第1章微项目海带提碘与海水提溴体验元素性质递变规律的实际应用讲义2023-2024学年高一下学期化学

微项目海带提碘与海水提溴——体验元素性质递变规律的实际应用学习目标1．通过海带提碘活动和海水提溴工艺流程的设计，建立真实复杂系统中物质富集、分离、提取的基本思路。2．通过海带提碘活动和海水提溴工艺流程的设计，体会元素周期律、元素周期表在分析、解决实际问题中的价值。项目活动1海带提碘【思考】1．如何证明海带灰溶液中含有I？为了将I转化成I2，可用选用哪些化学试剂？选择的依据是什么？2．设计实验方案，并用流程图表示从海带灰中提取碘单质得到含碘单质溶液的实验流程。实验步骤实验现象实验结论【知识基础】1、Br2、I2的物理性质2、卤族元素化学性质的递变规律(F→I)3、萃取与分液(1)萃取剂的选择萃取剂必须具备的三个条件：①萃取剂和原溶剂互不相溶、不反应；②萃取剂和溶质不发生反应；③溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度。(2)分液操作的注意问题①分液漏斗使用前要检验是否漏水。②倒转分液漏斗时，应关闭活塞，盖上玻璃塞，防止液体流出，并且要不时旋开活塞放气，以防止分液漏斗内压强过大引起危险。③分液时要将分液漏斗颈上的玻璃塞打开，或使塞上的凹槽(或小孔)对准漏斗上的小孔，保证漏斗内与外界大气相通，同时漏斗下端要紧贴烧杯内壁，从而使液体顺利流下。④下层液体要从下口放出，上层液体要从上口倒出。结合以上知识小组讨论解决问题1、21、根据元素周期表中元素性质的递变规律可知，同主族元素从上到下，非金属性逐渐减弱，则相应单质的氧化性逐渐减弱，所以氯水、溴水均可用作提取碘单质的氧化剂。反应的离子方程式为Cl2+2I2Cl+I2、Br2+2I2Br+I2。取反应后的溶液，向其中滴加淀粉溶液，如果溶液显蓝色，说明生成碘单质。2、实验室里，从海带灰中提取碘单质包括浸取、过滤、氧化、萃取四个步骤。其中，将I氧化为I2是提取的关键步骤。实验步骤实验现象解释1.将海带冲洗干净，用剪刀将海带剪成块状，用酒精润湿(便于灼烧)后，放在坩埚中。灼烧灰化海带变成黑色粉末或小颗粒，后期产生大量白烟将海带中的碘离子转化为可溶于水的无机碘化物2.将海带灰转移到小烧杯中，再向烧杯中加入10mL蒸馏水，搅拌，煮沸2～3min,过滤可溶物溶解使灰分中的碘元素以碘离子的形式进入溶液3.氧化1mL新制氯水，或者加适量的过氧化氢溶液溶液变成棕黄色2I－＋Cl2=2Cl－＋I22I－＋H2O2＋2H＋=I2＋2H2O4.检验：取少量上述滤液，加几滴淀粉溶液溶液变蓝色淀粉遇碘显蓝色5.萃取、分液，加入四氯化碳溶液分两层，上层近无色，下层紫红色；下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出。碘单质在四氯化碳中溶解度大，得紫红色溶液【思考题】（1）灼烧海带时用到哪些仪器？（2）第②步获取含I－溶液的操作名称是什么？（3）第③步发生的反应是什么？（4）第④步实验操作的名称是什么？如何从I2的CCl4溶液进一步提取碘单质呢？I2的沸点184℃CCl4的沸点76.8℃答案（1）坩埚、坩埚钳、三脚架、泥三角、酒精灯、玻璃棒。（2）浸取、过滤（3）Cl2+2I===2Cl+I2、2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O（4）萃取、分液。①将碘的四氯化碳溶液进行蒸馏。②反萃取法：将富集在有机溶剂中的单质利用化学转化法重新富集在水中的方法。利用反萃取法从碘的四氯化碳溶液中提取碘。