资源简介

(共45张PPT)
第2课时　海水资源的开发利用
第八章
内容索引
01
02
课前篇 素养初探
课堂篇 素养提升
素养目标
1.了解海水淡化的方法及其意义。了解海水的主要组成元素。
2.了解海水资源的开发和利用,熟知从海水中提取溴、碘、金属镁的原理。
3.以海水资源的综合利用为例,了解化学方法在实现物质间转化中的作用,提升科学态度与社会责任等学科核心素养。
课前篇 素养初探
【自主梳理】
一、海水资源
1.海洋约占地球表面积的71%,海水中水的储量约占地球总水量的97%。
2.海水中的化学元素
主要盐类是NaCl,其次是MgCl2、MgSO4、K2SO4等
多样性 海水中含量最多的H、O两种元素,加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、C、F、B、Br、Sr等11种元素,其总含量超过99%,其他元素为微量
分散性 虽然海水中元素种类很多,总储量很大,但许多元素的富集程度很低
二、海水资源的开发利用
1.主要包括海水淡化和直接利用海水进行循环冷却等。海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法和离子交换法等。
【微思考】蒸馏法淡化海水有哪些优点和缺点
提示 优点是技术和工艺比较成熟,缺点是成本较高。
2.海水制盐
(1)氯化钠除供食用外,还可用于生产烧碱、纯碱、钠、氯气、氢气、
盐酸等。
(2)在传统海水制盐的基础上,还可从海水中制取镁、钾、溴及其他化工产品。
3.从海水中还可提取铀和重水,获得潮汐能、波浪能等新型能源。
【自我检测】
1.正误判断(正确的打“√”,错误的打“×”)
(1)海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、明矾净化法等。(　　)
(2)海水中含有钾元素,仅通过物理变化就可以得到金属钾。(　　)
(3)海水各种化学资源的开发过程中,必须都要发生化学反应。(　　)
(4)实验室从海带中提取单质碘的方法是:取样→灼烧→溶解→过滤→萃取。(　　)
×
×
×
×
2.(2021山东济宁高一期末)下列物质的获得与海水资源开发利用无关的是(　　)
A.NaCl B.CuSO4
C.MgCl2 D.Br2
答案 B
3.(改编题)下列有关海水淡化的叙述不正确的是(　　)
A.离子交换法淡化海水发生了化学变化
B.海水淡化可为人类提供更多的淡水资源
C.利用太阳能蒸发原理淡化海水属于物理变化
D.将海水中的盐分离出来不能达到海水淡化的目的
答案 D
解析 使用离子交换树脂与水中的离子进行交换,如离子交换树脂可以除去钙离子和镁离子得到软水,属于化学变化,A正确;利用海水淡化将海水转化为我们生活用的淡水,减少了很多缺水地区的水负担,可为人类提供更多的淡水资源,B正确;利用太阳能蒸发海水是将海水中的液态水变成水蒸气,然后冷凝成液态水,属于水的状态变化,属于物理变化,C正确;海水淡化是将水与盐分离,D错误。
课堂篇 素养提升
任务一
海水提溴
【问题探究】
溴及其化合物在医药、农药、染料和阻燃剂等生产中有着广泛的应用。目前,人们主要从海水和盐湖水中提取溴。
海水提溴工艺流程示意图
1.实际工业生产中,为什么要先对海水中的溴进行富集
提示 地球上99%的溴分布在海水中,以Br-的形式存在。海水中溴元素的总储量很大,但富集程度很低,因此工业生产中要先对海水中的溴进行富集,以节约成本、降低能耗等。
2.海水提溴的原理是什么 请结合工艺流程图用一句话简述。
提示 以海水中的含溴物质为原料,通过化学和物理方法分离提纯,得到溴单质。
3.实际工业生产中,为什么要选择氧化剂氯气来氧化Br- 试从氧化还原、成本、环境污染等角度分析。
