海洋化学资源的综合利用高一上学期化学苏教版（2019）必修第一册

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3.3.2从海水中提取镁从海带中提取碘课前导入镁盐是使用一种新颖的基于流动的技术从Sequim海水中提取的。自史前时代以来，人们一直在使用来自海洋的盐，如食盐。虽然食盐是最容易获得的，但海水是其他矿物质的丰富供应者者，研究人员正在研究哪些可以从海洋中提取。镁是海洋中最丰富的矿物质之一，在陆地上变得越来越有用。镁在可持续发展方面的用途越来越多，例如碳捕获、低碳水泥和潜在的下一代电池。这些用途重新唤起了人们对国内镁生产的兴趣。目前，盐湖盐水，其中一些受到干旱的威胁，在美国用于能源密集型过程以生产镁。美国能源部将此列入其最近发布的国内生产关键材料清单。那么，人们是如何从海水中提取镁的呢？01从海水中提取镁镁的存在自然界中的镁主要以化合态的形式存在于地壳和海水中。海水中镁的总储量约为2.1×1015t。镁的物理性质1.纯镁是一种银白色、具有金属光泽的金属。不过，在空气中镁的表面会逐渐被氧化，形成一层致密的氧化膜，使其外观颜色发暗。2.密度：镁的密度较小，约为1.74g/cm³。这使得镁成为结构用金属中比较轻的一种，其比重仅约为铁的四分之一、铜的三分之二。3.硬度：镁的硬度相对较低，莫氏硬度约在2.5到3.5之间。4.熔点与沸点：熔点为650℃，沸点为1090℃镁的化学性质镁的化学性质较为活泼，主要包括以下几方面：与非金属单质的反应：①与氧气反应：镁在空气中能与氧气发生剧烈反应，常温下，银白色的镁条表面会逐渐变暗，这是因为生成了白色的氧化镁。反应方程式为当在点燃的条件下，镁条会剧烈燃烧，发出耀眼的白光，放出大量的热，生成白色的氧化镁固体2Mg+O22MgO镁的化学性质与非金属单质的反应：②与水反应：镁在一定条件下能与氮气发生反应，生成氮化镁，化学方程式为：镁条在氮气中点燃后会剧烈燃烧，发出耀眼的白光，同时生成淡黄色的固体Mg+2N2Mg3N2镁的化学性质③与水反应：与冷水反应：镁与冷水反应非常缓慢，几乎观察不到明显的现象。这是因为镁的表面通常会形成一层氧化镁的保护膜，阻碍了镁与水的进一步接触和反应。与热水反应：当把镁放入热水（80℃以上）中时，反应会加快，能够看到较明显的产生气体的现象。镁和热水反应的化学方程式为：Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑镁的化学性质④与二氧化碳反应：镁在点燃的条件下能够与二氧化碳发生反应，将二氧化碳中的碳还原出来，同时生成氧化镁和碳。化学方程式为：（此反应说明镁的还原性较强，不能用二氧化碳灭火器来扑灭镁燃烧引起的火灾）2Mg+CO2

2MgO+C镁的化学性质⑤与酸的反应：镁是一种活泼的金属，能与稀硫酸、稀盐酸等酸发生置换反应，生成氢气和相应的镁盐。例如，镁与稀盐酸反应的化学方程式为：与稀硫酸反应的化学方程式为：Mg+2HCl=MgCl2+H2↑Mg+H2SO4=MgSO4+H2↑从海水中提取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，可获得六水合氯化镁晶体（MgCl2·6H2O）。石灰乳可利用海边大量存在的贝壳煅烧成石灰制得。从海水中提取镁MgCl2

+

Ca(OH)2

=

Mg(OH)2↓

+

CaCl2①Mg(OH)2

+

2HCl

=

MgCl2

+

2H2O②反应①实质上是Mg2+与OH-结合成Mg(OH)2沉淀。Mg2+

+

2OH-

=

Mg(OH)2↓反应②实质上是Mg(OH)2与H+反应生成Mg2+与H2O。Mg(OH)2+2H+=Mg2++2H2O将六水合氯化镁晶体在一定条件下加热生成无水氯化镁。电解熔融的氯化镁可以得到金属镁。MgCl2