(1)涉及反应的离子方程式①碘单质与浓氢氧化钠溶液的反应：3I2＋6OH－=5I－＋IOeq\o\al(－,3)＋3H2O。②加入45%的H2SO4溶液时发生的反应：5I－＋IOeq\o\al(－,3)＋6H＋=3I2＋3H2O。(2)提取流程中的操作名称和主要仪器①：分液，分液漏斗、烧杯。②：过滤，漏斗、玻璃棒和烧杯。【探究总结】1、物质的分离与提纯（1）物质分离和提纯的基本原则①“不增”：不引入新的杂质②“不减”：不减少被提纯物质③“易分离”：被提纯物质与杂质易分离④“易复原”：被提纯物质易复原（2）物质分离和提纯的要求①“过量”：为除尽杂质，除杂试剂要过量②“后除前”：后加入的试剂要把前面过量的试剂除尽③达标判断：沉淀完全的判断方法是在上层清液中或取少量上层清液置于小试管中，滴加沉淀剂，如果不再产生沉淀，说明沉淀已经完全。（3）物质分离和提纯的基本方法①物理方法：过滤法、蒸发结晶法、蒸馏法、升华法、萃取分液法等②化学方法：沉淀法、洗气法、酸碱法、氧化还原法、电解法、离子交换法等2．物质分离提纯的基本思路【当堂练习】1．判断正误(1)萃取碘水中的碘单质，可以用酒精作萃取剂()(2)用CCl4萃取碘水中的碘，下层呈紫色()(3)分液漏斗使用前需洗涤并检漏()(4)从海带中提取碘时，将干海带放入蒸发皿中灼烧()(5)碘单质中混有NaCl或NH4Cl固体，均可用升华法提纯()2．关于萃取与分液，下列说法正确的是()A．可用四氯化碳萃取碘酒中的碘单质B．分液过程中放出下层液体时，应打开上方的玻璃塞，并使下端管口紧贴烧杯内壁C．分液时，下层液体全部流出后，换另一个烧杯，将上层液体继续放出D．分液漏斗在使用前只需检查旋塞处是否漏水即可3．实验室海带提碘的实验中不涉及的操作是()A．灼烧B．溶解C．过滤D．蒸发4．(2023·济南高一期中)海洋植物中富含一种人体必需的微量元素——碘。实验室模拟从海带中提取碘单质的流程图如下：(1)提碘的原料一般选择海带或海藻，是因为______________________________。(2)在实验室里把有机碘化物转化为碘离子往往需要灼烧操作，灼烧海带需要在_____中进行。(3)若从绿色化学角度考虑，①处选Cl2不好的原因是_________________________。(4)操作Ⅰ中，实验室可用如图仪器将I2富集到有机溶液X，该步操作的名称为________；如图中所选用的有机溶剂可以是________(填字母)。a．酒精b．醋酸c．四氯化碳d．苯(5)操作Ⅰ中具体实验步骤：A．把盛有溶液的分液漏斗放在铁架台的铁圈中；B．检验分液漏斗旋塞和上口的瓶塞是否漏液；C．把20mL碘水与5mL四氯化碳加入分液漏斗中，并盖好玻璃塞；D．倒转漏斗振荡，并不时旋开活塞放气，最后关闭活塞，把分液漏斗放正；E．旋开活塞，用烧杯接收下层溶液；F．将分液漏斗上口的玻璃塞打开或使塞上的凹槽对准分液漏斗口上的小孔；G．从分液漏斗上口倒出上层溶液；H．静止、分层。实验步骤的正确顺序为_______→_______→_______→A→H→_______→_______→_______。(6)为寻找氯水的替代品，某同学设计了如下实验来证明H2O2能否代替氯水。实验操作：将H2O2作为氧化剂加入溶液A中，取少量反应后的溶液于试管中，________________，则证明H2O2能代替氯水。请写出此反应的离子方程式：_____________________________________。【答案】1．答案(1)×(2)√(3)√(4)×(5)×2．