提示 ①从氧化还原角度分析,氯气的氧化性强于溴单质;②从成本上考虑,氯气是氯碱工业的产品,价格相对低;③从生成物对环境的影响考虑,Cl2与Br-反应生成Br2和Cl-,对环境无污染。
【深化拓展】
1.海水提溴的生产流程图
2.海水提溴的主要过程
【素能应用】
典例1海水中溴元素以Br-形式存在,工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如图:
(1)步骤①反应的离子方程式是　 。
(2)步骤③反应的化学方程式是　 。
从理论上考虑,下列也能吸收Br2的是　　　　。 　　　　　　　　　　　　　　　　
A.NaOH B.FeCl2 C.Na2SO3 D.H2O
(3)步骤⑤蒸馏的过程中,温度应控制在80~90 ℃。温度过高或过低都不利于生产,请解释原因: 　。
(4)为什么不直接用“溴水混合物Ⅰ”而要用“溴水混合物Ⅱ”进行蒸馏得到液溴 　。
答案 (1)2Br-+Cl2 === Br2+2Cl-
(2)SO2+Br2+2H2O === H2SO4+2HBr　ABC
(3)若温度过高,大量水蒸气随溴蒸出,所得气体中水蒸气的含量增加;温度过低,溴不能完全蒸出,产率太低
(4)“溴水混合物Ⅰ”中虽然含有溴单质,但浓度低,如果直接蒸馏,处理量大,生产成本高,而“溴水混合物Ⅱ”实际上将溴水浓缩了
解析 (1)2Br-+Cl2 === Br2+2Cl-。(2)SO2+Br2+2H2O === 2HBr+H2SO4;只从理论上考虑,NaOH具有强碱性,能吸收Br2,Fe2+、 具有强还原性,也能吸收Br2,但Br2在水中的溶解度较小,用水不能将Br2充分吸收。(3)温度过高,大量水蒸气随溴蒸出,所得气体中水蒸气的含量增加;温度过低,溴不能完全蒸出,产率太低。(4)“溴水混合物Ⅰ”中虽然含有溴单质,但浓度低,如果直接蒸馏,处理量大,生产成本高。经过“空气吹出、SO2吸收、Cl2氧化”等步骤实际上是将溴水浓缩了。
【变式设问】
上述流程中,若步骤④通入氯气过量,对溴水混合物Ⅱ中溴含量是否有影响 为什么
提示 无影响;若步骤④中通入过量氯气,可将Br-氧化生成Br2,Br2不能被继续氧化。
规律方法与海水资源利用相关的化工工艺流程类题的解题方法
1.抓首尾,看中间:从原料到产品为一条龙的生产工序试题,其关键点是认真分析对比原料与产品的组成,从中得出将原料转化为产品和除去原料中所含杂质的基本原理和所用工艺。
2.用交叉,看分流:有些化工生产选用多组原料,解题关键在于找准中间产品和相互交叉的流水生产线,在分析过程中,抓住中间产品的关联作用,逐一破解。
3.明目的,读流程:化工工艺流程综合题目一般是关于物质的制备,首先明确目的是制取什么物质,从题干或问题中获取有用信息,了解产品的性质,并结合基本概念和反应原理分析流程图中涉及的元素及其化合物,根据质量守恒定律分析未知物质,寻找解题的突破口。“→”前是投料(反应物),“→”后是生成物。
4.看控制,找分离:物质制备工艺都涉及物质的分离提纯,注意制备过程中所需的原料和条件的控制以及物质分离方法的选择(如过滤、萃取分液、蒸馏等),尽可能写出主要反应的化学方程式或制备原理。若出现工艺评价内容,从成本、环保、生产实际等多角度考虑分析即可。
变式训练1“空气吹出法”海水提溴的工艺流程如下:
下列说法中,不正确的是(　　)
A.实验室保存溴通常加少量水
B.海水提溴与海水提镁发生的所有反应均为氧化还原反应
C.经过吸收塔后,溴元素得到了富集
D.蒸馏塔中还发生了化学变化
答案 B
解析 溴易挥发,加水液封可以减少挥发损失,故A正确;海水提镁的过程中,发生了镁盐与碱反应生成氢氧化镁的复分解反应,为非氧化还原反应,故B错误;经过吸收塔后,溶液中的Br-浓度远大于进入吹出塔之前的海水中的Br-浓度,因此溴元素得到了富集,故C正确;蒸馏塔中发生的反应为2Br-+Cl2 === 2Cl-+Br2,故D正确。
