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4.1.2海水资源的开发利用(人教版)


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第 2 课时

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海水资源的开发利用

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三维目标
1.学会用化学方法对海水资源进行开发利用,特别是在提取溴、碘、镁中 知识与技能 的应用 2.认识化学在海水资源综合开发利用方面的重要价值 过程与方法 情感、态度 与价值观 1.通过模拟海水淡化

实验,学会应用蒸馏法分离物质 2.通过海水中氯化钠的提取和应用,理解海水综合利用的重要性 懂得海洋是一个宝藏,但它需要我们合理地进行开发利用,培养珍惜资源 的价值观

思维激活
海洋,这个生命的摇篮,它是一个取之不尽的大宝藏,也将是生命的乐园。那么我们怎么去开发海洋 资源呢?如何将海洋资源进行可持续的开发和利用呢?

自学导引
一、海水中水资源的利用 海水中水的储量约为 1.3×109 亿吨,约占全球总水量的 97%。海水中水资源的利用,主要包括海水的 淡化和直接利用海水进行循环冷却。

上图是实验室模拟蒸馏法淡化海水的装置图, 该装置中所用的玻璃仪器有酒精灯、 圆底烧瓶、 冷凝管、 牛角管(或接液管、接受器)、锥形瓶。在冷凝管中通入冷却水一般是从下口进水、上口出水。 二、海水淡化 1.途径:通过从海水中提取淡水或把海水中的盐分离出去,都可以达到淡化海水的目的。 2.方法:海水淡化的方法主要有蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。其中蒸馏法淡化海水的历史最 久,技术和工艺比较成熟,但成本较高。 3.方向:海水淡化与化工生产、能源技术相结合,成为海水综合利用的重要方向。
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A.蒸馏法是海水淡化的方法之一 B.淡水的密度小于海水的密度 C.融化的雪水中矿物质含量比深井水少 D.蒸馏法是化学变化 答案 D 三、海水化学资源的开发 1.海水化学资源的特点

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思考题 1 水资源非常重要,联合国确定 2003 年为国际淡水年。下列关于水的说法中错误的是( ..

)

(1)多样性:由于与岩石、大气、生物的相互作用,海水中溶解和悬浮着大量的无机物和有机物,按含 量计,海水中的 H、O 两种元素,加上 Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr 等 11 种元素的含量 超过海水总量的 99%,其他为微量元素,总计有 80 多种元素。 (2)分散性:虽然海水中元素种类很多, 总储量很大,但许多元素的浓度(或富集程度)却很低。 2.从海水中获得的产品及其用途 (1)食盐:除食用外,还用做工业原料,如生产烧碱、纯碱、金属钠及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工 产品。 (2)从海水中制取镁、钾、溴及其化工产品。 (3)铀和重水是核能开发中的重要原料,它们的提取对一个国家来说具有战略意义。 (4)海洋药物。 (5)海洋中的新型能源:潮汐能、 波浪能。 思考题 2 环境与可持续发展是现在国际的主题,合理利用海水是可持续发展的一个任务。下列对海 水利用的认识错误的是( .. 题 B.海水可以成为廉价的能源基地,但不能开发过度,要适度使用和开发 C.可以用太阳能电解海水以获取氢能源 D.人类在利用海水时要兼顾海洋生物和海洋生态平衡 答案 A )

A.海水中有大量人类需要的物质,人类可以无限制地开发利用海水中的物质,以满足资源短缺的问

名师解惑
一、海水化学资源的综合利用 1.以海水中 NaCl 为原料的相关化工产品 主要流程:

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有关反应的化学方程式: 电解 2NaCl(熔融)=====2Na+Cl2↑ 4Na+TiCl4(熔融)===4NaCl+Ti 电解 2NaCl+2H2O=====2NaOH+H2↑+Cl2↑ NaCl+NH3+H2O+CO2===NaHCO3↓+NH4Cl △ 2NaHCO3=====Na2CO3+H2O+CO2↑ 2.海水中镁的提取 主要流程:

有关反应的化学方程式: MgCl2+Ca(OH)2===Mg(OH)2↓+CaCl2 △ Mg(OH)2=====MgO+H2O Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O 电解 MgCl2(熔融)=====Mg+Cl2↑ 3.海水中溴的提取 主要流程: 浓缩 通入空气 反应后 - - 通入 - - 通入Cl2 海水 ― → 浓缩海水Br ― → 海水Cl 、Br2 水蒸气(吹出) 吸收塔SO2 富集溴 Br 、SO42 ― ― ― ― ― ― ― ― ― → ― → ― ― → 酸化 氯气
- 分离 Br2、Cl ― → 溴单质 ―

有关反应的化学方程式: Cl2+2NaBr===2NaCl+Br2 Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4 2HBr+Cl2===2HCl+Br2 4.海带中碘的提取 主要流程:
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有关反应的离子方程式: Cl2+2I ===I2+2Cl
- - -

或 H2O2+2I +2H ===I2+2H2O 二、蒸馏问题 蒸馏适用于分离互溶但沸点不同的液态混合物,如酒精与水的分离、海水淡化等。 1.主要仪器:铁架台、酒精灯、温度计、石棉网、蒸馏烧瓶、冷凝管、接液管、锥形瓶。 2.装置图(如下图)。



3.注意事项: (1)蒸馏烧瓶须垫石棉网加热或水浴加热(防止温度过高且能使溶液受热均匀)。 1 (2)蒸馏烧瓶所盛液体不能超过烧瓶容量的 。 2 (3)须向蒸馏烧瓶中加几粒沸石或几片碎瓷片,以防液体暴沸。 (4)温度计的量程应高于馏分的最高沸点,要使温度计的水银球放在蒸馏烧瓶的支管口处。 (5)若馏分在冷凝管里用自来水冷却,则自来水要从冷凝管的下口进、上口出。

典例导析
知识点 1:海水资源的开发与应用 例 1 海水占地球总储水量的 97.2%,若把海水淡化和化工生产结合起来,既可解决淡水资源缺乏的 问题,又可充分利用海洋资源。 (1)海水中存在大量的氯化钠,氯化钠中的金属元素位于元素周期表的第________周期。 电解 (2)工业上利用电解饱和食盐水的方法, 可制得重要的化工产品。 反应的化学方程式为食盐+H2O― → ― NaOH+H2↑+Cl2↑(未配平),该反应中食盐的化学式是________。利用电解所得的气体制 36.5%的浓盐 酸 1000 t,最少需消耗食盐______t。(可能用到的相对原子质量:H 1 O 16 Na 23 Cl 35.5) (3)近年来, 有人提出了一种利用氯碱工业产品及氯化钠循环治理含二氧化硫的废气并回收二氧化硫的 方法。该方法的流程如下:
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请写出反应②、④的化学方程式:_______________________、_______________________。 解析 (1)氯化钠中的金属元素为钠,它应位于元素周期表的第三周期。 1000 t×36.5% (2)食盐的化学式即 NaCl,要制 36.5%的浓盐酸 1000 t,所消耗的食盐应为 ×58.5 g· mol - 36.5 g· mol 1
-1

=585 t。 (3)由图示给出的反应物和生成物,不难写出反应②的化学方程式为 NaOH+SO2===NaHSO3,反应④

的化学方程式为 NaHSO3+HCl===NaCl+H2O+SO2↑。 答案 (1)三 (2)NaCl;585 (3)NaOH+SO2===NaHSO3;NaHSO3+HCl===NaCl+H2O+SO2↑ 跟踪练习 1 我国有丰富的海水资源,开发和利用海水资源是当前科学研究的一项重要任务。下图所 示是海水综合利用的一个方面:

根据上述流程图,回答下列问题: (1) 写 出 ①② 两 步 加 入 的 试 剂 和 有 关 反 应 的 离 子 方 程 式 : ___________________________ 、 ____________________________________________。 (2) 写 出 ③④⑤ 的 化 学 方 程 式 : ____________________________________ 、 __________________________________、______________________________________。 答案


