高中化学与自然资源的开发与利用第一节开发利用金属矿物和海水资源第2课时海水资源的开发利用学案新人教版

高中化学与自然资源的开发与利用第一节开发利用金属矿物和海水资源第2课时海水资源的开发利用学案新人教版

第2课时　海水资源的开发利用一、海水水资源的利用1．海水水资源的特点(1)表面积大：约占地球表面积的71%。(2)储水量大：约占地球总水量的97%。(3)成分复杂：除水外，还含有多种常量元素、微量元素。2．海水水资源的利用方法3．海水的蒸馏(1)主要仪器：A：蒸馏烧瓶；B：直形冷凝管；C：锥形瓶。(2)冷凝水的流向：a口进，b口出。(3)A中加入碎瓷片的目的是防止液体暴沸。(1)蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但耗能大、成本较高，是目前海水淡化的主要方法。(2)海水淡化与化工生产结合、与能源技术结合，成为海水综合利用的重要方向。如：将发电厂等企业的工业余热用于海水淡化是一种经济合理的途径。例1　(2017·广东佛山期末)海水淡化是海岛地区获得淡水的重要手段，海水淡化是指除去海水中的盐分以获得淡水的工艺过程，其方法较多，如电渗析法、离子交换法等。下列方n法中也可以用来进行海水淡化的是(　　)A．过滤法B．蒸馏法C．分液法D．萃取法答案　B解析　通过过滤不能把海水中的氯化钠等物质除去，不能使海水淡化；利用分液法不能把海水中的氯化钠等物质除去，不能使海水淡化；通过萃取也不能使海水淡化。例2　地球上的大部分水是以海水形式存在的，若能找到海水淡化的大规模生产方法，将极大地缓解目前人类面临的水资源日益紧缺的状况。下列有关海水淡化的方法在原理上完全不可行的是(　　)A．加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化B．利用太阳能使海水蒸馏淡化C．将海水缓慢凝固以获取淡化的饮用水D．将海水通过离子交换树脂，以除去所含离子答案　A解析　明矾不能使海水中的Na＋、Mg2＋、K＋等离子沉淀，加入明矾不能使海水淡化。二、海水化学资源的开发利用1．海水化学资源的特点(1)多样性：海水中溶解和悬浮着大量的有机物和无机物，总计含有80多种元素。(2)分散性：海水中含有元素的种类多、总储量很大，但许多元素的富集程度很低。2．海水制盐(1)主要方法①从海水中提取食盐的方法是盐田法(又叫滩晒法)，其原理是把海水引到盐滩上，利用日光和风力使水分蒸发，得到食盐。②盐田法历史最悠久，而且也是最简便和经济有效的方法，现在还在广泛采用。(2)食盐用途①氯碱工业：2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。②制钠和氯气：2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑。③制盐酸：H2＋Cl22HCl。n④制漂白液：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。制漂白粉：2Cl2＋2Ca(OH)2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O。3．从海水中提取溴工业规模提取溴的常用方法是空气吹出法，工艺过程为：(1)浓缩：海水晒盐和海水淡化过程中的副产物Br－得到浓缩。(2)氧化：向酸化的浓缩海水中通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质，化学方程式为2NaBr＋Cl2===2NaCl＋Br2。(3)富集：向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的，化学方程式为Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。(4)提取：向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气，化学方程式为2HBr＋Cl2===2HCl＋Br2。空气吹出法进行海水提取溴时，常用纯碱溶液代替二氧化硫溶液来吸收单质溴：3Br2＋3Na2CO3===NaBrO3＋5NaBr＋3CO2↑；然后用硫酸酸化，即可得到产品溴：NaBrO3＋5NaBr＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O。例3　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：(1)步骤①反应的离子方程式是___________________________________________。(2)步骤③反应的化学方程式是_________________________________________。(3)从理论上考虑，下列物质也能充分吸收Br2的是__________________________(填字母)。A．NaOHB．FeCl2C．Na2SO3D．H2O(4)步骤⑤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，若温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水分增加；若温度过低，则___________________。