任务二
海带提碘、海水提镁
【问题探究】
1.海带中的碘元素以何种形式存在 如何将海带中的碘元素转化成单质碘
提示 海带中的碘元素以I-形式存在,可加入氧化剂把I-氧化成I2。
2.提供试剂:AgNO3溶液和稀硝酸。请设计实验检验海带浸取液中含有的I-。
提示 取少量海带浸取液置于试管中,先滴加AgNO3溶液,后滴加稀硝酸,产生黄色沉淀,证明海带浸取液中含有I-。
3.海水提镁的过程中涉及哪些基本反应类型
提示 分解反应、化合反应、复分解反应。
【深化拓展】
1.海带中碘元素的检验
(1)实验步骤
(2)主要反应:2H++2I-+H2O2 === I2+2H2O。
2.海带中提碘
(1)主要流程:海带→灼烧→浸泡→过滤→氧化→提纯→碘单质。
(2)主要反应:Cl2+2KI === 2KCl+I2。
特别提醒(1)海水中碘的浓度很低,一般从海带或一些海藻植物中提取碘。
(2)由于I2易升华,从I2的有机溶剂溶液中提取I2时应采用水浴加热,可避免高温下I2的升华。
3.海水提镁
(1)主要反应原理
(2)工艺流程
【素能应用】
典例2海带是海洋中的一种褐藻,海带中含有丰富的碘,是人类经常食用的一种补碘食物。某资料中有“海带中碘的检验”的选做实验,操作步骤如下:
①取3 g左右干海带,除去表面杂质,剪碎,用酒精润湿,放在坩埚中灼烧成灰,冷却;
②将海带灰转移到小烧杯中加蒸馏水,搅拌,煮沸2~3 min,使可溶物质溶解,过滤;
③向滤液中滴入几滴硫酸,再加入约1 mL过氧化氢溶液,观察现象;
④取少量上述所得溶液,滴加几滴淀粉溶液,观察现象;
⑤向③剩余的滤液中加入1 mL四氯化碳,振荡静置,观察现象;
⑥向加有四氯化碳的溶液中加入氢氧化钠溶液,充分振荡后,将混合液的下层液体放出至指定的容器中。
请回答下列问题:
(1)海带中的碘元素以　　　　　　　　(填“碘离子”“碘单质”或“碘酸盐”)的形式存在,步骤①中除去海带表面的杂质一般用刷子刷净,不用水清洗,原因是　 　。
(2)可说明海带中含有碘的现象有 　。
(3)操作⑤叫做　　　　　　 　　,操作⑥的目的是　 。
答案 (1)碘离子　防止碘元素的损失
(2)步骤④中加入淀粉溶液后变蓝,步骤⑤中下层液体呈紫红色　(3)萃取　回收四氯化碳
解析 (1)海带中碘元素以碘离子的形式存在,且易溶于水,为防止碘元素的损失,除去海带表面的杂质一般用刷子刷净,不用水清洗。
(2)实验步骤④中加入淀粉溶液后变蓝,步骤⑤中下层液体呈紫红色,可以说明海带中含有碘。
(3)操作⑤是用四氯化碳萃取碘水中的碘。
(4)操作⑥是为了回收四氯化碳。
规律方法本题考查有关从海带中提取碘单质的实验原理、仪器,以及萃取的实验操作等。将非金属阴离子置换为单质要用到氧化剂,常见的氧化剂有过氧化氢、新制氯水、酸性高锰酸钾溶液等。
变式训练2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.用装置丁吸收氧化浸泡液中I-后的Cl2尾气
答案 B
解析 灼烧碎海带应用坩埚,A项错误;海带灰的浸泡液用过滤法分离获得含I-的溶液,B项正确;MnO2与浓盐酸反应制Cl2需要加热,反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓) MnCl2+Cl2↑+2H2O,C项错误;Cl2在饱和NaCl溶液中溶解度很小,不能用饱和NaCl溶液吸收尾气Cl2,尾气Cl2应用NaOH溶液吸收,D项错误。
典例3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　　　　　　　　。
