【优化方案】2016版高中化学-第四章-第一节-(第2课时)海水资源的开发利用海水资源的开发利用学案

第2课时海水资源的开发利用学习目标1了解海水资源及其利用。2.了解海水淡化的方法，掌握海水的蒸馏。3.掌握海水化学资源的开发和利用，即海水制盐，海水提镁、提溴、提碘。4.了解海水综合利用的重要方向。知识点海水资源的开发利用学生用书P79自主探究自主学习探究归纳阅读教材P90P92，思考并填空一、海水水资源的利用1类型海水水资源的利用主要包括海水的淡化和海水的循环冷却。2海水的淡化(1)主要方法：蒸馏法、电渗析法和离子交换法等。(2)海水的蒸馏主要仪器：A：圆底烧瓶；B：冷凝器；C：锥形瓶。冷凝水的流向：a口进，b口出。A中加入碎瓷片的目的是防止液体暴沸。二、海水化学资源的开发利用1海水中的元素(1)常量元素(99%)：除H、O两种元素外，含有Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr等11种元素。(2)微量元素(1%)：常量元素之外的元素，总计含有80多种。(3)特点：种类很多，总储量很大，但许多元素的富集程度很低。2海水化学资源的开发利用(1)从海水中制得的NaCl除食用外，还用作工业原料，如生产金属钠、烧碱、纯碱以及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工产品。(2)从海水中制取钾、镁、溴及其化工产品，是在传统海水制盐工业上的发展。自我测评(做一做)1判断正误：(1)用蒸馏法进行海水淡化是物理变化。()分析：蒸馏是利用物质沸点不同进行分离的方法，没有发生化学变化。(2)甲状腺肿大的病人应适量多食海带。()分析：碘元素缺乏导致甲状腺肿大，海带中含有丰富的碘元素，因此适当多食用海带能帮助甲状腺肿大的病人康复。(3)海水中含有溴元素，不需要经过化学反应即能得到溴单质。()分析：海水中溴元素是以溴离子的形式存在，需要发生氧化反应才能生成溴单质。2思考：海带中含有碘，海带能使淀粉溶液变蓝吗？提示：不能，单质碘能使淀粉溶液变蓝，而海带中含有的碘元素是碘离子。认知总结1.海带中碘的提取和碘元素的检验(1)海带中提碘流程海带灼烧浸泡氧化过滤提纯碘单质。主要化学反应2IH2O22H=I22H2O或Cl22I=I22Cl。主要物理原理单质碘用苯或四氯化碳萃取，分液后用蒸馏的方法将碘和有机溶剂分开。(2)海带中碘元素的检验反应原理2H2IH2O2=I22H2O。实验步骤及证明方法特别提醒a海水中碘的浓度很低，碘一般从海带或海藻等植物中提取。b使I变成单质碘，可供选择的常见氧化剂有Cl2和H2O2。2海水中提取溴(1)主要流程粗溴水(2)四个过程(3)两个原理特别提醒从含Br的海水和含HBr的吸收液中得到Br2，都是用氧化剂把Br氧化为Br2。不能利用最初得到的含Br2的海水直接蒸馏获取液态溴，因为此时溶液中Br2的浓度较低，若直接蒸馏，处理量大，成本高。3海水中提取镁(1)工艺流程(2)主要反应原理CaCO3CaOCO2CaOH2O=Ca(OH)2Ca(OH)2MgCl2=Mg(OH)2CaCl2Mg(OH)22HCl=MgCl22H2OMgCl2(熔融)MgCl2讲练互动典例剖析题组训练典例剖析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：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；将海带灰转移到小烧杯中加蒸馏水，搅拌，煮沸23 min，使可溶物质溶解，过滤；向滤液中滴入几滴硫酸，再加入约1 mL H2O2溶液，观察现象；取少量上述所得溶液，滴加几滴淀粉溶液，观察现象；向剩余的滤液中加入1 mL CCl4，振荡静置，观察现象；向加有CCl4的溶液中加入NaOH溶液，充分振荡后，将混合液的下层液体放入指定的容器中。请回答下列问题：(1)海带中碘元素是_(填“碘离子”、“碘单质”或“碘酸盐”)，步骤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)操作叫做_。