4.1开发利用金属矿物和海水资源 （第2课时） 学案.doc

4.1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1了解海水资源的开发和利用前景。2了解海水淡化的方法，掌握海水的蒸馏原理。3掌握海水化学资源的开发和利用(海水制盐、海水提镁、溴、碘)。4认识化学在自然资源综合利用方面的重要价值。1海水水资源的利用(1)分类：海水的淡化和海水的循环冷却等。(2)海水的淡化：海水淡化的目的：从海水中提取淡水。海水淡化的主要方法：蒸馏法、电渗析法和离子交换法等。海水的蒸馏。a主要仪器：a：蒸馏烧瓶b：冷凝管c：锥形瓶。b冷凝水的流向：a口进，b口出。ca中加入碎瓷片的目的是防止液体暴沸。2海水化学资源的开发利用(1)海水中化学资源的特点多样性常量元素(99%)：除h、o外，含有cl、na、k、mg、ca、s、c、f、b、br、sr 11种元素；微量元素(1%)：共计80多种分散性虽然海水中元素种类很多，总储量很大，但许多元素的富集程度很低(2)海水化学资源的开发利用海水制盐把海水引到盐滩上，利用日光和风力使水分蒸发，得到食盐。海水提溴在预先经过酸化的浓缩海水中，用 cl2氧化溴离子使之成为 br2。海水提碘海带中含有碘元素，灼烧后的灰烬中碘元素主要以i形式存在，h2o2可以将其氧化成 i2。其他物质和能量a从海水中提取的铀和重水是核能开发中的重要原料。b潮汐能、波浪能等是有待开发的新型能源。新知探究1海水水资源的利用主要包括海水淡化和直接利用海水进行循环冷却。2海水淡化的方法主要有：蒸馏法、电渗析法、离子交换法等。3描述蒸馏的原理，思考蒸馏实验操作中有哪些注意事项？提示：蒸馏是利用混合液体体系中各组分沸点不同，使低沸点组分蒸发，再冷凝以分离的操作过程。注意(1)蒸馏烧瓶中所盛放液体不能超过其容积的，也不能少于。(2)温度计的水银球在支管口附近。(3)冷凝管的水流下进上出。(4)蒸馏烧瓶中加入碎瓷片，防止暴沸。名师点拨海水淡化三种方法的原理方法原理蒸馏法将海水加热至沸腾汽化，然后将蒸气冷凝而得到蒸馏水电渗析法在外加直流电场作用下，利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到除盐的目的离子交换法用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂除去海水中的阴、阳离子，得到去离子水对点演练1下列说法正确的是()a海洋约占地球表面积的71%，所以地球上不缺水，人类可以随意使用水资源，不必节约b海水淡化的主要方法有蒸馏法、电渗析法和离子交换法c海水淡化的各种方法中，蒸馏法的成本最低d以上说法都正确解析：选b地球表面咸水多，淡水少，许多国家面临着淡水资源的危机，故不可以随意浪费水资源，a错误；海水淡化的方法中蒸馏法的成本较高，c错误。新知探究1海带中碘元素的检测问题讨论(1)海带为什么不能用水冲洗？提示：因海带中的i能溶于水，故不用水冲洗干海带，以免i的损失。(2)碘易升华，为什么还可以用酒精灯灼烧海带？提示：海带中的碘元素不是以单质的形式存在，而是以i形式存在。(3)该实验中第4步和第5步的实验现象分别是什么？提示：加入稀硫酸和h2o2后，溶液由无色变为深黄色，再加入淀粉溶液后溶液变为蓝色。(4)实验中用h2o2氧化i，写出反应的离子方程式。用h2o2氧化i有何优点？提示：2h2ih2o2=i22h2o。h2o2的还原产物是水，不污染环境。2海水中提取溴从海水中提取溴，一般要经过浓缩、氧化和提取三个步骤。其主要过程为：(1)向浓缩后且用硫酸酸化的海水中通入适量的cl2，使溴离子转化为溴单质，涉及的离子方程式为：cl22br=br22cl；(2)向含溴单质的水溶液中通入空气和水蒸气，将溴单质吹入吸收塔内，使溴单质蒸气、水和吸收剂二氧化硫相互反应生成溴化氢和硫酸，以达到富集的目的，涉及的离子方程式为：br2so22h2o=4h2br；(3)向吸收塔的溶液内通入适量的氯气得到溴单质，用四氯化碳萃取、分液得到产品溴，涉及的离子方程式为：cl22br=br22cl。