必修二第四章第一節(jié)第二課時(shí)海水資源的利用

學(xué)習(xí)目標(biāo)第一節(jié)開發(fā)利用金屬礦物和海水資源第二課時(shí)：海水資源的開發(fā)利用1．了解直接利用海水循環(huán)冷卻2．掌握海水淡化方法3．掌握海水資源開發(fā)及利用中制鹽工藝、海帶提碘、提溴的原理4．了解水資源保護(hù)的意義5．認(rèn)識(shí)和體會(huì)化學(xué)在自然資源開發(fā)和利用中的意義和作用海洋約占地球表面積的71%21世紀(jì)人類將重點(diǎn)開發(fā)海洋資源，我們能從海洋中獲得哪些資源呢？海水中蘊(yùn)含著的豐富資源，海洋是人類賴以生存的資源寶庫(kù)。一、海洋資源海洋中的生物資源可供人類使用的魚蝦貝類為每年6億噸海水中的化學(xué)資源海水中鈾多達(dá)45億噸是已知陸地鈾礦儲(chǔ)量的4500倍；氘有50億噸足夠人類用上千萬(wàn)年。海水是元素的寶庫(kù)，含有８０多種元素，以氫、氧、氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀等較多。但許多元素的富集程度很低，如1t海水中金的含量?jī)H有4×10-6g。海底的礦產(chǎn)資源大陸架的淺海海底：石油、天然氣、煤、硫、磷等近岸帶的濱海砂礦：砂、貝殼等建筑材料和金屬礦產(chǎn)多數(shù)海盆中：深海錳結(jié)核海洋能源資源具有開發(fā)價(jià)值的：潮汐發(fā)電和波浪發(fā)電分散性廣闊性海水中水的儲(chǔ)量約為13×109億噸，占地球總水量97%元素種類很多，總計(jì)含有80多種元素許多元素的富集程度很低多樣性二、豐富的海水資源1海水資源的特點(diǎn)：⑴海水水資源的利用主要途徑:⑵海水淡化的方法:2海水資源的開發(fā)利用水資源的利用直接利用,進(jìn)行循環(huán)冷卻等海水淡化①蒸餾法（最先使用，技術(shù)成熟，但成本高）原理：加熱到水的沸點(diǎn)，液態(tài)水變成水蒸氣，與海水中的鹽分離，水蒸氣冷凝得淡水。工業(yè)用水中約80%是工業(yè)冷卻用水。因此直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻是解決水資源短缺的重要途徑。加入沸石或碎瓷片溫度計(jì)水銀球處于支管口處下進(jìn)上出液體體積不超過(guò)燒瓶體積1/3安全管，起平衡氣壓的作用太陽(yáng)能蒸發(fā)法太陽(yáng)能蒸發(fā)原理示意圖②離子交換法：用人工合成的離子交換膜淡化海水的新技術(shù)。（目前正迅速發(fā)展，但需要不斷更新離子交換樹脂）③電滲析法（成本低，但未能大量生產(chǎn)）例1一位遇上海難的水手，隨著木排在海上漂流。他用完了淡水，感到異常口渴，但他不喝海水，因?yàn)樗篮Ｋ畷?huì)致命。原因是（）A、海水有苦澀味，根本喝不下去B、海水中含有多種鹽，能使腸胃腐爛致人死亡C、海水中有許多微生物，有些微生物能致人死亡D、海水會(huì)造成人體水分從血液和組織內(nèi)脫離出來(lái)，進(jìn)入腸胃中，使人脫水死亡D三、海水化學(xué)資源的開發(fā)利用這是一種傳統(tǒng)的制鹽方法：將海水引入鹽田，在太陽(yáng)照射下蒸發(fā)水，留下粗鹽。1海水制鹽：回顧從海水中提取NaCl方案①Na2CO3②NaOH③BaCl2②③①或③②①或③①②粗鹽中的雜質(zhì)：除雜試劑：試劑加入順序：主要操作：溶解、過(guò)濾、蒸發(fā)④鹽酸粗鹽淡水鹵水海水鹽水濾液沉淀適量鹽酸溶解過(guò)濾（含Mg）BaCl2NaOHNa2CO3過(guò)濾蒸發(fā)結(jié)晶泥沙、Ca2、Mg2、SO42-氫氧化鈉飽和食鹽水氫氣氯氣鹽酸漂白劑合成農(nóng)藥等冶煉金屬等造紙、玻璃、肥皂、紡織等2NaOHCO2====Na2CO3H2O

