高中化学 第二单元 化学与资源开发利用 课题2 海水的综合利用学案 新人教版选修2.doc

课题2 海水的综合利用名师导航知识梳理 海水中的化学物质种类繁多，是巨大的资源宝库。（性质决定分离方法与试剂等）一、海水中的盐的开发和利用海水中的盐主要有氯化钠（占总量_左右）、_和硫酸钙1.海水制盐蒸发法或盐田法流程：_池_池_池（食盐及苦卤：主要含氯化钾和氯化镁）。2.食盐资源的利用氯碱工业：_。电解的概念：_。电解食盐水原理：阳极：_，阴极：_。总反应：_。（阳）离子选择性膜电解食盐水电解原理示意图：二、海水提溴(占溴产量的1/3)吹出法1.氯化：_；2.吹出：_；3.吸收：_。三、海水提镁原理：_。四、从海水中提取重水重水概念：_。原理：_。流程：_。知识导学 首先对海水含有的成分有一个大致的了解，海水含有80多种元素，主要有cl、na、mg、s、ca、k、br、c、b、sr、f。由它们构成了海水中的主要盐类，占海水总含盐量的99.899.9。其中最主要的是氯化钠。 蒸发法制盐的原理主要根据氯化钠的溶解度几乎不受温度的影响，所以从海水中获得氯化钠的方法只能从减少溶剂的角度出发来考虑。 弄清氯碱工业的原料、手段、原理。主要是以食盐为原料，以电解为手段生产一系列化工基础产品的工业，主要是电解饱和食盐水，也可电解熔融的食盐。 根据选择性离子交换膜的特点掌握其电解食盐水的电解原理、优点。电解食盐水更多地采用了此项技术，它能够有效地控制氯气与氢氧化钠的副反应的发生，可以得到浓度极高的烧碱，同时也大大降低了能源消耗。 了解溴的存在形式及制溴的原理。海水中的溴主要以溴化物的形式存在，而且浓度并不高，所以海水制溴需要用氧化剂氧化溴离子及富集溴。这也是工业上以海水制溴的基本设计思想及设计基础。 清楚从海水中提镁的流程是先富集镁然后电解镁，注意选择氯化镁电解而不选择氧化镁电解是因为氧化镁的熔点更高，需要消耗更多的能源。 首先明确氢有三种同位素和重水的组成。结合课本的硫化氢-水双温交换流程理解提取重水的原理。疑难突破1.什么叫氯碱工业？其主要原理及产品有哪些？剖析：以食盐为原料，通过电解得到一系列工业产品如氯气、氢气、氯化氢、烧碱、次氯酸钠、金属钠等的工业领域称为氯碱工业。氯碱工业的基础原料都是食盐，基本反应是电解食盐水及电解熔融的氯化钠。其他产物则是这两个基础反应的衍生产物。通常有氯气、氢气、烧碱、金属钠及次氯酸钠、氯化氢等。2.氯碱工业中需要的食盐水需要精制，如何进行食盐水的精制？剖析：氯碱工业的基础原料是食盐，但工业用盐中还含有较多的杂质，并不符合电解的需要，所以需要将相关杂质除掉后再进行电解。 根据电解需要及粗盐中的杂质类型，精制重点要除去的杂质有泥沙、钙、镁、铁离子和硫酸根。 海水粗盐（泥沙、ca2+、mg2+、fe3+、）依次加入氯化钡、碳酸钠、烧碱等含钙、镁离子的食盐水阳离子交换塔精制的食盐水。3.如何以海水为原料来提取溴？剖析：海水中的溴以溴离子的形式存在，所以海水提溴主要有两个目标：一是将溴离子氧化为溴单质；二是富集溴，因为海水中的溴的含量很低，并不符合工业生产的需要。 原理：2br-+cl2=br2+2cl- 流程：海水加入酸（调ph=3.5）和氯气吹出塔空气吹出通入二氧化硫和水吸收塔（hbr）通入氯气蒸馏塔水蒸气吹出溴蒸气冷凝收集。疑难导析 首先，氯碱工业主要从它的产品来理解本概念。它是以产品为特征得名的，它的主要产品是氯气和碱及相互间反应得到的其他产品。其次，主要原理主要掌握发生的反应、反应条件。氯碱工业的基础反应是电解饱和食盐水：2nacl+2h2o2naoh+h2+cl2 关键明确精制食盐水的目的，要除去哪些杂质。按照粗盐水与精盐水（须符合电解需求）的差别将有害杂质给除掉。 根据实际情况和除杂质的方法首先是除掉悬浮物，方法为过滤或沉降；其次是可溶性杂质，采用化学方法时，要注意选择合适的时机，加入沉淀剂然后过滤分离滤液即可。 关键弄清溴的存在形式，海水中的溴主要以溴化物的形式存在，而且浓度并不高，所以海水制溴需要用氧化剂氧化溴离子。富集溴主要从溴离子的浓度很低来理解，如果不进行富集则不具有工业生产的经济价值，所以一方面是化学原理，另一方面是经济学原理都是需要考虑的。