操作的目的是_。解析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；实验中步骤中加入淀粉溶液后变蓝；步骤中下层液体呈紫红色可以说明海带中含有碘。操作是萃取碘水中的碘，操作是为了回收CCl4。答案(1)碘离子防止碘元素的损失(2)步骤中加入淀粉溶液后变蓝；步骤中下层液体呈紫红色(3)萃取回收CCl4规律方法碘元素的检验方法(1)淀粉溶液遇单质碘变蓝，若是碘离子，通常先加入氯水氧化，再加入淀粉溶液。(2)碘水呈深黄色，通常加入有机溶剂四氯化碳或苯后有机层呈紫红色。(3)加入硝酸酸化的硝酸银溶液后产生淡黄色沉淀，则原溶液中含碘离子。空气吹出法工艺是目前“海水提溴”的最主要方法之一。其工艺流程如下：(1)溴在周期表中位于第_周期，第_族。(2)步骤中反应的离子方程式是_。(3)步骤利用了SO2的还原性，反应的离子方程式为_。(4)步骤的蒸馏过程中，温度应控制在8090 。温度过高或过低都不利于生产，若温度过高，大量水蒸气随之排出，溴蒸气中水分增加；若温度过低，则_。(5)步骤中溴蒸气冷凝后得到液溴与溴水的混合物，可利用它们的相对密度相差很大的特点进行分离。分离仪器的名称是_。解析(1)因溴在氯的下一周期，与氯在同一主族，所以溴在周期表中位于第四周期A族；(2)步骤中氯气将溴离子氧化，发生反应的离子方程式是2BrCl2=Br22Cl；(3)SO2和溴、水蒸气反应生成硫酸和氢溴酸，化学反应方程式是Br2SO22H2O=2HBrH2SO4，离子方程式是Br2SO22H2O=4H2BrSO；(4)在溴水中，溴的沸点是58.5 ，水的是100 ，温度过高，大量水蒸气随之蒸出，溴蒸气中水分增加；温度过低，溴不能完全蒸出，产率低；(5)因液溴与溴水不相溶，用分液漏斗分离。答案(1)四A(2)2BrCl2=Br22Cl(3)Br2SO22H2O=4H2BrSO(4)溴不能完全蒸出，产率低(5)分液漏斗规律方法(1)氧化性：Cl2Br2，则氯气能把溴离子氧化；(2)SO2具有较强的还原性，能把溴单质还原；(3)分离互不相溶的两种液体利用分液的方法。题组训练题组一海水中提取卤素1除去海水提溴得到的液溴中溶有的少量氯气，应该采用的方法是()A加入适量的KI溶液B通入溴蒸气C加氢氧化钠溶液D加入适量的溴化钠溶液解析：选D。A项，Cl2和Br2均与KI反应且引入了I2杂质；B项，溴蒸气无法除去氯气；C项，氯气和液溴均能与氢氧化钠反应；D项，发生反应：Cl2 2NaBr=2NaClBr2，既除去了氯气，又不会引入新的杂质。题组二海水资源综合利用2(2015福建宁德高一检测)海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源等，海水的综合利用如下图所示。下列有关说法正确的是()A大量的氮、磷废水排入海洋，易引发赤潮B工段中加入盐酸溶解得到MgCl2溶液，再直接蒸发得到MgCl26H2OC在工段中溴元素均被氧化D工段中除去粗盐中的SO、Ca2、Mg2、Fe3等杂质，加入的药品顺序为Na2CO3溶液NaOH溶液BaCl2溶液过滤后加盐酸解析：选A。废水中含有大量的氮、磷等元素，排入海洋，能引起赤潮，A项正确； MgCl2溶液直接蒸发得不到MgCl26H2O，得到的是Mg(OH)2，B选项错误；工段中反应为Br2SO22H2O=H2SO42HBr，溴元素被还原，C选项错误；粗盐提纯的过程中要注意两点，一是Na2CO3溶液在BaCl2溶液后加入，二是盐酸最后加入，D选项错误。易错易混小结1海水制盐得到的是粗盐，含有Ca2、Mg2、SO等杂质，需精制后才能用于氯碱工业。2海水中的溴元素、海带中的碘元素均是以离子的形式存在而不是以单质的形式存在，需要加入氧化剂才能将其转化为单质。3海水中元素的储量很大，但浓度很小。因此，首先需要将海水中的元素富集，然后再进行加工处理。4海水中含有溴元素，故需要经过化学变化才可以得到溴单质。5从海水中提取溴的流程中，有两次用到Cl2置换出Br2的反应，设计这两次反应的目的是富集海水中的溴。