第一節(jié)　第2課時(shí)　海水資源的開發(fā)利用

1、高中同步學(xué)案優(yōu)化設(shè)計(jì)GAO ZHONG TONG BU XUE AN YOU HUA SHE JI第2課時(shí)海水資源的開發(fā)利用第八章2022內(nèi)容索引0102課前篇 素養(yǎng)初探課堂篇 素養(yǎng)提升素養(yǎng)目標(biāo)1.了解海水淡化的方法及其意義。了解海水的主要組成元素。2.了解海水資源的開發(fā)和利用,熟知從海水中提取溴、碘、金屬鎂的原理。3.以海水資源的綜合利用為例,了解化學(xué)方法在實(shí)現(xiàn)物質(zhì)間轉(zhuǎn)化中的作用,提升科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任等學(xué)科核心素養(yǎng)。課前篇 素養(yǎng)初探【自主梳理】一、海水資源1.海洋約占地球表面積的71%,海水中水的儲(chǔ)量約占地球總水量的97%。2.海水中的化學(xué)元素 主要鹽類是NaCl,其次是MgCl2、MgS

2、O4、K2SO4等多樣性海水中含量最多的H、O兩種元素,加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、C、F、B、Br、Sr等11種元素,其總含量超過99%,其他元素為微量分散性雖然海水中元素種類很多,總儲(chǔ)量很大,但許多元素的富集程度很低二、海水資源的開發(fā)利用1.主要包括海水淡化和直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻等。海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法和離子交換法等。【微思考】蒸餾法淡化海水有哪些優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?提示 優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)和工藝比較成熟,缺點(diǎn)是成本較高。2.海水制鹽(1)氯化鈉除供食用外,還可用于生產(chǎn)燒堿、純堿、鈉、氯氣、氫氣、鹽酸等。(2)在傳統(tǒng)海水制鹽的基礎(chǔ)上,還可從海水中制取鎂、鉀、溴及其他化工產(chǎn)品。3

3、.從海水中還可提取鈾和重水,獲得潮汐能、波浪能等新型能源?！咀晕覚z測】1.正誤判斷(正確的打“”,錯(cuò)誤的打“”)(1)海水淡化的方法有蒸餾法、電滲析法、明礬凈化法等。()(2)海水中含有鉀元素,僅通過物理變化就可以得到金屬鉀。()(3)海水各種化學(xué)資源的開發(fā)過程中,必須都要發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。()(4)實(shí)驗(yàn)室從海帶中提取單質(zhì)碘的方法是:取樣灼燒溶解過濾萃取。()2.(2021山東濟(jì)寧高一期末)下列物質(zhì)的獲得與海水資源開發(fā)利用無關(guān)的是()A.NaClB.CuSO4C.MgCl2D.Br2答案 B3.(改編題)下列有關(guān)海水淡化的敘述不正確的是()A.離子交換法淡化海水發(fā)生了化學(xué)變化B.海水淡化可為人類提

4、供更多的淡水資源C.利用太陽能蒸發(fā)原理淡化海水屬于物理變化D.將海水中的鹽分離出來不能達(dá)到海水淡化的目的答案 D解析 使用離子交換樹脂與水中的離子進(jìn)行交換,如離子交換樹脂可以除去鈣離子和鎂離子得到軟水,屬于化學(xué)變化,A正確;利用海水淡化將海水轉(zhuǎn)化為我們生活用的淡水,減少了很多缺水地區(qū)的水負(fù)擔(dān),可為人類提供更多的淡水資源,B正確;利用太陽能蒸發(fā)海水是將海水中的液態(tài)水變成水蒸氣,然后冷凝成液態(tài)水,屬于水的狀態(tài)變化,屬于物理變化,C正確;海水淡化是將水與鹽分離,D錯(cuò)誤。課堂篇 素養(yǎng)提升任務(wù)一海水提溴【問題探究】溴及其化合物在醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料和阻燃劑等生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。目前,人們主要從海水和鹽湖水