答案B解析碘、酒精与四氯化碳混溶，液体不分层，所以不能用四氯化碳萃取碘酒中的碘单质，故A项错误；分液过程中放出下层液体时，应打开上方的玻璃塞，以使分液漏斗内外压强相等，使液体顺利流出，且使下端管口紧贴烧杯内壁，防止液体飞溅，故B项正确；分液时，下层液体从下端放出，上层液体应从上口倒入另一个烧杯中，故C项错误；分液漏斗在使用前应检查玻璃塞和旋塞处是否漏水，故D项错误。3．答案D4．答案(1)海带或海藻中碘元素的含量高，且原料便宜(2)坩埚(3)氯气有毒，易造成空气污染(4)萃取、分液c(5)BCDFEG(6)滴加淀粉溶液，溶液变蓝(或者加入CCl4振荡，若下层呈紫色)H2O2＋2I－＋2H＋=I2＋2H2O解析干海带经过灼烧后浸泡、过滤获得含有碘离子的溶液A，加稀硫酸酸化后通入氯气将碘离子氧化成碘单质，向溶液B中加入有机溶剂萃取水中的碘单质后分液获得有机溶液X，再蒸馏获得碘单质。(4)酒精和水互溶，不能做萃取剂，a错误；醋酸和水互溶，不能做萃取剂，b错误；四氯化碳与水互不相溶且不反应，密度比水大，有机层在下层，c正确；苯与水互不相溶且不反应，但密度比水小，有机层在上层，d错误。项目活动2海水提溴地球上99%的溴元素以Br﹣的形式存在于海水中，所以人们也把溴称为“海洋元素”。目前，从海水中提取的溴占世界溴年产量的1/3左右。苦卤（海水晒盐后得到的母液）是海水制盐业的副产物，其中含有高浓度的K+、Mg2+、Br﹣和SO42等，是从海水中提取溴的主要原料。请用流程图表示你设计的从苦卤中提取溴单质的实验方案。【知识补充】常温、常压下是有挥发性的深红棕色液体，有刺激性气味；可溶于水，易溶于乙醇、CCl4等。常见氧化剂价格（万元/吨）氧化剂Cl2KMnO4价格20.1543.40Br2的沸点58.76℃CCl4的沸点76.8℃【方案设计】从海水中提取溴，一般要经历浓缩、氧化和提取三个步骤。在海水提溴的化工生产中，常选用氯气作为氧化剂，反应原理为2Br＋Cl2===2Cl＋Br2。（空气吹出法是目前用于从天然海水中提取溴的最成熟的工业方法）【具体提取流程】【图示】[问题探究]1．为什么选晒盐后的苦卤而不是海水作为提取溴单质的原料？向苦卤中通入Cl2继而通入热空气可得粗溴，在此过程中体现了溴的哪些性质？3．实验室常用MnO2＋2NaBr＋3H2SO4eq\o(=,\s\up10(△))2NaHSO4＋MnSO4＋2H2O＋Br2↑来制备Br2。请比较实验室提取溴与工业提取溴有何异同？4．工业上常利用电解饱和食盐水的方法提取氯气，本项目中利用氧化剂来提取碘单质和溴单质。请结合元素周期律知识解释采用不同方法提取氯、溴、碘单质的原因。【答案】1．提示：苦卤中Br－的浓度比海水大得多。2．提示：(1)溴的氧化性不如氯气强，可用置换法制备溴单质；(2)溴易挥发，因此可用热空气从溶液中分离出来。3．提示：实验室制备溴和工业制备溴的相同点：都是Br－被氧化得Br2；不同点：工业提取溴需经过复杂的富集、分离、提纯等生产工艺流程。4．提示由元素周期律可知，非金属性：Cl＞Br＞I，则卤素单质的氧化性：Cl2＞Br2＞I2，卤素离子的还原性：Cl－＜Br－＜I－。因此提取碘单质可选用Cl2和Br2做氧化剂，提取溴单质可选用Cl2做氧化剂，而氯离子还原性很弱，很难被氧化，常用电解法制取氯气。【归纳总结】Cl2、Br2、I2性质的比较(1)物理性质氯气溴单质碘单质颜色黄绿色深红棕色紫黑色状态气体液体固体溶液颜色水中浅黄绿色橙色棕色酒精中—橙红色紫色四氯化碳中—橙红色紫红色特性易液化易挥发易升华(2)Cl2、Br2、I2氧化性的比较卤素单质的氧化性强弱顺序为Cl2>Br2>I2。阴离子的还原性强弱顺序为Cl<Br<I。