第二章《开发海水中的卤素资源》

1、第二章 开发海水中的 卤素资源,氯气,第二章 开发海水中的卤素资源,物理性质,颜色 状态,气味,密度 熔沸点 溶解度,看,闻,测,如何掌握,一、氯气(Cl2),收集氯气的方法： 用向上排空气法、排饱和食盐水法 不能用排水集气法,黄绿色气体,有刺激性气味,有毒,密度比空气大,能溶于水,(常温常压 12),Cl2(g),Cl2(l),Cl2(s),34.6,101,易液化：,(一)氯气的物理性质,1915年4月22日下午5时，在第一次世界大战两军对峙的比利时伊珀尔战场。趁着顺风，德军一声令下开启了大约6000只预先埋伏的压缩氯气钢瓶。刹那间在68千米宽的正面形成2米高的黄绿色气体幕墙滚滚向前推进，

2、纵深到达10-15公里，对手毫无防范，致使5千多人死亡，一万五千多人中毒致伤。一位战地记者进行了如此描述：“他们已经死亡，两手伸展着好像要挥去上方的死神。尸体遍野，他们极度痛苦的肺在喘息，满嘴都是黄色液体。”这就是战争史上的第一次化学战，从此，化学战作为最邪恶的战争被写入了人类战争的史册。这种气体就是我们研究的氯气。,历史事件,Cl2,2,2,易断裂,易得电子,分子结构不稳定,原子结构不稳定,化学性质活泼,氧化性强,结构决定性质,Cl,Cl -,氯原子的最外电子层上有 个电子，在化学反应中易 电子形成8电子稳定结构而显示 价，故氯气有强的 性。（“氧化”或“还原”）,结构决定性质,7,得一个,

3、-1,氧化,+e-,(二)氯气的化学性质,1. 与金属反应,剧烈燃烧，发出黄光，生成白色固体,剧烈燃烧，产生棕黄色的烟,剧烈燃烧，火星四射，产生大量红棕色的烟,注意：不生成 FeCl2,氯化铜溶于水后，溶液呈蓝绿色。浓溶液绿色，稀溶液蓝色,2.下列物质不能直接由单质化合制得的是（ ）,思 考,1.如何制得FeCl2？,用铁和稀盐酸反应制得。,A：NaCl B：FeCl2 C：FeCl3 C：CuCl2,B,H2 + Cl2 2HCl,(二)氯气的化学性质,2. 与非金属反应,点燃,安静地燃烧，发出苍白色的火焰， 瓶口有白雾，有刺激性气味气体生成,H2 和 O2 混合点燃会发生爆炸， H2 和

4、Cl2混合点燃会发生爆炸吗？,会！,思考,H2 + Cl2 2HCl,光照,爆炸，瓶口有白雾,金属钠和铜，非金属氢气都可以在氯气中燃烧，这三个反应有何相同的现象？,想一想,燃烧是否一定要有氧气的参与？,什么叫燃烧 ？,可燃物与空气中的氧气发生的一种发光发热的剧烈的氧化反应叫燃烧。,问题讨论,一般生成 PCl3 和 PCl5 的混和物，,形成白烟,形成白雾,白色烟雾,若 P过量，则主要生成PCl3 ，若 Cl2过量，主要生成PCl5,结论,燃烧不一定需要氧气参加，许多氧化剂（如：O2、 Cl2、F2、CO2等）都能支持某些物质的燃烧。,任何发光发热的剧烈的化学反应都叫做燃烧。,(二)氯气的化学性

5、质,3、与水反应,次氯酸的性质：,光照,3、强氧化性,1、弱酸性,2、不稳定易分解,弱电解质 酸性比碳酸还弱,可用于自来水的杀菌、消毒，可用做漂白剂。,Cl2、H2O、HClO,H2O H+、Cl,新制氯水与久置氯水的区别,H+、Cl-、ClO- OH-(少量),(二)氯气的化学性质,4、与碱反应,2NaOH+Cl2=NaClO+NaCl+H2O,2OH-+Cl2=ClO-+Cl-+H2O,漂白粉和漂粉精,制备：2 Ca(OH)2+2Cl2=Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O,(三)氯气的制法,2、装置,发生装置：固+液加热型,收集装置,尾气吸收装置：NaOH溶液吸收,向上排气法,排饱和食

