高中化学 第4章 化学与自然资源的开发利用 第1节 开发利用金属矿物和海水资源 课时2 海水资源的开发利用学案 新人教版必修2-新人教版高一必修2化学学案

课时2海水资源的开发利用学习目标：1.了解海水淡化的方法，掌握海水蒸馏的原理。2.掌握海水化学资源的开发和利用，即海水制盐、海水提溴、海水提碘。3.树立资源环保意识及合理开发意识。[自主预习·探新知]1．海水水资源的利用(1)海水水资源的利用类型海水水资源的利用主要包括：海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却等。(2)海水淡化的主要方法：蒸馏法、电渗析法、离子交换法。(3)海水的蒸馏原理①主要仪器：A：圆底烧瓶；B：冷凝管；C：锥形瓶。②冷凝水的流向：a口进，b口出。③A中加入碎瓷片的目的是防止海水暴沸。④原理将海水加热，海水中的水分受热变成气态(其余成分因沸点较高，不易汽化，留在烧瓶中)，经过冷凝管后又冷凝成液态水。经过蒸馏冷凝得到的液态水即为淡水。2．海水中的化学资源海水中H、O两种元素，加上Cl、Na、K、Ca、Mg、S、C、F、B、Br、Sr等11种元素的总量超过99%，其他为微量元素，共计含有80多种元素。3．海水制盐海水eq\o(→,\s\up8(日晒),\s\do8(结晶))粗盐eq\o(→,\s\up8(提纯))粗盐eq\o(→,\s\up8(制备),\s\do8(电解))烧碱→纯碱。4．海水中提取碘与溴海水提碘①流程：海带灼烧→浸泡→过滤→氧化→萃取→提纯→碘单质②主要的化学原理：2I－＋H2O2＋2H＋=I2＋2H2O(写出离子方程式)海水提溴①方法：在预先经过酸化的浓缩海水中，用Cl2氧化溴离子使之成为溴单质②主要的化学原理：Cl2＋2NaBr=Br2＋2NaCl5.新能源的开发(1)从海水中提取铀和重水，铀和重水是核能开发的重要原料。(2)潮汐能、波浪能是待开发的新型能源。[基础自测]1．判断对错(对的打“√”，错的打“×”)。(1)海水中含有Br2和游离态的Na、Mg、Cu()(2)加入明矾可以淡化海水()(3)“海水晒盐”化学原理是蒸馏()(4)海水中碘可以用氧化剂氧化而得到I2()(5)海带中含有碘，能使淀粉变蓝()(6)用SO2溶液吸收溴蒸气，是利用了SO2具有漂白性()【答案】(1)×(2)×(3)√(4)√(5)×(6)×2．海水是巨大的资源宝库，从海水中提取食盐和溴的过程如下：【导学号：43722221】(1)请列举海水淡化的两种方法：________、________。(2)步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，其目的为________________________________________________________________________________________________________________________。(3)步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式为________________________________________________________________________________________________________________________。【解析】(1)海水淡化方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。(2)步骤Ⅰ中已获得Br2，步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br－，目的是低浓度的Br2溶液在提取时消耗过多的原料和能源，转化为HBr后易被氧化剂氯气氧化为溴单质，用于富集溴元素。(3)步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，Br2具有氧化性，SO2具有还原性，二者发生氧化还原反应，产生硫酸和HBr。根据原子守恒、电子守恒和电荷守恒，可得有关反应的离子方程式：SO2＋Br2＋2H2O=4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2Br－。