答案　(1)2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－(2)SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr(3)ABC(4)溴不能完全蒸出，产率低解析　(1)(2)(3)问相对简单，读懂流程图，可以写出2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2、Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4；只从理论上考虑，NaOH具有强碱性，能吸收Br2，Fe2＋、SOn具有强还原性也能吸收Br2，但Br2在水中的溶解度较小，不能被充分吸收。(4)在溴水中，溴的沸点是58.5℃，水的沸点是100℃，温度过高，大量水蒸气随之排出，溴蒸气中水分增加；温度过低，溴不能完全蒸出，产率低。4．从海带中提取碘(1)原理：海带中的碘元素以碘离子的形式存在，提取时用氧化剂(H2O2)将其氧化成单质碘(I2)，再用有机溶剂将其萃取出来。反应的离子方程式为2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O。(2)流程：(3)注意事项：海带不要用水洗，以免洗去海带中的碘；海带要用干的，因为湿的海带不易燃烧。例4　海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素，碘元素以离子的形式存在。从海藻中提取碘的实验流程如图所示：(1)指出提取碘的过程中有关的实验操作名称：①______；写出过程②中有关反应的化学方程式：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(2)提取碘的过程中可选用的有机试剂为________(填字母)。A．酒精、四氯化碳B．四氯化碳、苯C．汽油、醋酸D．汽油、甘油(3)为使海藻灰中碘离子转化为碘的有机溶液，实验室里有烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器、物品，尚缺少的玻璃仪器是____________________________________________________________________________________。答案　(1)过滤　2NaI＋Cl2===2NaCl＋I2　(2)B(3)漏斗、分液漏斗n5．从海水中提取镁(1)工艺流程：(2)相关反应方程式①分解贝壳制取氢氧化钙：CaCO3CaO＋CO2↑，CaO＋H2O===Ca(OH)2；②沉淀镁离子：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓；③制备氯化镁：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O；④制取金属镁：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。特别提示由MgCl2·6H2O加热制取无水MgCl2时，要不断通入干燥的HCl气体，防止MgCl2水解生成Mg(OH)2。例5　海水提镁的主要流程如下：下列说法正确的是(　　)①试剂M是盐酸　②流程中的反应全部都是非氧化还原反应　③操作b只是过滤　④用海水晒盐后的饱和溶液加石灰乳制Mg(OH)2　⑤电解熔融MgCl2比电解熔融的MgO制金属镁更节约能量A．①②③④⑤B．②③C．④⑤D．①④⑤答案　D解析　电解无水氯化镁的反应属于氧化还原反应，因此②是错误的。③操作b应是蒸发、结晶、过滤，因此③是错误的。n1．海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法正确的是(　　)A．利用潮汐发电是将化学能转化为电能B．海水蒸发制海盐的过程中发生了化学变化C．从海水中可以得到MgCl2，电解熔融MgCl2可制备MgD．海水中含有溴元素，只需经过物理变化就可以得到溴单质答案　C解析　A项，潮汐发电是将潮汐能转化为电能；B项，海水蒸发制海盐过程中只有物理变化；D项，海水中溴元素以溴离子(Br－)形式存在，要得到单质溴必须发生化学变化才能实现。2．海洋中蕴藏着巨大的化学资源，下列有关海水综合利用的说法正确的是(　　)A．蒸发海水可以生产单质碘B．蒸馏海水可以得到淡水C．电解海水可以得到单质镁D．电解海水可以制得金属钠答案　B解析　A项，海水中的碘元素以I－的形式存在，可以加氧化剂将I－氧化为I2，最后再萃取蒸馏即可得到碘单质，错误；B项，利用蒸馏法使水变为水蒸气，然后通过冷凝得到蒸馏水，能使海水淡化，正确；C项，电解熔融MgCl2可以获得金属Mg，电解海水得不到金属Mg，错误；D项，电解熔融NaCl可以获得金属Na，电解海水得不到金属Na，错误。3．从淡化海水中提取溴的流程如下：下列有关说法不正确的是(　　)A．X试剂可用Na2SO3饱和溶液B．步骤Ⅲ的离子反应：2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2C．工业上每获得1molBr2，需要消耗Cl244.8LD．步骤Ⅳ包含萃取、分液和蒸馏答案　Cn解析　Na2SO3＋Br2＋H2O===Na2SO4＋2HBr，A正确；步骤Ⅲ利用氯元素的非金属性比溴元素强，可以利用置换反应制取Br2，B正确；反应Ⅰ和反应Ⅲ均使用到Cl2，故制取1molBr2消耗2mol氯气，但未标明氯气所处的温度和压强，无法计算消耗氯气的体积，C错误；从浓溴水中提取溴，可利用有机溶剂(如苯)萃取溴，然后分液得到溴的有机溶液，再经蒸馏可得到纯净的溴，D正确。4．某同学设计了从海水中提取镁单质的四种方法，从化学原理和经济效益角度分析，最可行的是(　　)A．海水Mg(OH)2MgB．海水MgCl2MgC．