(1)①步的试剂是石灰乳:Mg2 +Ca(OH)2===Mg(OH)2↓+Ca2 ;②步的试剂是氯气:2Br +







Cl2===2Cl +Br2 (2)③Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O 电解 ④MgCl2(熔融)=====Mg+Cl2↑ 电解 ⑤2NaCl+2H2O=====2NaOH+Cl2↑+H2↑ 知识点 2:海带中碘单质提取实验的考查 例 2 海带中含有丰富的碘,为了从海带中提取碘,某研究性学习小组设计并进行了以下实验:

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请填写下列空白:

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(1)步骤①中灼烧海带时,除需要三脚架外,还需要用到的实验仪器是______________。 (2)步骤③的实验操作名称是______________;步骤⑥的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收 苯,该步骤的实验操作名称是______________。 (3)步骤④反应的离子方程式是________________________________________________。 (4)步骤⑤中,某同学选择用苯来提取碘的理由是____________________________。 (5) 请 设 计 一 种 检 验 提 取 碘 后 的 水 溶 液 中 是 否 还 含 有 单 质 碘 的 简 单 方 法 : ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析 (1)灼烧需要较高的温度,故应选用的仪器为坩埚、坩埚钳、泥三角、酒精灯和三脚架。 (2)要从海带灰悬浊液中将 I 提取出来,采用过滤的方法即可。因苯的沸点低,可将含碘苯溶液进行蒸 馏,将苯除去后从而得到单质碘。 (3)I 与 H2O2 在酸性条件下的反应,可由氧化还原反应规律,再结合电荷守恒来书写。 (4)选用萃取剂必须满足的条件是:①溶质在萃取剂中的溶解度要比在原溶剂中的溶解度大得多;②萃 取剂与原溶剂互不相溶;③萃取剂与溶质、原溶剂不发生反应。 (5)单质碘的检验是根据其与淀粉作用呈蓝色的特征反应进行的。 答案 (1)坩埚、坩埚钳、泥三角、酒精灯 (2)过滤;蒸馏 (3)2I +H2O2+2H ===I2+2H2O (4)苯与水互不相溶,碘在苯中的溶解度比在水中大 (5)取少量提取碘后的水溶液于试管中,加入几滴淀粉溶液,观察是否出现蓝色(如果变蓝,说明还有 单质碘) 跟踪练习 2 海带中含有丰富的碘元素,某化学研究性学习小组用如下流程从海水中提取碘:
- + - -

(1)若操作①为通入适量的 Cl2,则发生反应的离子方程式为________________________。 (2)操作②的名称是____________,所用的玻璃仪器有________________________,可以选用的有机溶 剂是____________(填一种)。 答案 (1)2I +Cl2===I2+2Cl
- -

(2)萃取、分液;分液漏斗、烧杯;苯(或四氯化碳等,其他合理答案均可)

同步测控
小试牛刀 1.2008 年 3 月 22~28 日是第二十一届“中国水周”。我国开展“中国水周”活动的宣传主题为“发 展水利,改善民生”。下列有关水的说法中不正确的是( ...
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)
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A.用太阳能蒸馏海水是海水淡化的绿色方法之一 B.推广使用无磷洗衣粉主要是为了防止水体富营养化 C.多建水电站,少建火电站可减少大气污染 D.为满足居民用水需求,可以大量开采地下水 答案 D 2.下列海洋资源中,属于可再生资源的是( A.海洋潮汐能 C.海滨砂矿 答案 A 3.海水是巨大的资源宝库。下图表示以海水为基本原料的相关工业,其中不符合实际情况的是( ... ) B.海底多金属结核矿 D.海水化学资源 )

答案 D 4.从海水中可获得的在常温下为液体的单质是( A.Mg 答案 C 5.下列方法中,不能实现海水淡化的是( .. A.蒸馏法 C.过滤法 答案 C 6.下列各组物质,不需要经过化学变化就能够从海水中获得的是( ... A.氯、溴、碘 C.烧碱、氢气 答案 D 7.萃取是“海水提溴”工艺中重要的操作之一。某同学向试管内的溴水中滴加 a 物质后有如图所示 的现象,则 a 物质可能是( ) B.钠、镁、铝 D.食盐、淡水 ) B.电渗析法 D.离子交换法 ) B.K C.Br2 ) D.I2