知能演练轻松闯关学生用书独立成册基础温故1下列哪种方法不能实现海水的淡化()A蒸馏法B电渗析法C离子交换法 D电解法解析：选D。蒸馏法、电渗析法和离子交换法都能除去海水中的盐分，使海水淡化，电解法不能除去海水中的盐分，或转化为其他物质，不能使海水淡化。2下列海洋资源中，属于可再生资源的是()A海洋潮汐能 B海底多金属结核矿C海滨砂矿 D海水化学资源解析：选A。海洋潮汐能是可再生资源，多金属结核矿、砂矿、海水化学资源属于不可再生资源。3下列各组物质，不需要经过化学变化就能够从海水中获得的是()A氯、溴、碘 B钠、镁、铝C烧碱、氢气 D食盐、淡水解析：选D。海水经过蒸发即可得到食盐和淡水。A、B选项中，海水中存在Cl、Br、I、Na、Mg2、Al3，要获得它们的单质必须失去或得到电子才能实现。C选项中，需要电解饱和食盐水获取。4海水资源的利用具有非常广阔的前景。下列关于海水资源利用的说法中不正确的是()A电解法分解海水，制取洁净的热能资源氢气B采用太阳光照射法晒制工业用食盐C针对能量现状，大力开发潮汐能和波浪能D铀是海水中的微量元素，但核工业的铀主要从海水中提取解析：选A。电解法分解海水制取氢气，消耗大量的电能，经济效益差，发展前景不乐观。5中国食盐产量居世界首位。下列实验室中的操作类似“海水晒盐”原理的是()A蒸馏 B蒸发C过滤 D搅拌解析：选B。实验室中的“蒸发”操作是利用水受热易挥发，其中的溶质因溶剂减少而析出的过程，这与海水晒盐的原理是相似的。6某同学设计实验从海带中提取碘：滴加稀硫酸和双氧水；在海带中加入少量酒精，点燃使其燃烧为灰烬，在灰烬中加水搅拌；加四氯化碳并振荡；过滤；分液。该实验的合理操作顺序是()A BC D解析：选C。设计原理是使海带中的I变成碘单质，再用萃取分液的方法分离。反应原理：2H2IH2O2=I22H2O。7已知MgO、MgCl2的熔点分别为2 800 、604 ，将MgO、MgCl2加热熔融后通电电解，都可得到金属镁。海水中含有MgCl2，工业上从海水中提取镁，正确的方法是()A海水Mg(OH)2MgB海水MgCl2溶液MgCl2(熔融)MgC海水Mg(OH)2MgOMgD海水Mg(OH)2MgCl2溶液MgCl2(熔融)Mg解析：选D。工业生产除理论上可行外，还要考虑设备、原料、成本等问题。从理论上看A方法使用NaOH成本高，且Mg(OH)2是一种不溶性碱，加热熔融时会发生分解，因此不可行；B方法中得不到MgCl2；C方法中电解MgO时，由于MgO的熔点很高，耗能大，所以经济效益差。8从海水中提取的溴占世界溴年产量的左右。已知溴水呈橙色，将SO2气体通入溴水时，可以使溴水褪色。则下列有关叙述中正确的是()ASO2使溴水褪色，显示了SO2的漂白性BSO2使溴水褪色，显示了SO2的还原性C从溴水中提取单质溴，可以用乙醇进行萃取DSO2是形成酸雨的唯一原因解析：选B。因为SO2具有较强的还原性，而溴单质具有较强的氧化性，将SO2气体通入溴水时，发生反应：SO2Br22H2O=H2SO42HBr而使溴水褪色。由于乙醇和水互溶，故不能从溴水中提取溴。酸雨有硫酸型酸雨(主要由SO2导致)和硝酸型酸雨(主要由NO和NO2导致)两种。9海藻中含有丰富的碘元素(以I形式存在)。实验中提取碘的流程如下：(1)实验操作的名称是_，所用主要仪器名称为_。(2)提取碘的过程中，可供选择的有机试剂是_(填序号)。A酒精(沸点78 ) B四氯化碳(沸点77 )C甘油(沸点290 ) D苯(沸点80 )(3)在操作中，溶液中生成少量ICl(ICl的性质类似于氯气)，为消除此杂质，使碘全部游离出来，应加入适量_(填序号)溶液，反应的离子方程式为_。AKIO3 BHClOCKI DBr2(4)利用碘的有机溶液得到单质I2的方法是_。解析：从碘水中提取碘单质应加入有机萃取剂如苯、四氯化碳(酒精和甘油均溶于水，不能作萃取剂)，然后在分液漏斗中分液即得到碘的有机溶液，从碘的有机溶液中提取碘并回收溶剂要采用水浴加热蒸馏的方法。其中在操作中，为使少量的ICl中的碘全部游离出来，应加入还原剂，故只有C项符合，发生的化学反应为IClKI=I2KCl。