酸钠溶于水后，溶液温度升高，说明碳酸钠溶解的过程为放热过程；1.00 g碳酸氢钠溶于水后，溶液温度降低，说明碳酸氢钠溶解的过程为吸热过程；实验②中，用澄清石灰水中加入蒸馏水作对照实验，加入碳酸钠溶液后溶液的pH不变，说明氢氧根离子没有参与反应；
编号 实验操作 实验数据
实验② 测量下述实验过程的pH变化


编号 实验操作 实验数据
实验② 测量下述实验过程的pH变化


(3)实验②中，滴加NaHCO3溶液的pH变化与滴加Na2CO3溶液的有明显差异，原因是滴加NaHCO3溶液的烧杯中，参与反应的离子有　　　　　　　　　　　　　　。
编号 实验操作 实验数据
实验② 测量下述实验过程的pH变化


实验①中，1.00 g碳酸钠溶于水后，溶液温度升高，说明碳酸钠溶解的过程为放热过程；1.00 g碳酸氢钠溶于水后，溶液温度降低，说明碳酸氢钠溶解的过程为吸热过程；实验②中，用澄清石灰水中加入蒸馏水作对照实验，加入碳酸钠溶液后溶液的pH不变，说明氢氧根离子没有参与反应；
编号 实验操作 实验数据
实验② 测量下述实验过程的pH变化


加入碳酸氢钠后溶液的pH减小，说明反应过程中氢氧根离子被消耗。实验②中，滴加碳酸氢钠溶液，pH发生变化时的反应为碳酸氢钠溶液与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀、碳酸钠和水，则滴加碳酸氢钠溶液的烧杯中，参与反应的离子为碳酸氢根离子、氢氧根离子和钙离子。
编号 实验操作 实验数据
实验② 测量下述实验过程的pH变化


(4)某NaHCO3固体样品中含有Na2CO3杂质，某小组拟通过下列装置(气密性良好)测定CO2的质量来计算样品中NaHCO3的含量，装置的连接顺序为　　　　　　→B(每个装置仅使用一次)。经分析，上述方案存在缺陷(假定固体充分反应)，会导致测定结果偏小，原因可能为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　；利用改进后的装置进行实验，ag样品加热至恒重后，称量所得固体质量为bg，则样品中NaHCO3的质量分数为　　　　　　(用含a、b的代数式表示)％。
A B C D
实验①中，1.00 g碳酸钠溶于水后，溶液温度升高，说明碳酸钠溶解的过程为放热过程；1.00 g碳酸氢钠溶于水后，溶液温度降低，说明碳酸氢钠溶解的过程为吸热过程；实验②中，用澄清石灰水中加入蒸馏水作对照实验，加入碳酸钠溶液后溶液的pH不变，说明氢氧根离子没有参与反应；加入碳酸氢钠后溶液的pH减小，说明反应过程中氢氧根离子被消耗。
A B C D
装置A为碳酸氢钠受热分解的装置，装置D中盛有的浓硫酸用于吸收、测量反应生成水蒸气的量，装置C中盛有的碱石灰用于吸收、测定二氧化碳的量，装置B中盛有的碱石灰用于吸收空气中的水蒸气、二氧化碳，防止其进入C中导致实验出现误差，则装置的连接顺序为A→D→C→B；
A B C D
A B C D
Ⅱ.可用Cl2和Ca(OH)2制备漂粉精，漂粉精常用于游泳池的消毒，起消毒作用的是HClO，池水的酸碱性对漂粉精的消毒效果影响明显。
(5)写出制备漂粉精的化学方程式：　　　　　　　　　　　　　。
(6)若池水碱性过强，消毒作用会　　　　(填“增强”或“减弱”)。
减弱
实验①中，1.00 g碳酸钠溶于水后，溶液温度升高，说明碳酸钠溶解的过程为放热过程；1.00 g碳酸氢钠溶于水后，溶液温度降低，说明碳酸氢钠溶解的过程为吸热过程；实验②中，用澄清石灰水中加入蒸馏水作对照实验，加入碳酸钠溶液后溶液的pH不变，说明氢氧根离子没有参与反应；加入碳酸氢钠后溶液的pH减小，说明反应过程中氢氧根离子被消耗。若池水碱性过强，溶液中次氯酸的浓度会减小，氧化性较弱，消毒作用会减弱。
(7)若池水酸性过强，会刺激眼睛和皮肤。有时加入Na2CO3、NaHCO3以降低酸性，起到降低酸性作用的离子分别是　　　　　　　　　　(填离子符号)。

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