A.汽油 C.苯
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B.四氯化碳 D.酒精
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答案 B

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8.已知 MgO、MgCl2 的熔点分别为 2800 ℃、604 ℃,将 MgO、MgCl2 加热熔融后通电电解,都可得 到金属镁。海水中含有 MgCl2,下列工业上从海水中提取镁的方法中,正确的是 ( NaOH 电解 A.海水― → Mg(OH)2― →Mg ― ― HCl 电解 B.海水― →MgCl2 溶液― ― →MgCl2 熔融― →Mg ― 石灰乳 灼烧 电解 C.海水 ― → Mg(OH)2― →MgO― →Mg ― ― ― 石灰乳 HCl 电解 D.海水 ― → Mg(OH)2― →MgCl2 溶液― ― ― →MgCl2 熔融― →Mg ― 答案 D 1 9.从海水中提取的溴占世界年产溴量的 。已知溴水呈橙色,将 SO2 气体通入溴水时,可以观察到溴 3 水褪色。则下列有关叙述中正确的是( ) )

A.SO2 使溴水褪色,显示了 SO2 的漂白性 B.SO2 使溴水褪色,显示了 SO2 的还原性 C.从溴水中提取单质溴,可以用乙醇进行萃取 D.SO2 是形成酸雨的唯一原因 答案 B 10.海洋约占地球表面积的 71%,具有十分巨大的开发潜力。其中,海水水资源的利用和海水化学资 源的利用具有非常广阔的前景。 (1)目前,国际上实用的“海水淡化”的主要技术之一是蒸馏法。蒸馏法是将水变成蒸汽,蒸汽经冷却 而得到高纯度的淡水。由此可判断蒸馏法是__________(填“物理”或“化学”)变化。 (2)海水里的镁元素处于__________(填“游离”或“化合”)态。写出用电解法冶炼金属镁的反应的化 学方程式:__________________________________;得到的镁蒸气可以在__________(填字母)的氛围中冷 却。 A.H2 答案 (1)物理 电解 (2)化合;MgCl2(熔融)===== Mg+Cl2↑;AB 11.某同学为了验证海带中含有碘,拟进行如下实验,请回答下列问题: (1)第一步:灼烧。其操作是将足量的海带灼烧成灰烬。该过程中将使用到的硅酸盐质实验仪器有 ______(填字母,限填 3 项)。 A.试管 B.瓷坩埚 C.坩埚钳 D.铁三脚架 B.Ar C.空气 D.O2

E.泥三角 F.酒精灯 G.烧杯 H.量筒 (2)第二步:I 溶液的获取。其操作是__________________________________________。 (3)第三步:氧化。其操作是加入合适的氧化剂。下列氧化剂中从环境保护角度考虑,最好选用 __________(填字母)。
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A.浓硫酸 C.KMnO4 溶液 B.氯气 D.H2O2

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理由是________________________________________________________________________。 (4)第四步:碘单质的检验。其操作是取少量(3)中的溶液,滴加________溶液,若溶液显蓝色,则证明 海带中含碘。 答案 (1)BEF (2)将海带灰转移到烧杯中,加适量蒸馏水,用玻璃棒充分搅拌,煮沸,过滤 (3)D;过氧化氢是绿色氧化剂,在氧化过程中不引进杂质,不产生污染(不会进一步氧化单质碘) (4)淀粉 12.从海水中可提取多种化工原料,下面是某化工厂对海水的几项综合利用流程图: 精制 电解 ?粗盐― →饱和NaCl溶液― →NaOH、Cl 和H ― ― 2 2 ? 结晶 海水― →? ― 过滤 石灰水 加盐酸 脱水 电解 ?滤液 ― → Mg(OH)2浓缩结晶MgCl2· 2O― →MgCl2― →Mg和Cl2 ― ― ― → ― ― 6H ― ― ? 试回答下列问题: (1)粗盐中含有 Ca2 、Mg2 、SO42 等杂质离子,精制时常用的试剂有:①稀盐酸;②氯化钡溶液;③ 氢氧化钠溶液;④碳酸钠溶液。下列加入试剂的顺序中正确的是________(填字母)。 A.①②③④ C.②④③① B.②③④① D.③④②①
+ + -