2NaCl（熔融）===2Na+Cl2↑電解2NaCl+2H2O===H2↑+Cl2↑+2NaOH電解氯堿工業(yè)：電解制鈉：2NaOHCl2====NaClONaClH2O制漂白劑：制純堿：2．海帶中提碘1海帶中含有碘元素的檢測(cè)海洋植物如海帶、海藻中含有豐富的碘元素，碘元素主要以以I—離子的形式存在。①用刷子刷凈干海帶表面的附著物，剪刀剪碎，用酒精潤(rùn)濕后放入坩堝中；②灼燒海帶成灰，停止加熱，冷卻；③海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯，加蒸餾水，攪拌、煮沸2～3min、過(guò)濾水洗；④濾液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入幾滴淀粉溶液。實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意問(wèn)題①干海帶不能用水沖洗，海帶水浸液中含有I—，水洗會(huì)造成碘損失,且海帶不易燃燒。②剪碎后，用酒精潤(rùn)濕的作用是使海帶易于灼燒完全，并縮短灼燒時(shí)間。④攪拌、煮沸2～3min的作用是：加快碘化物在水中的溶解，以使灰燼中的I—盡可能全部進(jìn)入溶液。③灼燒時(shí)為了防止產(chǎn)生的煙氣污染室內(nèi)空氣，可以在通風(fēng)櫥中進(jìn)行。⑤過(guò)濾后水洗的目的是：洗去殘留在灰渣上的溶液，減少碘元素的損失。⑥硝酸、高錳酸鉀（H）溶液、氯氣、濃硫酸都是常用的氧化劑，本實(shí)驗(yàn)選擇過(guò)氧化氫溶液的原因是什么？過(guò)氧化氫是綠色氧化劑，無(wú)污染且不產(chǎn)生新的雜質(zhì)。其它的氧化劑除了產(chǎn)生新的雜質(zhì)，還有可能因?yàn)檠趸蕴珡?qiáng)，將I2繼續(xù)氧化為高價(jià)化合物2I－H2O22H＋=I22H2O氯氣過(guò)量時(shí)：I26H2O5Cl2=10HCl2HIO3高錳酸鉀（H）溶液的紫色對(duì)實(shí)驗(yàn)也產(chǎn)生了干擾（2）提取海帶中的碘元素得到單質(zhì)碘燃燒加水溶解攪拌煮沸2～3min過(guò)濾稀硫酸過(guò)氧化氫溶液蒸餾海帶灰海帶懸濁液濾液碘水碘的CCl4溶液?jiǎn)钨|(zhì)碘萃取分液生物富集海水例2：碘在加碘鹽中以IO3-的形式存在。利用I-能被氧化劑氧化的特性，已知在酸性條件下，IO3-會(huì)和I-發(fā)生如下反應(yīng)：IO3-5I-6H＝3I23H2O，根據(jù)該反應(yīng)，我們可以用試紙和生活中常見的物質(zhì)檢驗(yàn)加碘鹽中IO3-的存在。淀粉碘化鉀試紙、食醋例3從海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，涉及下列操作，其中正確的是D3海水提溴：認(rèn)真閱讀教材P91資料卡片，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案模擬這一生產(chǎn)過(guò)程？寫出有關(guān)的化學(xué)方程式富集Br—實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意問(wèn)題①中用硫酸酸化可提高Cl2的利用率，理由是:酸化可抑制Cl2、Br2與水反應(yīng)，提高Cl2利用率②流程中并未直接用“含Br2的海水”進(jìn)行蒸餾得到液溴，而是經(jīng)過(guò)“空氣吹出”、“SO2吸收”、“氯化”后再蒸餾，這樣操作的意義是:溴單質(zhì)的沸點(diǎn)較低，易揮發(fā)，用熱空氣即可使其從溶液中揮發(fā)出來(lái)。與直接蒸餾含Br2海水相比效率更高，消耗能源少，成本降低。③溴單質(zhì)在四氯化碳中的溶解度比在水中大得多，四氯化碳與水不互溶，但在上述工藝中卻不用四氯化碳，原因是:四氯化碳萃取法工藝復(fù)雜，設(shè)備投資大，經(jīng)濟(jì)效益低，環(huán)境污染嚴(yán)重④蒸餾過(guò)程中，溫度應(yīng)控制在80～90℃。