海水Mg(OH)2MgOMgD．海水Mg(OH)2MgCl2Mg答案　D解析　海水中Mg2＋的含量很低，直接蒸发得到的主要是食盐，B不符合题意；海水中加入碱可生成氢氧化镁沉淀，一般使用比较廉价的石灰乳，而不用价格较贵的NaOH，A不符合题意；MgO熔点很高，故工业上从经济效益方面考虑，不采用电解MgO的方法，而采用电解MgCl2的方法，C不符合题意，D符合题意。[对点训练]题组一　海水水资源的利用1．下列叙述不正确的是(　　)A．地球上99%的溴元素以溴单质形式存在于海洋中B．在每升海水中含量低于1mg的元素称为海水中的微量元素C．海水是锂元素的一个重要来源D．世界上生产的镁大部分来自海水考点　海水水资源的利用题点　海水水资源的丰富性答案　A解析　地球上99%的溴元素以溴离子形式(不是以溴单质形式)存在于海洋中。2．下列海洋资源中，属于可再生资源的是(　　)A．海洋潮汐能nB．海底多金属结核矿C．海滨砂矿D．海水化学资源考点　海水水资源的利用题点　海水水资源的丰富性答案　A解析　海洋潮汐能是可再生资源，金属结核矿、砂矿、海水化学资源属于不可再生资源。3．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．电解法考点　海水水资源的利用题点　海水淡化的方法答案　D解析　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。题组二　溴、碘、镁的提取4．目前从海水中提取的溴约占世界溴年产量的三分之一，从海水中提取溴的主要步骤可表示为(　　)A．氧化→吸收→吹出B．氧化→吹出→吸收C．吹出→氧化→吸收D．吹出→吸收→氧化考点　溴、碘、镁的提取题点　海水中提取溴的原理与方法答案　B解析　从海水中提取溴，先用氧化剂将溴离子氧化为溴单质，再用热空气吹出后用碱液吸收。5．医生建议因缺少某种元素而患甲状腺肿大的病人应多食海带，这是由于海带含有较丰富的(　　)A．碘元素B．铁元素C．钾元素D．锌元素考点　溴、碘、镁的提取题点　海带中碘元素的存在与检验答案　A解析　甲状腺肿大患者缺少元素碘，海带中含有较丰富的碘元素。6．从海带中提取碘的实验过程中，涉及到下列操作，其中正确的是(　　)n考点　溴、碘、镁的提取题点　海带中提取碘的实验答案　D解析　物质的灼烧应该选用耐高温的坩埚，A错；过滤操作时，向漏斗中加液体要用玻璃棒引流，B错；碘的苯溶液在上层，应由分液漏斗的上口倒出，C错；液液分离可以用蒸馏法，D对。7．海水中含有氯化镁，是镁的重要来源之一。下列从海水中提取镁涉及的化学方程式中，不正确的是(　　)A．制石灰乳：CaO＋H2O===Ca(OH)2B．制Mg(OH)2：MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2C．制MgCl2：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2OD．在MgCl2溶液中加Na制Mg：MgCl2＋2Na===2NaCl＋Mg考点　溴、碘、镁的提取题点　从海水中提取镁答案　D解析　钠是活泼金属，在水溶液中和水剧烈反应生成氢氧化钠和氢气，氢氧化钠和氯化镁反应生成氢氧化镁沉淀，得不到金属镁，金属镁常用电解熔融氯化镁来制取。题组三　海水资源的开发利用8．下列不属于海水化学资源利用的是(　　)A．海水淡化B．海水提盐C．海水提溴D．海水提碘考点　海水资源的开发利用题点　海水中化学资源的利用答案　A解析　海水淡化是海水水资源的利用，而海水提盐、海水提溴、海水提碘等均是海水化学资源的利用，A项符合题意。n9．下列物质不经过化学变化就能从海水中获得的是(　　)A．单质溴B．单质镁C．烧碱D．食盐考点　海水资源的开发利用题点　海水晒盐—氯化钠的获取及应用答案　D解析　根据从海水制备物质的原理可知，氯化钠含量比较高，可利用蒸发原理得到，金属单质与非金属单质需要利用化学反应来制取。10．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．针对能源现状，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考点　海水资源的开发利用题点　海水的综合利用答案　A解析　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。11．(2017·长春高一检测)海水总量极大，金、铀等微量元素在海水中的总量自然也大，但从海水中获取这些微量元素的成本很高。其中成本最高的步骤在于(　　)A．从海水中富集含微量元素的化合物B．使含微量元素的离子沉淀C．对含微量元素的混合物进行提纯D．从化合物中冶炼这些单质考点　海水资源的开发利用题点　海水开发利用的相关综合答案　A解析　由于金、铀等微量元素在海水中的含量很低，所以成本最高的步骤在于从海水中富集含微量元素的化合物。12．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．搅拌考点　海水资源的开发利用题点　海水开发利用的相关综合答案　Bn解析　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。n[综合强化]13．