(2)为了降低生产成本,可用海滩上含 CaCO3 的贝壳制备 Ca(OH)2 ,有关反应的化学方程式为 ______________________________________________。 (3)写出电解饱和 NaCl 溶液的化学方程式:______________________________________________。 (4)以上海水综合利用的流程中,没有涉及的化学反应类型有________(填字母)。 A.化合反应 C.置换反应 答案 (1)BC 高温 (2)CaCO3=====CaO+CO2↑、CaO+H2O===Ca(OH)2 电解 (3)2NaCl+2H2O=====2NaOH+H2↑+Cl2↑ (4)AC 更上一层 13.空气吹出法是用于工业大规模海水提溴的常用方法。有一种生产工艺流程是①浓缩;②氧化,用 Cl2 将海水中的 NaBr 氧化成 Br2;③富集,用空气和水蒸气将 Br2 吹入吸收塔与吸收剂 SO2 水溶液反应生 成 HBr;④提取,再用 Cl2 将 HBr 氧化成 Br2 得到产品。从氧化还原反应的角度看,上述生产工艺流程中 溴元素经历的变化是( ) B.氧化、还原、氧化
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B.分解反应 D.复分解反应

A.还原、氧化、还原
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C.氧化、氧化、还原 答案 B

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D.还原、氧化、氧化

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14.NaCl 是从海水中提取出来的一种重要物质,除了作调味品以外,它还是一种重要的化工原料。下 列产品或物质能以 NaCl 为主要原料制取的是( ①金属钠 ②氯气 ③烧碱 A.只有①② C.只有①②③④ 答案 D 15.海洋植物中含有丰富的碘元素,如海带、海藻等,碘元素通常以碘离子的形式存在。实验室中用 海藻提取碘的流程如下图所示: )

④盐酸 ⑤纯碱

B.只有①②③ D.全部

(1) 写 出 提 取 碘 的 过 程 中 实 验 操 作 ① 的 名 称 : ________ ; 过 程 ② 中 有 关 反 应 的 离 子 方 程 式 为 __________________________________________________。 (2) 提 取 碘 的 过 程 中 可 选 用 的 有 机 试 剂 为

________________________________________________________________________。 A.酒精、四氯化碳 B.四氯化碳、苯 C.汽油、醋酸 D.汽油、酒精

(3)为使海藻灰中的碘离子转化为碘的有机溶液,若实验室里有烧杯、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,则尚缺少的玻璃仪器是______________。 (4)从含碘的有机溶剂中提取碘,还要经过蒸馏,通常将盛有碘的有机溶剂的烧瓶放入水中加热,有机 溶 剂 的 沸 点 较 低 。 请 指 出 下 图 所 示 的 蒸 馏 装 置 中 的 三 处 错 误 : ____________________________________________________________。最后晶态碘在__________中。

答案 (1)过滤;2I +Cl2===2Cl +I2
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(2)B (3)普通漏斗、分液漏斗

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(4)没有石棉网,温度计插到了液面下,冷凝管的进、出水口方向颠倒;烧瓶 16.空气吹出法是工业上用于大规模海水提溴的常用方法,其流程如下:

已知吸收塔中的反应为 SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBr。现有 24 L 海水经上述流程处理,若向吸收 液中加入足量的 BaCl2 溶液后得到 2.097 g 白色沉淀。试回答: (1)写出步骤②的离子方程式:__________________________________________。 (2)吸收塔中反应消耗 SO2 的体积为______mL(标准状况下)。 (3)海水中 Br 的浓度为________g· 1。 L 答案 (1)2Br +Cl2===Br2+2Cl (2)201.6 (3)0.06
- - - -

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