流程根据原理来设计。问题探究问题1：盐田法海水制盐的原理及所需具备的条件有哪些？探究：氯化钠的溶解度受温度影响不大，所以要想从海水中析出氯化钠晶体，只能设法减少溶剂。所以盐田法海水制盐的原理就是在海滩上利用日照及风吹使盐水中的水分挥发，盐水浓度不断增大，直至饱和后析出晶体。 因此，为提高盐水中水分的挥发速率，盐水就需要较大的蒸发表面积，所以我们开辟盐田时一般会选择以下条件： （1）有平坦、空旷的海滩且潮汐落差大； （2）气候干燥、多风少雨； （3）远离江河入海口，避免被河水或海水冲稀。问题2：如何从海水中获得重水？探究：海水中还含有丰富的氘，在海水中氘的总蕴藏量约有21013吨，实在是人类取之不尽、用之不竭的能源。 从海水中获取氘的方法目前主要有蒸馏法、电解法、化学交换法和吸附法，其中硫化氢水双温交换法是常用的一种方法，其原理为： h2o（l）+hds（g）hdo（l）+h2s（g） 在低温时，使h2s与海水中的氘结合形成hds，然后在富集的场所加热，使hds与水分子形成含氘原子重水。不断进行循环就可得到符合工业生产的重水。问题3：如何从海水中获得金属资源？探究：海水中最主要的金属资源来自大洋锰结核，成分以锰为主，且富含多种其他有色金属，如镍、铜、钴等，总组成元素多达近80种，预计21世纪，大洋锰结核将成为世界重要的金属来源。 为了能够找到锰结核比较富集、金属品位比较高且便于开采的海区，首先要有性能优良的远洋调查船，其次要采用现代化的调查技术。 大洋锰结核的开采技术，目前比较成熟、可行的有水力提升式采矿技术与空气提升式采矿技术两种。水力提升式采矿技术是通过由采矿管、浮筒、高压水泵和集矿装置四部分组成的系统实现的。这种技术在20世纪80年代中期就已达到日产500吨的采矿能力。空气提升式采矿技术与水力提升式采矿技术大体相同，区别仅在于船上装有大功率高压气泵代替水泵。这种技术的优势是能在水深超过5 000米的海区作业，目前已具有日采300吨锰结核的采矿能力。问题导思 首先，明确海水制盐的原理是根据氯化钠的溶解度受温度影响不大，因此不能用控温的方法。盐田法制盐的核心是增大水分的蒸发量。 其次，复习蒸发的条件及促进蒸发的因素。风吹日晒有利于制盐，而且是风越大，阳光照射得越强烈越好。所以盐田总是修在风大向阳的临海海滩上，一般面积较大，一是便于管理和操作，二是有利于空气流动更加顺利以增大风速和风量。 明确氢有三种同位素、重水的组成和重水在海水中的含量。从海水中获取氘的方法很多，主要掌握常用的方法，结合课本的硫化氢-水双温交换流程理解提取重水的原理。 另外注意海水中的重水虽然总量极大，但其浓度却很低，所以技术的关键在于富集的技术，教材中介绍的硫化氢水双温热交换正是利用温度控制可逆反应来实现对氘的富集。 必须熟练掌握海水中的金属资源富含的主要成分以锰为主，总量极大，甚至超过了陆地金属资源的总和。清楚目前开采的现状和开采的实际困难，它的开采、包括勘探都存在极大的困难首先深海作业技术目前并不成熟，其次金属资源的分布一般也不集中，如果富集技术效率不高，工业生产经济效益将会制约这一产业的发展。 可以查阅资料了解开矿技术，从装置上认识水力提升式采矿技术与空气提升式采矿技术，并比较两种技术的优势。典题精讲【例1】 海水是取之不尽的化工原料资源库，从海水中可提取各种化工原料。下列是工业上对海水的几项综合利用的示意图：图2-10试回答下列问题：(1)粗盐中含有ca2+、mg2+、等杂质，精制时所用试剂为：a.盐酸；b.bacl2溶液；c.naoh溶液；d.na2co3溶液。加入试剂的顺序是：_。(2)电解饱和食盐水时，与电源正极相连的电极上发生的反应为_。与电源负极相连的电极附近溶液ph_（填“变大、不变”或“变小”）。若1 mol电子的电量为96 500c，则用电流强度为100 a的稳恒电流持续电解3分13秒，则在两极上共可收集到气体_ ml（s.t.p）。若保证电解后饱和食盐水的浓度不变，则可采取的方法是_。(3)由mgcl26h2o晶体脱水制无水mgcl2时，mgcl26h2o晶体在_气氛中加热脱水，该气体的作用是_。(4)电解无水mgcl2所得的镁蒸气可以在下列_气体中冷却。