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：①取3g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；②将海带灰转移到小烧杯中加蒸馏水，搅拌，煮沸2～3min，使可溶物质溶解，过滤；③向滤液中滴入几滴硫酸，再加入约1mL过氧化氢溶液，观察现象；④取少量上述所得溶液，滴加几滴淀粉溶液，观察现象；⑤向③剩余的滤液中加入1mL四氯化碳，振荡静置，观察现象；⑥向加有四氯化碳的溶液中加入氢氧化钠溶液，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①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⑤叫做________，操作⑥的目的是_________________________________。考点　溴、碘、镁的提取题点　海带中提取碘的实验答案　(1)碘离子　防止碘元素的损失(2)步骤④中加入淀粉溶液后变蓝，步骤⑤中下层液体呈紫红色(3)萃取　回收四氯化碳解析　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④中加入淀粉溶液后变蓝；步骤⑤中下层液体呈紫红色可以说明海带中含有碘。操作⑤是萃取碘水中的碘，操作⑥是为了回收四氯化碳。14．(2017·成都高一下学期期末考试)海水是巨大的资源宝库，可以进行综合利用。从海水中提取淡水、食盐和溴的过程如下：(1)步骤Ⅰ获得Br2的化学反应的离子方程式为________________________________________________________________________________________________________。(2)步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2n，使溴蒸气转化为氢溴酸以达到富集的目的，其反应的化学方程式为________________________________________________________________。在该反应中，氧化剂是________(填化学式)；若反应中生成2molHBr，则消耗________molSO2。(3)根据上述反应可判断出SO2、Cl2、Br2三种物质氧化性由强到弱的顺序是________________________________________________________________________。考点　海水资源的开发利用题点　海水资源开发利用工艺流程图的应用答案　(1)Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2(2)Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr　Br2　1(3)Cl2>Br2>SO2解析　海水淡化可得到NaCl，电解熔融的NaCl可得到Na和Cl2，利用生成的Cl2氧化浓缩海水中的Br－得到Br2，发生的离子反应为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，然后通入空气吹出Br2，再用SO2水溶液吸收Br2，发生反应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，蒸馏即可得到Br2。通过上述过程中的反应可判断出三种物质的氧化性由强到弱的顺序为Cl2>Br2>SO2。15．已知海水提取镁的主要步骤如下：(1)关于加入试剂①作沉淀剂，有以下几种不同方法，请完成下列问题。方法是否正确简述理由方法1：直接往海水中加入沉淀剂不正确a方法2：高温加热蒸发海水后，再加入沉淀剂bc你认为最合理的其他方法是　da.________________________________________________________________________；b．________________________________________________________________________；c．________________________________________________________________________；d．________________________________________________________________________。(2)框图中加入的试剂①应该是________(填化学式)；加入的试剂②是________(填化学式)；工业上由无水MgCl2制取镁的化学方程式为______________________________________________________________________________________________________。考点　海水资源的开发利用n题点　海水资源开发利用工艺流程图的应用答案　(1)a.海水中镁离子浓度较小，沉淀剂用量大，不经济b．不正确c．能源消耗大，不经济d．海滩晒盐后得到的苦卤中，加入沉淀剂(2)Ca(OH)2　HClMgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑解析　本题考查的是从海水中提取镁的流程。试剂①应是石灰乳，发生的反应是MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2；试剂②应是盐酸，反应是Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O，然后浓缩、结晶、脱水得无水MgCl2，再电解熔融的MgCl2便可制得Mg：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。