(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　　　　　,其反应的离子方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(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)工业上常用电解熔融MgCl2的方法制取Mg,反应的化学方程式为MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑。
【变式设问】
上述流程中,试剂①能否选用Na2CO3溶液 为什么
提示 不能;MgCO3微溶于水,Mg(OH)2难溶于水,且石灰乳的成本远低于Na2CO3溶液。
变式训练3海水中含有氯化镁,是镁的重要来源之一。从海水中提取镁,可按照如下步骤进行:
①把贝壳制成石灰乳;②在引入的海水中加入石灰乳,沉降、过滤、洗涤沉淀物;③将沉淀物与盐酸反应,结晶、过滤、干燥产物;④将所得的产物熔融后电解。关于提取镁,下列说法不正确的是(　　)
A.此法的优点之一是原料来源丰富
B.进行①②③步操作的目的是从海水中提取氯化镁
C.第④步电解时会产生氯气
D.以上提取镁的过程中涉及的反应有分解反应、置换反应和复分解反应
答案 D
解析 海水和贝壳都易于得到,而且十分丰富,所以此法的优点之一是原料来源丰富,故A项正确;海水中含有氯化镁,但浓度低且含有其他杂质,不能直接蒸发结晶,故B项正确;贝壳的主要成分是碳酸钙,碳酸钙高温煅烧生成氧化钙和二氧化碳,发生的是分解反应;电解熔融氯化镁时产生氯气和镁,属于分解反应;生石灰和水的反应是化合反应,氢氧化钙与氯化镁的反应、氢氧化镁与盐酸的反应都属于复分解反应,所以提取镁的过程中没有涉及置换反应,C项正确,D项错误。
随堂检测
1.(2021北京东城区高一期末)海洋是一个巨大的化学资源宝库。下列物质中不需要发生化学变化就能够从海水中获得的是(　　)
A.液溴 B.纯碱 C.淡水 D.金属镁
答案 C
2.(2021天津新华中学高一期末)有关海水资源的开发利用中各工业的某项操作叙述错误的是(　　)
选项 工业体系 操作
A 镁工业:制备单质镁 用提纯得到的MgO加热熔融、电解得单质镁
B 溴工业:制备单质溴 用SO2作吸收剂将Br2转化为HBr达到富集的目的
C 淡水工业:制备蒸馏水 用太阳能将海水蒸发再液化得到初步的淡水
D 氯碱工业:制备氢气、烧碱和含氯产品 用电解得到的Cl2和石灰乳混合加工得到漂白粉
答案 A
解析 镁是活泼金属,在工业上采用电解熔融氯化镁的方法冶炼镁,A错误;工业上制备单质溴,是用氯气将海水中的溴离子转化为单质溴,再用SO2作吸收剂将Br2转化为HBr达到富集的目的,最后再用氯气氧化Br-生成Br2,B正确;工业上制备蒸馏水,可以用太阳能将海水蒸发再液化得到初步的淡水,便于节约能源,C正确;氯碱工业可以制备氢气、烧碱和氯气,用电解得到的Cl2和石灰乳反应得到以次氯酸钙为有效成分的漂白粉,D正确。
3.从海水中提取溴的主要反应为2Br-+Cl2 === Br2+2Cl-,下列说法正确的是(　　)
A.溴离子具有氧化性
B.氯气是还原剂
C.该反应属于复分解反应
D.氯气的氧化性比溴单质的强
答案 D
解析 溴离子中的Br元素显-1价,处于最低价态,没有氧化性;Cl2中Cl元素化合价由0价降低到-1价,作氧化剂;从基本反应类型来看,该反应属于置换反应;氯气为氧化剂,Br2为氧化产物,因此,氯气的氧化性比溴单质的强。

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