6、盐水法,实验室制氯气,干燥装置,制气装置,除杂装置,收集装置,尾气处理装置,干燥装置,制气装置,除杂装置,收集装置,尾气处理装置,实验室里也常用下列方法制取氯气,KClO3+6HCl(浓) KCl+3Cl2+3H2O,2KMnO4+16HCl(浓) 2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O,注意： 上述反应中均使用浓盐酸，用稀盐酸不能制得氯气。,工业制氯气常用电解饱和食盐水的方法,怎样检验氯气？,原理：Cl2 + 2KI I2+ 2KCl 单质碘遇到淀粉变蓝,制气除杂干燥收集尾气处理,添加一个盛有品红试液的集气瓶，观察氯气通过后是否褪色,二、次氯酸和漂粉精,次氯酸(HClO)是一种不稳定的弱

7、酸，容易分解放出氧气。 当氯水受到日光照射时，次氯酸的分解速率加快。,氯气和消石灰反应生成的是混合物 其成分含有：Ca(ClO)2、CaCl2、H2O、Ca(OH)2、Cl2,其中有效成分是：Ca(ClO)2,日常 Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3+2HClO,工业 Ca(ClO)2+2HCl=CaCl2+2HClO,漂白原理：,(原理：强酸制取弱酸）,复习：氯水的成分和性质 (1)氯水的成分 氯水是氯气的水溶液，通常情况下为浅黄绿色溶液，氯水中只有部分Cl2与水反应，其化学方程式为： 新制的氯水中含Cl2、H2O、HClO等分子 和H+、Cl-、ClO-、OH-等离子,Cl2+H

8、2O HCl+HClO,(2)氯水的性质 氯水具有多种物质的性质：Cl2、HClO具有强氧化性，HCl具有强酸性，HClO具有弱酸性 氯水的性质比较复杂，有可能存在多种成分同时作用于一种物质.在一般情况下，认为是溶液中氯分子的性质.若为盐酸或次氯酸的性质，主要有下面几种情况:,作为盐酸的性质：当与弱酸的盐或硝酸银溶液作用时，主要作为盐酸性质，例如： 氯水与Na2CO3溶液反应： 氯水与AgNO3溶液反应：,2HCl+Na2CO3 2NaCl+CO2+2HClO,HCl+AgNO3AgCl+HNO3,Cl2+H2O HCl+HClO,Cl2+H2O HCl+HClO,总方程式： Cl2+H2O

9、+ AgNO3 AgCl+HClO + HNO3,注意：不是形成AgClO，因HClO是弱酸，且次氯酸的盐类溶于水，不能生成沉淀.,作为次氯酸的性质：当氯水用于漂白(与有机化合物色素作用)、消毒、杀菌，溶液的保存和溶液酸性的变化等.利用的化学性质是强氧化性和不稳定性. 作为Cl2的性质： 例如：Cl2+2KI 2KCl+I2,化学现象中的烟、雾、气的区别 (1)烟：大量细小固体颗粒分散在气体中的现象.例：Cu在Cl2中燃烧生成(CuCl2)棕黄色烟. (2)雾：大量细小液滴分散在气体中.例如HCl气体在空气中遇水蒸气生成的雾(盐酸小液滴). (3)烟雾：大量细小固体颗粒与大量细小液滴同时分散在