5、中提取溴。海水提溴工藝流程示意圖 1.實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中,為什么要先對海水中的溴進(jìn)行富集?提示 地球上99%的溴分布在海水中,以Br-的形式存在。海水中溴元素的總儲(chǔ)量很大,但富集程度很低,因此工業(yè)生產(chǎn)中要先對海水中的溴進(jìn)行富集,以節(jié)約成本、降低能耗等。2.海水提溴的原理是什么?請結(jié)合工藝流程圖用一句話簡述。提示 以海水中的含溴物質(zhì)為原料,通過化學(xué)和物理方法分離提純,得到溴單質(zhì)。3.實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中,為什么要選擇氧化劑氯氣來氧化Br-?試從氧化還原、成本、環(huán)境污染等角度分析。提示 從氧化還原角度分析,氯氣的氧化性強(qiáng)于溴單質(zhì);從成本上考慮,氯氣是氯堿工業(yè)的產(chǎn)品,價(jià)格相對低;從生成物對環(huán)境的影響考慮,Cl

6、2與Br-反應(yīng)生成Br2和Cl-,對環(huán)境無污染?！旧罨卣埂?.海水提溴的生產(chǎn)流程圖2.海水提溴的主要過程 【素能應(yīng)用】典例1海水中溴元素以Br-形式存在,工業(yè)上用空氣吹出法從海水中提取溴的工藝流程如圖:(1)步驟反應(yīng)的離子方程式是 。(2)步驟反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。從理論上考慮,下列也能吸收Br2的是。A.NaOHB.FeCl2C.Na2SO3D.H2O(3)步驟蒸餾的過程中,溫度應(yīng)控制在8090 。溫度過高或過低都不利于生產(chǎn),請解釋原因: 。(4)為什么不直接用“溴水混合物”而要用“溴水混合物”進(jìn)行蒸餾得到液溴? 。答案 (1)2Br-+Cl2 = Br2+2Cl-(2)SO2+Br2+2

7、H2O = H2SO4+2HBrABC(3)若溫度過高,大量水蒸氣隨溴蒸出,所得氣體中水蒸氣的含量增加;溫度過低,溴不能完全蒸出,產(chǎn)率太低(4)“溴水混合物”中雖然含有溴單質(zhì),但濃度低,如果直接蒸餾,處理量大,生產(chǎn)成本高,而“溴水混合物”實(shí)際上將溴水濃縮了解析 (1)2Br-+Cl2 = Br2+2Cl-。(2)SO2+Br2+2H2O = 2HBr+H2SO4;只從理論上考慮,NaOH具有強(qiáng)堿性,能吸收Br2,Fe2+、 具有強(qiáng)還原性,也能吸收Br2,但Br2在水中的溶解度較小,用水不能將Br2充分吸收。(3)溫度過高,大量水蒸氣隨溴蒸出,所得氣體中水蒸氣的含量增加;溫度過低,溴不能完全蒸出

8、,產(chǎn)率太低。(4)“溴水混合物”中雖然含有溴單質(zhì),但濃度低,如果直接蒸餾,處理量大,生產(chǎn)成本高。經(jīng)過“空氣吹出、SO2吸收、Cl2氧化”等步驟實(shí)際上是將溴水濃縮了?！咀兪皆O(shè)問】上述流程中,若步驟通入氯氣過量,對溴水混合物中溴含量是否有影響?為什么?提示 無影響;若步驟中通入過量氯氣,可將Br-氧化生成Br2,Br2不能被繼續(xù)氧化。規(guī)律方法與海水資源利用相關(guān)的化工工藝流程類題的解題方法1.抓首尾,看中間:從原料到產(chǎn)品為一條龍的生產(chǎn)工序試題,其關(guān)鍵點(diǎn)是認(rèn)真分析對比原料與產(chǎn)品的組成,從中得出將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品和除去原料中所含雜質(zhì)的基本原理和所用工藝。2.用交叉,看分流:有些化工生產(chǎn)選用多組原料,解題關(guān)