a.h2 b.n2 c.co2 d.o2思路解析：(1)该小题属离子除杂题。除杂原则是在除去ca2+、mg2+、时，不能带入杂质离子。所以，解此题的关键是把握好加入离子的顺序：ba2+必须在之前加入；、oh必须在h+之前加入，所以b、c不分先后，而d、a本身既分前后，又必须放在b、c之后才能满足条件。(2)电解饱和食盐水时，与正极相连的阳极发生的反应是：2cl2e-=cl2，与负极相连的阴极发生的反应是：2h+2e-=h2。h+不断消耗，使得溶液中c（oh）增大，ph变大。电解中外溢的是cl2、h2，所以要确保原溶液浓度不变，只能向体系中通入一定量的hcl气体以补足损失的h、cl原子。易错处是加入盐酸，使溶液浓度变小。(3)抑制水解平衡mgcl2h2omg（oh）clhcl正向进行。(4)镁蒸气可以与氮气、氧气和二氧化碳反应，所以只能用氢气来冷却。答案：(1)bcda或cbda (2)2cl2e-=cl2变大 4 480 向电解液中通入一定量的hcl气体 (3)hcl 防止mg2+水解 (4)a【例2】市售家用消毒液发生器是化学知识在日常生活中的“创新”应用。该发生器利用常见的精盐和自来水为反应物。通电时发生器中电解槽内的极板上产生大量气泡；切断电源后所得消毒液具有强烈的杀菌能力，且对人体无毒。跟该发生器直接有关的化学反应是（ ）a.2nacl + 2h2o2naoh + h2+ cl2b.h2+ cl2=2hclc.cl2+ 2naoh=naclo + nacl + h2od.cl2+ h2o=hcl + hcloe.2hclo2hcl + o2思路解析：电解食盐水可生成cl2、h2和naoh，cl2跟naoh溶液反应能生成naclo，次氯酸钠具有强烈的杀菌能力，且对人体无毒。综上所述应该选a、c。答案：ac典题导考 绿色通道：根据工业流程图了解工业生产的原理并根据生产原理来讨论问题是我们学生学习工业技术的主要方式，所以只要设法看懂流程图，其他问题就可迎刃而解。【典题变式】 1.海带中含有丰富的碘，一般以i存在，可用离子交换法来提取海带中的碘，用溶液调节清液的ph至1.52，滴入naclo，此时清液变成棕褐色（此时应控制naclo的用量，只使部分i氧化为i2，故无沉淀生成）。写出naclo与i反应的离子方程式：_。此时碘元素主要存在的形式为_；在实际操作中，为什么不能加入过量naclo,而使i完全氧化？（结合以下各步操作考虑这个问题）2.某工厂的污水中含有fe3、cu2、hg2等离子，为了充分利用资源和保护环境，需要回收污水中的铜和汞。请你设计一个回收的实验方案，要求写明简要的操作步骤和有关的化学方程式或离子方程式。3.海水中提取金属镁的反应为：ca（oh）2+mg2=mg（oh）2+ca2mg（oh）2+ 2hcl=mgcl2+2h2o；mgcl2经干燥后电解：mgcl2mg+cl2，生产mg的工厂的主要原料取自海边的物质及购入一些天然气等。回答下列问题：(1)怎样得到ca（oh）2，够用吗？(2)怎样得到hcl，够用吗？(3)怎样得到干燥mgcl2？4.在海洋的底部存在大量的可燃冰，其中含有相当数量的可燃气体。现已查明海底可燃冰所蕴藏的能量是地球上煤、石油的几百倍。那么多的可燃气体是从哪里来的呢？ 绿色通道：消毒使用的是强氧化剂，涉及的化学反应原理是基础化学里介绍过的，熟练掌握电解食盐水的原理及消毒的原理，就可解答此题。【典题变式2】 用自来水养金鱼时，通常先将自来水经日晒一段时间后，再注入鱼缸，其目的是（ ）a.利用紫外线杀死水中的细菌 b.提高水温，有利于金鱼生长c.增加水中氧气的含量 d.促使水中的次氯酸分解典题变式答案【典题变式1】 1.2lcio2h=i2clh2o i3保留一部分l-使i2与其形成i3，这样既可通过离子交换树脂进行富集，又可增加离子交换树脂的交换容量压力（此时一个i3所占的位置也只相当于一个i的位置）。如果i全都氧化为i2，则无法在阴离子交换树脂上进行阴离子交换。2.取污水加过量的铁粉，充分搅拌后过滤，可得滤渣。用足量盐酸洗涤滤渣，过滤，再用水洗涤滤渣，即得cu、hg的固体混合物。加热cu、hg混合物，汞变为