10、气体中的现象.例如：磷在氯气中燃烧生成PCl3、PCl5的混合物的现象. (4)气：是指气态物质.若气体无色，则肉眼看不到，若有色才能观察到.,氯化氢和盐酸,第二章 开发海水中的卤素资源,氯化氢是一种无色、有刺激性气味的气体，密度约为相同条件下空气的1.26倍，极易溶于水，0时1体积水大约能溶解500体积的氯化氢。氯化氢气体挥发在空气中能与空气中少量的水蒸气作用形成白雾。,一、氯化氢(HCl),(一)氯化氢的物理性质,喷 泉 实 验,喷泉实验,1.为什么烧杯中的溶液会喷入烧瓶？,答:外界压强比烧瓶内的压强大，所以把烧杯中的溶液压入了烧瓶。,2.为什么烧瓶内与外界会产生很大的压强差，烧瓶中的HC

11、l呢？,答:几乎全部HCl都溶于了挤入烧瓶中的几滴水中。使烧瓶内的压强迅速减少。,3.从该实验可以得出HCl的溶解度如何？,答:HCl气体极易溶于水。,喷泉实验的条件,1.气体在液体中溶解度较大 2.容器内外产生较大压强差,氯化氢的热稳定性良好，即使在1000也只微量分解。氯化氢不能使干燥的蓝色石蕊试纸变红，与活泼金属也难反应。,(二)氯化氢的化学性质,实验室中制取氯化氢可用固体氯化钠跟浓硫酸反应，在微热时有反应：,(三)氯化氢的制法,加热到500以上又有反应：,高沸点酸制取低沸点酸,(三)氯化氢的制法,工业上常用氯气在氢气中燃烧的方法来制取氯化氢气体，氯气在氢气中燃烧时，有毒的氯气被过量的氢

12、气所包围，使氯气充分反应。在生产上，往往采取使用一种过量的原料而使有害的或价格较昂贵的原料充分反应。,氯化氢的水溶液叫氢氯酸,俗称盐酸,二、盐酸,浓盐酸,稀盐酸,工业盐酸,颜色 状态 气味,挥发性,浓度,密度,浓盐酸是无色，有刺激性气味和酸味的液体，具有挥发性，有腐蚀性。,无色 无色 黄色,液体 液体 液体,刺激性,空气中形成白雾,36%-37%,1.19克/毫升,(一)盐酸的物理性质,1、盐酸与指示剂的反应,盐酸能使紫色石蕊试液变成红色,盐酸不能使无色酚酞试液变色,(二)盐酸的化学性质,指示剂及其显色,紫色石蕊试液,酸性 中性 碱性,红色,无色,紫色,蓝色,无 色,红色,无色酚酞试液,2、盐

13、酸与金属的反应,2HCl+Zn ZnCl2+H2 ,2HCl +Mg 2HCl + Fe ,MgCl2 +H2 FeCl2 + H2 ,3、盐酸与金属氧化物的反应,生锈的铁钉与盐酸反应,现象,铁锈溶解，一段时间后，铁钉表面产生气泡。,反应方程式,盐酸与氧化铜反应,现象,氧化铜溶解，溶液变成蓝色,反应方程式,CuO+2HCl=CuCl 2+H2O,盐酸 + 金属氧化物 盐 + 水,盐酸与氧化铁反应,4、盐酸与碱的反应,（1）将盐酸滴在已经遇氢氧化钠变红的酚酞试液中,现象：,红色变成无色,反应方程式：,（2）不溶于水的氢氧化铜与盐酸反应,现象：固体溶解，溶液变成蓝色,反应方程式：,NaOH+HCl

14、=NaCl+H2O,Cu(OH)2 + 2HCl= CuCl2+2H2O,5、盐酸和硝酸银等某些盐的反应,现象：,生成白色沉淀,反应方程式：,结论：可用硝酸银（加入稀硝酸）检验盐酸或电离产生氯离子的物质。,1. 浓盐酸长期露置在空气中，其质量会 ，浓度会 ，这是因为浓盐酸具有 性。,减小,降低,挥发,问题,2. 写出下列反应对应的离子方程式：,A. CaO + 2HCl = CaCl 2 + H2 O B. H2 SO 4 + Mg(OH)2 = MgSO 4 + 2H 2 O C. NaCl + AgNO 3 = AgCl + NaNO 3 D. CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2