9、鍵在于找準(zhǔn)中間產(chǎn)品和相互交叉的流水生產(chǎn)線,在分析過程中,抓住中間產(chǎn)品的關(guān)聯(lián)作用,逐一破解。3.明目的,讀流程:化工工藝流程綜合題目一般是關(guān)于物質(zhì)的制備,首先明確目的是制取什么物質(zhì),從題干或問題中獲取有用信息,了解產(chǎn)品的性質(zhì),并結(jié)合基本概念和反應(yīng)原理分析流程圖中涉及的元素及其化合物,根據(jù)質(zhì)量守恒定律分析未知物質(zhì),尋找解題的突破口?！啊鼻笆峭读?反應(yīng)物),“”后是生成物。4.看控制,找分離:物質(zhì)制備工藝都涉及物質(zhì)的分離提純,注意制備過程中所需的原料和條件的控制以及物質(zhì)分離方法的選擇(如過濾、萃取分液、蒸餾等),盡可能寫出主要反應(yīng)的化學(xué)方程式或制備原理。若出現(xiàn)工藝評(píng)價(jià)內(nèi)容,從成本、環(huán)保、生產(chǎn)實(shí)際等多

10、角度考慮分析即可。變式訓(xùn)練1“空氣吹出法”海水提溴的工藝流程如下:下列說法中,不正確的是()A.實(shí)驗(yàn)室保存溴通常加少量水B.海水提溴與海水提鎂發(fā)生的所有反應(yīng)均為氧化還原反應(yīng)C.經(jīng)過吸收塔后,溴元素得到了富集D.蒸餾塔中還發(fā)生了化學(xué)變化答案 B解析 溴易揮發(fā),加水液封可以減少揮發(fā)損失,故A正確;海水提鎂的過程中,發(fā)生了鎂鹽與堿反應(yīng)生成氫氧化鎂的復(fù)分解反應(yīng),為非氧化還原反應(yīng),故B錯(cuò)誤;經(jīng)過吸收塔后,溶液中的Br-濃度遠(yuǎn)大于進(jìn)入吹出塔之前的海水中的Br-濃度,因此溴元素得到了富集,故C正確;蒸餾塔中發(fā)生的反應(yīng)為2Br-+Cl2 = 2Cl-+Br2,故D正確。任務(wù)二海帶提碘、海水提鎂【問題探究】1.

11、海帶中的碘元素以何種形式存在?如何將海帶中的碘元素轉(zhuǎn)化成單質(zhì)碘?提示 海帶中的碘元素以I-形式存在,可加入氧化劑把I-氧化成I2。2.提供試劑:AgNO3溶液和稀硝酸。請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)海帶浸取液中含有的I-。提示 取少量海帶浸取液置于試管中,先滴加AgNO3溶液,后滴加稀硝酸,產(chǎn)生黃色沉淀,證明海帶浸取液中含有I-。3.海水提鎂的過程中涉及哪些基本反應(yīng)類型?提示 分解反應(yīng)、化合反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)?！旧罨卣埂?.海帶中碘元素的檢驗(yàn)(1)實(shí)驗(yàn)步驟(2)主要反應(yīng):2H+2I-+H2O2 = I2+2H2O。2.海帶中提碘(1)主要流程:海帶灼燒浸泡過濾氧化提純碘單質(zhì)。(2)主要反應(yīng):Cl2+2KI =

12、 2KCl+I2。特別提醒(1)海水中碘的濃度很低,一般從海帶或一些海藻植物中提取碘。(2)由于I2易升華,從I2的有機(jī)溶劑溶液中提取I2時(shí)應(yīng)采用水浴加熱,可避免高溫下I2的升華。3.海水提鎂(1)主要反應(yīng)原理(2)工藝流程 【素能應(yīng)用】典例2海帶是海洋中的一種褐藻,海帶中含有豐富的碘,是人類經(jīng)常食用的一種補(bǔ)碘食物。某資料中有“海帶中碘的檢驗(yàn)”的選做實(shí)驗(yàn),操作步驟如下:取3 g左右干海帶,除去表面雜質(zhì),剪碎,用酒精潤濕,放在坩堝中灼燒成灰,冷卻;將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中加蒸餾水,攪拌,煮沸23 min,使可溶物質(zhì)溶解,過濾;向?yàn)V液中滴入幾滴硫酸,再加入約1 mL過氧化氫溶液,觀察現(xiàn)象;取少量上述