【答案】(1)蒸馏法电渗析法离子交换法等(任意两种即可)(2)富集溴元素(3)SO2＋Br2＋2H2O=4H＋＋SOeq\o\al(2－,4)＋2Br－[合作探究·攻重难]海水水资源的开发利用(1)海水淡化三种方法的原理方法原理蒸馏法将海水加热至沸腾汽化，然后将蒸气冷凝而得到蒸馏水电渗析法在外加直流电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到除盐的目的离子交换法用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂除去海水中的阴、阳离子，得到去离子水(2)海水蒸馏实验的操作步骤及注意事项①操作步骤：连接装置→检查装置气密性→向烧瓶中加入海水和碎瓷片→接通冷却水→给烧瓶加热→收集蒸馏水→停止对烧瓶加热→待冷却至室温后停止通入冷却水→整理仪器。②注意事项a．烧瓶加热时，一定要垫石棉网，防止烧瓶炸裂。b．烧瓶中的海水量不能超过烧瓶容积的eq\f(2,3)。c．冷凝管内的冷却水要从下口入、上口出，这样冷却的效果最好。d．加入碎瓷片的目的是防止液体暴沸。e．实验前认真检查装置的气密性。f．当烧瓶中有少量液体时，停止加热。g．实验结束时，应先停止加热，后停止通入冷却水。[对点训练]1．下列是四位同学对于海水淡化供居民用水所提供的方法，其中原理上完全不可行的是()A[海水淡化的方法：蒸馏法、电渗析法、离子交换法。选项A，明矾的主要成分是KAl(SO4)2·12H2O，加明矾不能使海水中的盐沉淀出来，所以不能使海水淡化。]2．利用蒸馏法使海水淡化的实验中，下列说法不正确的是()A．海水淡化的主要目的是除去海水中的盐B．海水的蒸馏实验中，在海水中加碎瓷片的目的是防止海水暴沸C．实验结束时，先停止通冷却水再停止加热D．海水的体积不能超过烧瓶容积的eq\f(2,3)C[实验结束时，先停止加热，让馏分充分液化再停止通冷却水。]海水中化学资源的开发利用[问题思考](1)阅读下面文字，交流讨论后面的问题：空气吹出法是工业规模海水提溴的常用方法：在预先经过酸化的浓缩海水中通入氯气使溴离子成为单质溴，继而通入空气和水蒸气，将溴吹入吸收塔，使溴蒸气和吸收剂二氧化硫发生作用转化成氢溴酸，以达到富集的目的。然后，再用氯气将其氧化得到溴，最后蒸馏得到液溴。①通入空气和水蒸气，将溴吹入吸收塔，是利用了溴的什么性质？②除通过蒸馏提取液溴外，还有什么方法可提取液溴？【提示】①溴的沸点低，易挥发。②由于溴易溶于有机溶剂，还可用萃取的方法提取液溴。(2)下面流程图为海带中碘元素检验的实验步骤，据此思考回答问题。eq\x(海带)eq\o(→,\s\up8(灼烧))eq\x(海带灰)eq\o(→,\s\up8(水，加热),\s\do8(过滤))eq\x(溶液)eq\o(→,\s\up8(H2SO4),\s\do8(H2O2))eq\x(溶液)eq\o(→,\s\up8(淀粉))eq\x(溶液)①海带灼烧前，为什么不用水冲洗海带表面的附着物，而是用刷子刷？②写出加入稀硫酸酸化的H2O2时发生的离子方程式。③根据什么现象证明海带中有碘元素。【提示】①为减少海带中I－的流失，不能用水冲洗。②2I－＋H2O2＋2H＋=I2＋2H2O③当加入淀粉溶液时，溶液变蓝，证明有I2生成，从而说明海带中含有碘元素。(1)海水提溴海水提溴的主要方法是空气吹出法。①主要流程：eq\x(海水)eq\o(→,\s\up8(浓缩),\s\do8(酸化))eq\x(浓缩海水(Br－))eq\o(→,\s\up8(通入Cl2、通入空气),\s\do8(水蒸气))eq\x(吸收塔(SO2))eq\o(→,\s\up8(反应后),\s\do8(富集溴))eq\x(HBr、SO\o\al(2－,4))eq\o(→,\s\up8(通入Cl2后),\s\do8(提取Br2))eq\x(Br2、Cl－)②主要反应：Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－(氧化)Br2＋SO2＋2H2O=2HBr＋H2SO4(富集)Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－(提取)(2)海带中提碘(1)海带中含有碘元素的检验a．关键反应的反应原理：2H＋＋2I－＋H2O2=I2＋2H2O。b．实验步骤及证明方法(2)海带中提碘a．流程：海带→浸泡→氧化→过滤→提纯→碘单质。b．主要的化学反应原理：Cl2＋2KI=2KCl＋I2。(3)海水提镁①主要反应原理CaCO3eq\o(=,\s\up8(煅烧))CaO＋CO2↑CaO＋H2O=Ca(OH)2Ca(OH)2＋MgCl2=Mg(OH)2↓＋CaCl2Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2OMgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑②工艺流程[对点训练]3．某课外小组将灼烧海带产生的灰烬浸泡后过滤，得到澄清的滤液。