15、 + CO2 + H2 O,CaO + 2 H+ = Ca 2+ + H2 O,2H + + Mg(OH)2 = Mg 2+ + 2H 2 O,Cl - + Ag + = AgCl ,CaCO 3 + 2H+ = Ca 2+ + CO2 + H2 O,以食盐为原料的 化工产品,第二章 开发海水中的卤素资源,图一：盐 田,图二：扫 盐,图三：将盐装入簸箕,图四：成堆的粗盐,图五：待售的粗盐,为什么要用结晶的方法而不干脆把海水晒干呢？ 结晶完的海水叫卤水,卤水中还含有什么成份呢？,海水在浓缩过程中析出盐的种类和质量,海水中主要元素的含量,查看课本25页中资料库“海水中主要元素的含量，回答问题：海水

16、中的盐类都以离子形式存在，其中除水以外含量最多的元素依次是：,Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br,看课本24页中表2.1，得出结论：从海水中提取食盐，必须控制海水的密度为:,1.21g/mL1.26g/mL,粗盐中除氯化钠外，还含有其他一些盐类和难溶性物质，必须经过粗盐提纯,大部分食盐用于化工生产，中国现代化工之母氯碱工业,粗盐中含有一些杂质，远不能达到电解要求，必须制备化工用的纯食盐,粗盐中的成分：,Na+ Cl- Mg2+ SO42- Ca2+,Mg(OH)2,BaSO4,CaCO3,NaOH,BaCl2,Na2CO3,H2O Na+ Cl- H+ OH-,为确保杂质除净，所加试剂必须过

17、量，过量的Ba2+可以用CO32-除去，最后用盐酸(HCl)调节pH值，除CO32- 。用盐酸之前先过滤。,加试剂的顺序：,加BaCl2 必须在Na2CO3 之前,加盐酸要放在最后,剩余杂质,稍过量BaCl2,Mg2+ Ca2+ Ba2+,稍过量NaOH,除杂要求:不引入新杂质;为保证杂质除尽,所加试剂需稍过量,新引入杂质需在后面加入试剂中除去。,粗盐提纯,稍过量Na2CO3,剩余杂质,稍过量NaOH,SO42- Ca2+ OH-,稍过量BaCl2,剩余杂质,稍过量Na2CO3,剩余杂质,除杂要求:不引入新杂质;为保证杂质除尽,所加试剂需稍过量,新引入杂质需在后面加入试剂中除去。,粗盐提纯,电

18、解饱和食盐水反应原理,阴极： 阳极： 总反应：,阴极产物:H2和NaOH (无色酚酞变红) 阳极产物:Cl2 (湿润的淀粉KI试纸变蓝),阴极(铁):与电源的负极相连 阳极(炭):与电源的正极相连,阴极产物:H2和NaOH(无色酚酞变红) 阳极产物:Cl2(淀粉KI变蓝),此反应也是工业制取氯气的反应方程式,电解饱和食盐水,卤族元素,第二章 开发海水中的卤素资源,一、卤素单质的物理性质,卤素在自然界都以化合态存在，它们的单质可由人工制得。下表中列出了卤族元素单质的主要物理性质。,从表中可以看出，卤素的物理性质有较大差别。在常温下，氟、氯是气体，溴是液体，碘是固体。它们的颜色由淡黄绿色到紫黑色，

19、逐渐变深。氟、氯、溴、碘在常压下的沸点和熔点也依次逐渐升高。,溴是深红棕色的液体，很容易挥发，在水中溶解度不大，比水重。应密闭保存。如果把溴存放在试剂瓶里，需要在瓶中加一些水，以减少挥发(水封法)。,溴的物理性质,溴的用途： 工业：制造燃料的抗爆剂 AgBr可做胶卷的感光材料 农业：含溴杀虫剂 医药：NaBr，KI用做镇静剂,碘是紫黑色的固体 碘被加热时，不经熔化就直接变成紫色蒸气，这种固态物质不经液态而直接变成气态的现象，叫做升华。碘蒸气遇冷，重新凝聚成固体(凝华) 。 碘在水中的溶解度不大 比水重,碘的物理性质,溴和碘在水中的溶解度较小，但却比较容易溶解在汽油、苯、四氯化碳、酒精等有机溶剂