13、所得溶液,滴加幾滴淀粉溶液,觀察現(xiàn)象;向剩余的濾液中加入1 mL四氯化碳,振蕩靜置,觀察現(xiàn)象;向加有四氯化碳的溶液中加入氫氧化鈉溶液,充分振蕩后,將混合液的下層液體放出至指定的容器中。請回答下列問題:(1)海帶中的碘元素以(填“碘離子”“碘單質(zhì)”或“碘酸鹽”)的形式存在,步驟中除去海帶表面的雜質(zhì)一般用刷子刷凈,不用水清洗,原因是。(2)可說明海帶中含有碘的現(xiàn)象有 。(3)操作叫做 ,操作的目的是 。答案 (1)碘離子防止碘元素的損失(2)步驟中加入淀粉溶液后變藍(lán),步驟中下層液體呈紫紅色(3)萃取回收四氯化碳解析 (1)海帶中碘元素以碘離子的形式存在,且易溶于水,為防止碘元素的損失,除去海帶表面

14、的雜質(zhì)一般用刷子刷凈,不用水清洗。(2)實(shí)驗(yàn)步驟中加入淀粉溶液后變藍(lán),步驟中下層液體呈紫紅色,可以說明海帶中含有碘。(3)操作是用四氯化碳萃取碘水中的碘。(4)操作是為了回收四氯化碳。規(guī)律方法本題考查有關(guān)從海帶中提取碘單質(zhì)的實(shí)驗(yàn)原理、儀器,以及萃取的實(shí)驗(yàn)操作等。將非金屬陰離子置換為單質(zhì)要用到氧化劑,常見的氧化劑有過氧化氫、新制氯水、酸性高錳酸鉀溶液等。變式訓(xùn)練2下列有關(guān)從海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)原理和裝置能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖?)A.用裝置甲灼燒碎海帶B.用裝置乙過濾海帶灰的浸泡液C.用裝置丙制備用于氧化浸泡液中I-的Cl2D.用裝置丁吸收氧化浸泡液中I-后的Cl2尾氣答案 B解析 灼燒碎海帶應(yīng)用坩堝,

15、A項(xiàng)錯(cuò)誤;海帶灰的浸泡液用過濾法分離獲得含I-的溶液,B項(xiàng)正確;MnO2與濃鹽酸反應(yīng)制Cl2需要加熱,反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnO2+4HCl(濃) MnCl2+Cl2+2H2O,C項(xiàng)錯(cuò)誤;Cl2在飽和NaCl溶液中溶解度很小,不能用飽和NaCl溶液吸收尾氣Cl2,尾氣Cl2應(yīng)用NaOH溶液吸收,D項(xiàng)錯(cuò)誤。典例3鎂及其合金是一種用途很廣的金屬材料,目前世界上60%的鎂是從海水中提取的。主要步驟如下: (1)為了使MgSO4轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2,試劑可以選用,要使MgSO4完全轉(zhuǎn)化為沉淀,加入試劑的量應(yīng)。(2)加入試劑后,能夠分離得到Mg(OH)2沉淀的方法是。(3)試劑選用,其反應(yīng)的離子方程式為。

16、(4)無水MgCl2在熔融狀態(tài)下通電后,產(chǎn)生鎂和氯氣,該反應(yīng)的化學(xué)方程式為。答案 (1)石灰乳過量 (2)過濾(3)鹽酸Mg(OH)2+2H+ = Mg2+2H2O(4)MgCl2(熔融) Mg+Cl2解析 (1)工業(yè)上常加入廉價(jià)的石灰乳使海水中的MgSO4轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2;為使MgSO4完全轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2,應(yīng)加入過量石灰乳。(2)加入石灰乳產(chǎn)生Mg(OH)2,通過過濾將Mg(OH)2分離出來。(3)用鹽酸溶解Mg(OH)2,反應(yīng)的離子方程式為Mg(OH)2+2H+ = Mg2+2H2O。(4)工業(yè)上常用電解熔融MgCl2的方法制取Mg,反應(yīng)的化學(xué)方程式為MgCl2(熔融) Mg+C