(3)Cl、Br、I的检验①滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，Cl产生白色AgCl沉淀，Br产生浅黄色AgBr沉淀，I产生黄色AgI沉淀。②先滴入氯水再加CCl4，振荡后静置，下层为橙红色的是Br，下层为紫红色的是I。（4）卤素单质的提取反应原理比较海带提碘①流程：海带→灼烧→浸泡→过滤→氧化→提纯→碘单质；②主要反应：2KI＋Cl2=2KCl＋I2海水提溴①方法：在经酸化的浓缩海水中，用氯气氧化溴离子使之成为溴单质；②主要反应：2NaBr＋Cl2=2NaCl＋Br2制取氯气①常利用电解饱和食盐水制取氯气；②2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通电))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑【巩固诊断】1．判断正误(1)海水中Br－浓度特别小，为提高提取效率，应先将海水浓缩，或使用海水晒盐后的苦卤()(2)海水提溴时，氧化剂的选择应综合考虑物质氧化性强弱及生产成本()(3)实验室可用CCl4从溴水中提取溴单质()2．(2023·日照高一期中)海水提溴的流程如图所示。下列说法错误的是()A．步骤②利用了溴的挥发性B．步骤④可以用双氧水代替Cl2C．步骤⑤用到的玻璃仪器只有漏斗和烧杯D．使用该法处理1m3海水最终得到18gBr2，若提取率为30%，则原海水中Br－的浓度为60mg·L－13．(2022·沈阳高一月考)中国有广阔的海岸线，建设发展海洋经济、海水的综合利用大有可为。空气吹出法工艺，是目前“海水提溴”的最主要方法之一，其工艺流程如图所示，试回答下列问题：(1)海水日晒得到的盐因为含有较多杂质，称为粗盐。为了得到精制盐，可以用________的办法除去其中的泥沙等不溶物。(2)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________________________________________________________________________。(3)步骤Ⅱ中涉及的离子方程式如下，请在下面横线上填入适当的化学计量数：____Br2＋____COeq\o\al(2－,3)=____BrOeq\o\al(－,3)＋____Br－＋____CO2↑。(4)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离子方程式：______________________________________。(5)步骤Ⅲ蒸馏过程中，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：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。【答案】1．判断正误答案(1)√(2)√(3)√2．答案C解析因溴易挥发，可用热空气吹出，所以步骤②利用了溴的挥发性，故A正确；因双氧水氧化性强于溴，且双氧水还原产物为水，所以可用双氧水代替Cl2，故B正确；步骤⑤为分离溴和水，先用苯或四氯化碳萃取分液得到溴的有机溶液，再进行蒸馏，用到的玻璃仪器有分液漏斗、烧杯、蒸馏烧瓶、冷凝管等，故C错误；使用该法处理1m3海水最终得到18gBr2，若提取率为30%，则1m3海水中含有Br－的质量为eq\f(18g,30%)＝60g，原海水中Br－的浓度为eq\f(60×1000mg,1000L)＝60mg·L－1，故D正确。3．答案(1)过滤(2)富集