他们设计了如下的几个方案，你认为能证明海带的灰烬中含有碘元素的是()A．取适量滤液，蒸干，观察是否有紫色固体生成B．取适量滤液，加入苯，振荡，静置，苯层无色，证明不含碘元素C．取适量滤液，向其中加入淀粉溶液，无明显现象，证明不含碘元素D．取适量滤液，加入酸化的H2O2，再加入淀粉溶液，呈蓝色，证明含有碘元素D[海带的灰烬中含有的碘元素，是以I－形式存在的，不是以单质形式存在，所以A、B、C均不正确；D中发生了氧化还原反应：H2O2＋2I－＋2H＋=I2＋2H2O，产生了I2，使淀粉溶液呈蓝色。]4．海水中含有氯化镁，是镁的重要来源之一。从海水中提取镁，可以按照如下步骤：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将所得产物熔融后电解。关于提取镁，下列说法不正确的是()【导学号：43722222】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、化合反应和置换反应D[海水和贝壳符合来源丰富。第①步用于生成氢氧化钙，包括分解和化合两种反应；第②步用于生成氢氧化镁，为复分解反应；第③步用于制备氯化镁，也是复分解反应；第④步为电解熔融的氯化镁得到镁，为分解反应。]5．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所示：【导学号：43722223】(1)步骤①反应的离子方程式是________________________________________________________________________________________________________________________，步骤③反应的化学方程式是________________________________________________________________________________________________________________________。(2)从理论上考虑，下列物质也能吸收Br2的是________。A．NaOH B．FeCl2C．Na2SO3 D．H2O(3)步骤③中氧化剂是________，若反应中生成2molHBr，则消耗________molSO2。【解析】由流程图和反应原理可写出步骤①的离子方程式和步骤③的化学方程式分别为2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－和SO2＋Br2＋2H2O=2HBr＋H2SO4；从理论上考虑，NaOH具有强碱性，能吸收Br2，Fe2＋、SOeq\o\al(2－,3)具有强还原性也能吸收Br2。步骤③中发生的反应为Br2＋SO2＋2H2O=H2SO4＋2HBr，该反应中氧化剂为Br2，还原剂为SO2，反应中每生成2molHBr，则消耗1molSO2，最后再向含HBr的溶液中通入适量Cl2蒸馏得到Br2。【答案】(1)2Br－＋Cl2=Br2＋2Cl－SO2＋Br2＋2H2O=H2SO4＋2HBr(2)ABC(3)Br21[当堂达标·固双基]1．下列有关说法不正确的是()A．工业上可利用海水制取镁B．实验室可以海带为原料获得碘C．工业上可用还原剂还原赤铁矿(含Fe2O3)获得铁D．从海水中提取溴元素(以Br－形式存在)，可以考虑向其中通入F2D[海水中含大量Mg2＋，海带中含碘元素，因此工业上可利用海水制镁，实验室中用海带制碘，A、B正确；赤铁矿主要成分为Fe2O3，可用还原剂如焦炭还原Fe2O3获得铁，C正确；因F2能与水剧烈反应，反应方程式：2F2＋2H2O=4HF＋O2，因此D错误。]2．海水是一个巨大的化学资源宝库，下列有关海水综合利用的说法正确的是()A．海水中含有钾元素，只需经过物理变化就可以得到钾单质B．海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化C．从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备Cl2D．利用潮汐发电是将化学能转化为电能C[海水中的钾元素以化合态形式存在，要使化合态转化为游离态，一定发生氧化还原反应，A不正确；海水蒸发制海盐，是发生了物理变化，B不正确；电解熔融NaCl可以制得Na和Cl2，C正确；潮汐发电是将机械能转化为电能，因此D也不正确。]3．海洋约占地球表面积的71%，对其进行开发利用的部分流程如图所示。下列说法不正确的是()【导学号：43722224】A．可用BaCl2溶液除去粗盐中的SOeq\o\al(2－,