名师点拨1海带中提碘(1)海带中含有碘元素的检测(2)海带中提碘流程海带晒干、灼烧浸泡氧化过滤提纯碘单质主要的化学原理：2h2ih2o2=i22h2o或cl22ki=2kcli2。2海水中提取溴(1)主要方法：空气吹出法。(2)主要流程：对点演练2某同学设计实验从海带中提取碘：滴加稀硫酸和双氧水在海带中加入少量酒精，点燃使其燃烧为灰烬，在灰烬中加水搅拌加四氯化碳并振荡过滤分液该实验的合理操作顺序是( )a bc d解析：选c从海带中提取i2的流程为：海带(加少量酒精)海带灰含i的水溶液i2的水溶液i2的有机溶液，故正确步骤为。3溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65 mg/l。实验室模拟海水中溴的提取。实验方法：(1)将适量新制氯水加入到20 ml富含溴离子的海水中(海水可以用0.1 mol/l的nabr溶液代替)，把溴置换出来。氯水中的氯气作_剂，涉及反应的离子方程式为_。(2)得到的单质溴可以用有机溶剂在_(仪器)中实现萃取富集，萃取试剂用_、苯等，得到的有机层显_色。解析：把溴离子转化为溴单质时，溴离子发生氧化反应，因此需要氧化剂，氯气可以将br氧化为br2。根据萃取的原理，要从水溶液中萃取某种溶质，所选择的萃取剂一定要和水互不相溶。溴单质在有机溶剂中的颜色是橙色到橙红色。答案：(1)氧化cl22br=2clbr2(2)分液漏斗四氯化碳橙1海水是一个巨大的化学资源宝库，下列有关海水综合利用的说法正确的是()a海水中含有钾元素，只需经过物理变化就可以得到钾单质b海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化c从海水中可以得到nacl，电解熔融nacl可制备cl2d利用潮汐发电是将化学能转化为电能解析：选c海水中的钾元素是以化合态形式存在，要由化合态转化为游离态，一定发生氧化还原反应，故a不正确；海水蒸发制海盐，发生了物理变化，b也不正确；电解熔融nacl可以制得na和cl2，c正确；潮汐发电是将机械能转化为电能，因此d也不正确。2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搅拌解析：选b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，与海水晒盐的原理是相似的。3从海水中可以提取溴，主要反应为2brcl2=2clbr2。下列说法正确的是()a溴离子具有氧化性b氯气是还原剂c该反应属于复分解反应d氯气的氧化性比溴单质强解析：选d该反应是置换反应，说明氯气的氧化性比溴单质强。4从海带中提取碘的实验过程中，涉及下列操作，其中正确的是()解析：选d灼烧海带应使用坩埚，a选项错误；过滤时应用玻璃棒引流，b选项错误；苯的密度比水的小，萃取了i2的苯层在上层，应从分液漏斗上口倒出，c选项错误。5海水中含有氯化镁，是镁的重要来源之一。从海水中提取镁，可按照如下步骤进行：把贝壳制成石灰乳在引入的海水中加入石灰乳，沉降、过滤、洗涤沉淀物将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤、干燥产物将所得的产物熔融后电解。关于提取镁，下列说法不正确的是()a此法的优点之一是原料来源丰富b进行、步操作的目的是从海水中提取氯化镁c第步电解时会产生氯气d以上提取镁的过程中涉及的反应有分解反应、化合反应、置换反应和复分解反应解析：选d海水中含有丰富的镁元素，是镁的重要来源之一。从海水中制取镁，将贝壳煅烧制cao，与水反应生成ca(oh)2，加入海水中生成mg(oh)2，过滤，然后用盐酸溶解，浓缩得到氯化镁，再进行电解，得到金属镁。涉及的化学反应类型有分解反应、化合反应、复分解反应。6某同学为了验证海带中含有碘，拟进行如下实验，请完成相关问题。(1)第1步：灼烧。操作是将足量海带灼烧成灰烬。该过程中将使用到的硅酸盐实验仪器有_(填代号，限填3项)。a试管b瓷坩埚c坩埚钳d铁三脚架e泥三角 f酒精灯g烧杯h量筒(2)第2步：i溶液的获取。操作是_。(3)第3步：氧化。操作是依次加入合适的试剂。