17、l2?！咀兪皆O(shè)問】上述流程中,試劑能否選用Na2CO3溶液?為什么?提示 不能;MgCO3微溶于水,Mg(OH)2難溶于水,且石灰乳的成本遠(yuǎn)低于Na2CO3溶液。變式訓(xùn)練3海水中含有氯化鎂,是鎂的重要來源之一。從海水中提取鎂,可按照如下步驟進(jìn)行:把貝殼制成石灰乳;在引入的海水中加入石灰乳,沉降、過濾、洗滌沉淀物;將沉淀物與鹽酸反應(yīng),結(jié)晶、過濾、干燥產(chǎn)物;將所得的產(chǎn)物熔融后電解。關(guān)于提取鎂,下列說法不正確的是()A.此法的優(yōu)點(diǎn)之一是原料來源豐富B.進(jìn)行步操作的目的是從海水中提取氯化鎂C.第步電解時(shí)會(huì)產(chǎn)生氯氣D.以上提取鎂的過程中涉及的反應(yīng)有分解反應(yīng)、置換反應(yīng)和復(fù)分解反應(yīng)答案 D解析 海水和貝殼都

18、易于得到,而且十分豐富,所以此法的優(yōu)點(diǎn)之一是原料來源豐富,故A項(xiàng)正確;海水中含有氯化鎂,但濃度低且含有其他雜質(zhì),不能直接蒸發(fā)結(jié)晶,故B項(xiàng)正確;貝殼的主要成分是碳酸鈣,碳酸鈣高溫煅燒生成氧化鈣和二氧化碳,發(fā)生的是分解反應(yīng);電解熔融氯化鎂時(shí)產(chǎn)生氯氣和鎂,屬于分解反應(yīng);生石灰和水的反應(yīng)是化合反應(yīng),氫氧化鈣與氯化鎂的反應(yīng)、氫氧化鎂與鹽酸的反應(yīng)都屬于復(fù)分解反應(yīng),所以提取鎂的過程中沒有涉及置換反應(yīng),C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤。 隨堂檢測1.(2021北京東城區(qū)高一期末)海洋是一個(gè)巨大的化學(xué)資源寶庫。下列物質(zhì)中不需要發(fā)生化學(xué)變化就能夠從海水中獲得的是()A.液溴 B.純堿C.淡水 D.金屬鎂答案 C2.(2021天津新華中學(xué)高一期末)有關(guān)海水資源的開發(fā)利用中各工業(yè)的某項(xiàng)操作敘述錯(cuò)誤的是()選項(xiàng)工業(yè)體系操作A鎂工業(yè):制備單質(zhì)鎂用提純得到的MgO加熱熔融、電解得單質(zhì)鎂B溴工業(yè):制備單質(zhì)溴用SO2作吸收劑將Br2轉(zhuǎn)化為HBr達(dá)到富集的目的C淡水工業(yè):制備蒸餾水用太陽能將海水蒸發(fā)再液化得到初步的淡水D氯堿工業(yè):制備氫氣、燒堿和含氯產(chǎn)品用電解得到的Cl2和石灰乳混合加工得到漂白粉答案 A解析 鎂是活潑金屬,在工業(yè)上采用電解熔融氯化鎂的方法冶煉鎂,A錯(cuò)誤;工業(yè)上制備單質(zhì)溴,是用氯氣將海水中的溴離子轉(zhuǎn)化為單質(zhì)溴,再用SO2作吸收劑將Br2轉(zhuǎn)化為HBr達(dá)到富集的目的,最后再用氯氣氧化Br-生成Br2,B正確;工業(yè)上制