答案：(1)萃取分液分液漏斗(2)BD(3)CIClI=I2Cl(4)蒸馏法10镁及其合金是一种用途很广泛的金属材料，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)加入试剂后，能够分离得到Mg(OH)2沉淀的方法是_。(3)试剂选用_，写出反应的离子方程式：_。(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_。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)22H=Mg22H2O。(4)工业上电解熔融MgCl2来制取Mg，反应的化学方程式为MgCl2(熔融)MgCl2。答案：(1)石灰乳过量(2)过滤(3)盐酸Mg(OH)22H=Mg22H2O(4)MgCl2(熔融)MgCl2能力提升11海水淡化可采用膜分离技术，如下图所示，对淡化膜右侧的海水加压，水分子可以透过淡化膜进入左侧淡水池，而海水中的各种离子不能通过淡化膜。下列对加压后右侧海水成分变化的分析正确的是()A溶质质量增加B溶液质量不变C溶剂质量减少D溶质质量分数不变解析：选C。加压后，右侧海水中的水分子透过淡化膜进入左侧水池，故右侧海水中溶质的质量不变，溶剂的质量减少，溶质的质量分数增加。12(2015浙江宁波高一检测)海水提碘时，不小心将碘与食盐混合，欲将二者分离开，最好的方法是()A溶解、过滤B溶解、过滤、蒸发C溶解、加AgNO3溶液、过滤D加热使碘升华解析：选D。氯化钠很稳定，熔、沸点较高，单质碘易升华，故可用升华法。13海水中含有的氯化镁是镁的重要资源之一，从海水中提取镁，可按如下步骤进行：把贝壳制成石灰乳；在引入的海水中加入石灰乳，沉降，过滤，洗涤沉淀物；将沉淀物与盐酸反应、结晶、过滤、干燥产物；将产物熔融后电解。关于提取镁，下列说法中不正确的是()A此方法的优点之一是原料的来源丰富B进行步骤的目的是从海水中提取MgCl2C第步通电时会产生氯气D涉及的反应有化合反应、复分解反应和置换反应解析：选D。海水提镁的反应有：CaCO3CaOCO2，CaOH2O=Ca(OH)2，MgCl2Ca(OH)2=CaCl2Mg(OH)2，Mg(OH)22HCl=MgCl22H2O，MgCl2(熔融)MgCl2。上述反应中无置换反应。14检验海带中碘元素的实验中，发生如下反应：2H2IH2O2=I22H2O，下列对该反应的叙述中不正确的是()AI2为氧化产物BH2O2既作氧化剂又作还原剂C氧化性强弱顺序为H2O2I2D生成1 mol I2时转移2 mol电子解析：选B。该反应中I2为氧化产物，H2O2作氧化剂；根据氧化性由强到弱的顺序为氧化剂氧化产物，所以氧化性H2O2I2；反应中每生成1 mol I2，转移2 mol电子。15地球上海水中溴的储藏量丰富，约占地球溴总储藏量的99%，故溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65 mg/L。其工业提取方法有：(1)空气吹出纯碱吸收法。方法是将氯气通入富含溴离子的海水中，把溴置换出来，再用空气将溴吹出，用纯碱溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到溴单质。该方法涉及的反应有_(写出离子方程式)；3Br23CO=BrO5Br3CO2；BrO5Br6H=3Br23H2O。其中反应中氧化剂是_，还原剂是_。(2)空气吹出SO2吸收法。该方法基本同(1)，只是将溴吹出后是用SO2来吸收的，使溴转化为氢溴酸，然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质溴。写出溴与二氧化硫反应的化学方程式：_。(3)溶剂萃取法。该法是利用单质溴在水中和有机溶剂中溶解度不同的原理来进行的。实验室中萃取用到的实验仪器名称是_。下列可以用于海水中溴的萃取的溶剂是_(填序号)。乙醇四氯化碳硝酸解析：工业上提取溴的原理：将氯气通入富含溴离子的海水中，把溴置换出来，然后被某些溶液吸收，再提纯即可得到。溴与二氧化硫反应的化学方程式：Br2SO22H2O=2HBrH2SO4。方法(3)是利用物理方