下列氧化剂最好选用_(填代号)。a浓硫酸b新制氯水ckmno4溶液dh2o2理由是_。(4)第4步：碘单质的检验。操作是取少量第3步的溶液，滴加淀粉溶液，如果溶液显蓝色，则证明海带中含碘。解析：灼烧固体通常在坩埚中进行，所以涉及的硅酸盐质仪器应有瓷坩埚、泥三角、酒精灯。灼烧所得灰烬含有可溶性i的盐，欲得其溶液需溶解、过滤，滤液即为含i的溶液。将i氧化为i2，以用于第4步的检验，最好选用过氧化氢，因为过氧化氢作氧化剂，还原产物为h2o且无杂质生成，2ih2o22h=i22h2o，加少量稀酸会促进反应。答案：(1)b、e、f(2)将灰烬转移到烧杯中，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)一、选择题1海洋是非常巨大的资源宝库，以下有关海洋资源开发利用的说法，不正确的是()a海洋约占地球上总水量的97%，水储量达1.3109亿吨，故人类不存在缺水问题b海水资源的利用包括水资源的利用和化学资源的利用，两者可以综合进行c海水中除h2o外，还含有cl、na、k、mg、ca、s、c、f等多种元素的化学资源d由于与岩石、大气和生物相互作用，海水中溶解和悬浮有大量无机物和有机物解析：选a海洋中的水，由于成分复杂，含盐量高，无法直接使用。人类面临的有限的淡水资源日益减少；海水资源的利用包括水资源的利用和化学资源的利用，两者可以综合进行；海水中除h2o外，还含有cl、na、k、mg、ca、s、c、f等多种元素的化学资源；由于与岩石、大气和生物相互作用，海水中溶解和悬浮有大量无机物和有机物。2如果实行海水淡化来供居民用水，下列方法中在原理上完全不可行的是()a加明矾使海水中的盐沉淀出来而淡化b利用太阳能使海水升温，通过蒸馏而使其淡化c将海水缓慢降温凝固以获取淡水d将海水通过离子交换树脂以除去各种离子解析：选a海水淡化的方法：蒸馏法、电渗析法、离子交换法。选项a，明矾的主要成分是kal(so4)212h2o，加明矾不能使海水中的盐沉淀出来，所以不能使海水淡化。3下列海洋资源中，属于可再生资源的是()a海洋潮汐能 b海底多金属结核矿c海滨砂矿 d海水化学资源解析：选a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。4许多国家十分重视海水资源的综合利用，不需要化学变化就能从海水中获得的物质是()acl2、br2、i2 bna、mg、alc食盐、淡水 dnaoh、h2解析：选ca、b、d中的物质必须经化学变化，才能够从海水中获取。5实验室从海带中提取碘的操作过程中，仪器选用不正确的是()选项操作选用仪器a称取3 g左右的干海带托盘天平b灼烧干海带至完全变成灰烬蒸发皿c过滤煮沸后的海带灰与水的混合液漏斗d用ccl4从氧化后的海带灰浸取液中提取碘分液漏斗解析：选b托盘天平的准确度达0.1 g，也可粗略称量，a项对；海带的灼烧需承受高温，应使用坩埚而不是蒸发皿，b项错；过滤的主要仪器为漏斗，c项对；i2在ccl4中的溶解度大于在水中的溶解度，可用分液漏斗进行萃取提取i2，d项对。6海水提碘后，不小心将碘与食盐混合，欲将二者分离开，最好的方法是()a溶解、过滤b溶解、过滤、蒸发c溶解、加agno3溶液、过滤d加热使碘升华解析：选d氯化钠很稳定，单质碘易升华，故可用升华法。7双选鉴别cl、br、i三种离子，宜选用的试剂是()a溴水和淀粉溶液 bagno3溶液和稀硝酸c氯水和ccl4溶液 d氯水和碘化钾淀粉溶液解析：选b、ca项只能检验出碘离子；cl、br、i三种离子分别与agno3溶液和稀硝酸反应产生白色沉淀、淡黄色沉淀、黄色沉淀，可用于三种离子的检验；加入氯水和ccl4溶液后，溶液分层，下层是橙红色的其原溶液中含br，下层是紫色的其原溶液中含i，无明显现象的其原溶液中含cl；d项都不能检验出来。8nacl是海水中提取出来的一种重要物质，除食用外，它还是一种工业原料，下列以nacl为原料的产品(或物质)是()烧碱纯碱金属钠氯气盐酸a bcd解析：选a在氯碱工业中，2nacl2h2o2naohh2cl2，h2与cl2化合被水吸收可得盐酸。2nacl(熔融)2nacl2，制取cl2和金属钠。