20、中。医疗上用的碘酒，就是溶有碘的酒精溶液。,氯、溴、碘在不同条件下的颜色,溴、碘的提取 1、反应原理 非金属活动性：Cl2 Br2 I2 氧化性： Cl2 Br2 I2,2、工业提取Br2 提取粗盐后的母液通入Cl2鼓入热空气或水蒸气挥发出Br2蒸气冷凝得粗溴精制得纯溴 3、工业提取I2 海带粉碎加水浸泡通入Cl2过滤提纯I2晶体,溴是海水中重要的非金属元素，地球上99的溴元素以r-的形式存在于海水中，因此，溴也称“海洋元素”,利用混合物中一种溶质在互不相溶的溶剂里溶解性不同，用一种溶剂把溶质从它与另一溶剂所组成的溶液中提取出来，这种方法叫做萃取。,分液漏斗分为球型、梨型等多种样式，球型分液漏

21、斗的颈较长，多用于制气装置中滴加液体的仪器，梨型分液漏斗的颈比较短，常用做萃取操作的仪器。,最外层都有7个电子,I,Cl,Br,F,相同点：,不同点：,二、卤族元素的原子结构,根据卤素的原子结构，试推测氟、氯、溴、碘在化学性质上应表现出的相似性与递变性,原子结构,决定,性质,相同点：,不同点：,最外层都有7个e,F2、Cl2、Br2、I2的化学 性质相似，都有氧化性,核电荷数逐渐增大,电子层数逐渐增多,原子半径逐渐增大,得电子的能力逐渐减弱， F2 Cl2 Br2 I2的氧化性逐渐减弱,根据卤素的原子结构，试推测氟、氯、溴、碘在化学性质上应表现出的相似性与递变性。,氯原子的最外电子层上有7个电

22、子，在化学反应中容易得到1个电子，形成8个电子的稳定结构，因此，化学性质很活泼。氟、溴、碘与氯相似，它们的原子最外电子层上也有7个电子，它们的化学性质(如与氢气、水的反应)应与氯有很大的相似性。,但由于它们的核外电子层数各不同，这就使得它们的原子核对外层电子的引力不同。原子半径小的，最外层电子受核的引力较强，其得电子的能力也较强，即氧化性较强。反之，原子半径大的，最外层电子受核的引力较弱，其得电子的能力也较弱，即氧化性较弱。,因此，随着氟、氯、溴、碘原子的核外电子层数依次增多，它们在化学性质上应表现出氧化性逐渐减弱的趋势。,F2 冷暗处爆炸 H2+F22HF HF很稳定,Cl2 光照或点燃 H

23、2+Cl2=2HCl HCl稳定,Br2 高温 H2+Br2=2HBr HBr较不稳定,I2 高温、持 H2+I2= 2HI HI很不稳定 续加热,500,光照,或点燃,三、 卤素的化学性质,1、卤素与氢气的反应,结论：F Cl Br I 随着核电荷数的增多，原子半径的增大，它们与氢气反应的剧烈程度逐渐减弱，生成的氢化物的稳定性也逐渐降低,根据 Cl2 与水的反应，写出溴与水反应的化学方程式，并预测其它卤素与水反应程度的强弱。,2、卤素与水的反应,卤素与水的化学反应方程式,2F22H2O 4HFO2 （特例）,反应越来越难以发生,Cl2置换出Br2,Cl2置换出I2,Br2置换出I2,3、卤素单质之间的置换反应,Cl2+2NaBr=2NaCl+Br2 Cl2+2KI=2KCl+I2 Br2+2KI=2KBr+I2,Cl2+2NaBr=2NaCl+Br2,F2 Cl2 Br2 I2,氧化性逐渐减弱,反应的化学方程式,卤素原子结构的相似性，决定