Mg+Cl2↑从海水中提取镁一、金属材料领域①铝合金添加：在铝合金中加入镁可以提高合金的强度、硬度和耐腐蚀性。②镁合金制造：由于镁合金密度小、比强度高，被大量应用于电子产品外壳。在医疗器械领域，镁合金可用于制造骨科植入物。因为镁具有良好的生物相容性，在人体内可以逐渐被吸收，避免了二次手术取出植入物的麻烦。二、化工领域①脱硫剂：在钢铁、火力发电等行业中，镁可以作为脱硫剂使用。②阻燃剂：氧化镁等镁化合物可作为阻燃剂添加到塑料、橡胶等材料中。三、其他领域①烟火制造：镁粉在烟火制造中起着重要作用。它燃烧时发出耀眼的白光，为烟火增添绚丽的色彩效果。②农业领域：硫酸镁等镁肥可以为植物提供镁元素，促进植物的光合作用和生长发育。镁的用途02从海带中提取碘碘的存在自然界中的碘主要以碘化物的形式广泛存在于海水、盐湖及一些地下卤水中。这些碘化物在一定条件下相对稳定，是碘的重要来源之一。碘的物理性质1.外观：常态：碘在常温常压下是蓝灰黑色的固体片状或小晶体，具有金属结晶光泽。蒸气态：碘易升华，加热碘后，它会升华为紫色蒸汽，若蒸汽中含有空气则呈紫红色。2.气味：具有特有的辛辣气味。3.熔点和沸点：熔点为113.5℃，沸点为184.35℃。4.溶解性：在水中的溶解度很小，但在碘化钾或其他碘化物溶液中溶解度会明显增大。易溶于乙醚、乙醇、氯仿、四氯化碳等有机溶剂，在乙醇、乙醚或碘化物的水溶液中呈红棕色，在氯仿、四氯化碳或二硫化碳中呈紫色。从海带中提取碘海带中所含的碘元素在浸泡时以碘离子（I-）的形式进入水中，然后利用氧化还原反应，把浸出液中的碘离子氧化成碘单质。现代工业上也用离子交换法处理含碘离子的溶液以提高碘的提取率。加碘盐中碘元素的检验碘在加碘盐中以IO3-的形式存在。已知在酸性条件下，IO3-会和I-发生如下反应：IO3-+5I-+6H+=3I2+3H2O。根据该反应，我们可以用试纸和生活中常见的物质检验加碘盐中碘的存在。实验可选用的物质有：自来水、碘化钾淀粉试纸、白糖、白醋、白酒。请根据以上信息，设计实验方案，检验加碘盐中碘的存在。加碘盐中碘元素的检验实验用品：含碘食盐溶液、碘化钾淀粉试纸、白醋、白糖。实验步骤：1.在两支试管中分别加入少量含碘食盐溶液和白糖溶液，使用淀粉碘化钾试纸，试纸没有变蓝，证明碘酸钾不能使淀粉溶液变蓝。2.然后各滴入几滴白醋，再使用淀粉碘化钾试纸，观察现象。此时白糖溶液无明显变化，因为没有发生反应生成碘单质。而放入含碘食盐的试管中试纸变蓝，因为在酸性条件下，碘酸钾将碘离子氧化成碘单质，试纸变蓝。由此可以证明淀粉中是含有碘元素的。碘元素的药理作用碘（iodine）是人体必需的微量元素，是维持人体甲状腺正常功能所必需的元素。当人体缺碘时就会患甲状腺肿大，人们主要从饮水、粮食、蔬菜和周围环境中获取碘。多食海带、海鱼等含碘丰富的食品，对于防治甲状腺肿大很有效。在我国缺碘地区，人们主要通过食用加碘盐来补充碘元素。我国从1994年开始推行全民食用加碘盐工程，目前规定每千克加碘盐中含碘量为20~30mg，对抑制碘缺乏病成效显著。但值得注意的是，成年人每日需要的碘的量是一定的，食用过多的碘盐或含碘食品，反而会导致体内碘含量过高，对健康不利。03保护海洋资源丰富的海洋资源除了海水中富含大量的资源外，海底矿产资源也非常丰富。海底矿产资源主要包括浅海矿产资源和深海矿产资源。浅海海底的矿产资源是指大陆架和部分大陆斜坡处的矿产资源，主要是石油与天然气和各类滨海沙矿，近年来还发现了极富发展前景的天然气水合物。海底矿产资源包括多金属结核矿、海底多金属硫化物矿床和磷钙土矿等，这些矿石中富含大量的金属元素。丰富的海底资源海底蕴含大量的金属矿产和天然气水合物，是宝贵的自然资源，也是人类共同的财富。在水深4000~6000m的海底，富含铜、镍、钴、锰等金属的多金属结核矿，约有3万亿吨，其中锰的储量可供全世界使用18000年，镍可使用25000年。发现于大陆边缘的天然气水合物，其总储量换算成甲烷气体为1.8×1016~2.1×1016m3，大约相当于全世界陆地已探明的煤、石油和天然气总储量的两倍，潜力巨大，被视为21世纪新型绿色能源。中国有辽阔的海域和大陆架，渤海、黄海、东海和南海水深低于200米的大陆架面积为100多万平方千米。2017年探明，我国在临近各海域的油气储藏量约40～50亿吨。此外，我国也是世界上滨海沙矿种类最多的国家之一。保护海洋资源21世纪被称为海洋经济时代。我国的海域面积很大，目前对海洋资源的开发主要局限在浅水区，开发的规模有限，开发利用的水平也不高，不少资源的开发尚处于技术研究和试验阶段，我们要不断增强保护和合理利用海洋资源的意识。政府应制定和完善海洋资源保护相关的法律法规，明确海洋资源的开发利用规范和保护标准。加强对海洋保护区的管理和监测。建立科学的管理体系，配备专业的管理人员和科研人员，定期对保护区内的海洋生态环境进行监测和评估，及时掌握生态系统的变化情况，采取相应的保护措施。04课堂练习1.稀的碘水的颜色非常浅，近乎无色。现有两瓶稀溶液，一瓶是碘水，另一瓶是碘化钾溶液。鉴别这两瓶溶液应选用的试剂是(

)A.淀粉溶液 B.AgNO3溶液C.酚酞溶液 D.稀盐酸A2.下列物质的转化不能通过一步反应实现的是(

)A.Mg→MgO B.MgO→Mg(OH)2C.MgO→MgCl2 D.MgCl2→Mg(OH)2B下列说法不正确的是 (

)①过程a的分离方法是过滤，需要用到的玻璃仪器只有漏斗及烧杯②