溫度過(guò)高或過(guò)低都不利于生產(chǎn)，請(qǐng)解釋原因:溫度過(guò)高，產(chǎn)生大量水蒸氣，溴蒸氣中水蒸氣增加；溫度過(guò)低，溴不能完全蒸出，吸收率低⑤溴蒸氣冷凝后得到液溴與溴水的混合物，可利用它們的相對(duì)密度相差很大的特點(diǎn)進(jìn)行分離，液溴從分液漏斗下口流出。海水提溴的實(shí)驗(yàn)室模擬裝置Br2＋SO2＋2H2O=2HBr＋H2SO42NaBr＋Cl2==Br2＋2NaCl2HBr＋Cl2==Br2＋2HCl例4在空氣吹出法的工藝中，有選用純堿溶液作溴蒸氣吸收劑的，也有選用SO2作溴蒸氣吸收劑的，下列有關(guān)說(shuō)法正確的是A兩種吸收過(guò)程中，Br2只作氧化劑B兩種吸收過(guò)程都發(fā)生了氧化還原反應(yīng)C用純堿溶液作吸收劑時(shí)，純堿作還原劑D用純堿溶液作吸收劑只發(fā)生了復(fù)分解反應(yīng)B3Br2＋3Na2CO3=5NaBr＋NaBrO3＋3CO25NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4=3Br2＋Na2SO4＋3H20Mg無(wú)水MgCl2MgCl2溶液MgOH2沉淀溶液熔融電解濃縮海水含Mg2石灰乳Mg2CaOH2==MgOH2Ca2就地取材－利用海灘上的貝殼(CaCO3)CaCO3==CaO+CO2↑CaO+H2O==Ca(OH)2△過(guò)濾鹽酸MgOH22HCl==MgCl2H2OMgCl2(熔融)===Mg+Cl2↑電解4海水提鎂：濃縮結(jié)晶脫水節(jié)約原料——循環(huán)利用氯元素思考工業(yè)上為何用MgCl2溶液經(jīng)加熱濃縮，冷卻結(jié)晶后得到MgCl2·6H20，再用如下方法脫水，而不是直接蒸發(fā)MgCl2溶液。例5已知反應(yīng)：MgCl2＋2H2O?MgOH2＋2HCl△H﹥0MgCl2·6H20?MgOHCl＋HCl＋5H2O△H﹥0直接蒸發(fā)MgCl2溶液或MgCl2·6H20，將使上述反應(yīng)都正向移動(dòng)，最終得到的是MgOH2，MgOH2不穩(wěn)定，受熱分解變成MgOHCl氣流作用：抑制MgCl2·6H20水解，加熱過(guò)程中結(jié)晶水不斷失去D本工藝流程中先后制得Br2、CaSO4和MgOH2，能否按Br2、MgOH2、CaSO4的順序制備？__________，原因是：例7工業(yè)上海水資源合理開發(fā)利用的部分工藝流程如圖所示：否先加石灰水，將會(huì)使部分CaSO4沉淀，造成MgOH2含有CaSO4練1目前世界上60%的鎂是從海水中提取的。已知海水提鎂的主要步驟如下：學(xué)生就這個(gè)課題提出了以下問(wèn)題：Ⅰ在海水提鎂的過(guò)程中如何實(shí)現(xiàn)對(duì)鎂離子的富集？有三個(gè)學(xué)生提出自己的觀點(diǎn)。學(xué)生1的觀點(diǎn)：直接往海水中加入沉淀劑。學(xué)生2的觀點(diǎn)：高溫加熱蒸發(fā)海水后，再加入沉淀劑。學(xué)生3的觀點(diǎn)：利用曬鹽后的苦鹵水，再加入沉淀劑。請(qǐng)你評(píng)價(jià)三個(gè)學(xué)生提出的觀點(diǎn)是否正確填“是”或“否”，并簡(jiǎn)述理由。Ⅱ在海水提鎂的過(guò)程中如何實(shí)現(xiàn)對(duì)鎂離子的分離？1為了使鎂離子沉淀下來(lái)，加入的足量試劑①是__________填化學(xué)式。2加入的足量試劑②是_______填化學(xué)式。是否正確簡(jiǎn)述理由學(xué)生1學(xué)生2學(xué)生3海水中鎂離子濃度低，沉淀劑用量大，不經(jīng)濟(jì)否否是能源消耗大，海水的綜合利用低，成本高鎂離子富集濃度高、成本低CaOH2HCl解析：Ⅰ海水中鎂的總量雖然多，但是鎂離子濃度卻很小，若直接往海水中加入沉淀劑，則所需要的沉淀劑用量大，不經(jīng)濟(jì)；高溫加熱蒸發(fā)海水，固然可以提高鎂離子濃度，降低使用沉淀劑的成本，卻消耗