在制纯碱工业中主要利用如下原理：naclco2nh3h2o=nahco3nh4cl；2nahco3na2co3h2oco2。9从海水中提取的溴占世界溴年产量的 左右。已知溴水呈橙色，将so2气体通入溴水时，可以使溴水褪色。则下列有关叙述中正确的是()aso2使溴水褪色，显示了so2的漂白性bso2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dso2是形成酸雨的唯一污染物解析：选b因为so2具有较强的还原性，而溴单质具有较强的氧化性，将so2气体通入溴水时，发生反应：so2br22h2o=h2so42hbr而使溴水褪色。由于乙醇和水互溶，故不能作萃取剂(从溴水中提取溴)。酸雨有硫酸型酸雨(主要由so2导致)和硝酸型酸雨(主要由no和no2导致)两种。10检验海带中碘元素的实验中，发生如下反应：2h2ih2o2=i22h2o，下列对该反应的叙述中不正确的是()ai2为氧化产物bh2o2既作氧化剂又作还原剂c氧化性强弱顺序为h2o2i2d生成1 mol i2时转移2 mol电子解析：选b，该反应中i2为氧化产物，h2o2作氧化剂，根据氧化性由强到弱的顺序为氧化剂氧化产物，所以氧化性h2o2i2；反应中每生成1 mol i2，转移2 mol电子。11海水淡化可采用膜分离技术，如图所示，对淡化膜右侧的海水加压，水分子可以透过淡化膜进入左侧淡水池，而海水中的各种离子不能透过淡化膜，从而得到淡水，对加压后右侧海水成分的变化进行分析，正确的是()a溶质质量增加 b溶液质量不变c溶剂质量减少 d溶质质量分数不变解析：选c右侧海水中水分子能透过淡化膜进入左侧淡水池，而各种离子不能透过淡化膜，故溶质质量不变，溶剂质量减少，溶质质量分数增大。12高分子分离膜可以让某些物质有选择地通过而将物质分离，下列应用不属于高分子分离膜的应用范围的是()a分离工业废水，回收废液中的有用成分b食品工业中，浓缩天然果汁，乳制品加工和酿酒c将化学能转换成电能，将热能转换成电能d海水的淡化解析：选c 分离物质用高分子膜的有海水淡化，废水处理、食品加工、电解饱和食盐水。但在发电过程中无论是化学能还是热能转化为电能时，都不用高分子膜。二、非选择题13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：(1)步骤反应的离子方程式是_，步骤反应的化学方程式是_。(2)从理论上考虑，下列物质也能吸收br2的是_。anaoh bfecl2 cna2so3 dh2o(3)步骤中氧化剂是_，若反应中生成2 mol hbr，则消耗_mol so2。(4)根据上述反应判断so2、cl2、br2三种物质氧化性由强到弱的顺序是_。解析：(1)步骤反应的离子方程式是2brcl2=br22cl，步骤反应的化学方程式是so2br22h2o=2hbrh2so4。(2)只从理论上考虑，naoh具有强碱性，能吸收br2，fe2、so具有还原性也能吸收br2。(3)br2so22h2o=h2so42hbr，该反应中氧化剂为br2，还原剂为so2，反应中每生成2 mol hbr，则消耗1 mol so2。(4)最后再向含hbr的溶液中通入适量cl2，蒸馏得到br2。经过上述反应过程知氧化性由强到弱的顺序为：cl2br2so2。答案：(1)2brcl2=br22clso2br22h2o=h2so42hbr(2)a、b、c(3)br21(4)cl2br2so214(1)如图所示的蒸馏装置中，请指出错误之处并加以改正：_；_；_；_。(2)一化学兴趣小组的同学通过如下实验提取海带中的碘：a粉碎海带，加一定量的氢氧化钠溶液后高温灰化；b用水浸泡海带灰，过滤；c用盐酸酸化滤液，加入碘酸钾(kio3)氧化溶液中的碘离子(i)，生成碘单质；d用四氯化碳溶液萃取水溶液中的碘。请回答下列问题：实验步骤c中相关反应的离子方程式为_。实验步骤c中也可用h2o2代替kio3，相关反应的离子方程式为_。解析：(2)中，由于kio3中碘元素为5价(高价态)，碘离子(i)为1价(低价态)，两者在酸性条件下可发生氧化还原反应，生成单质碘：io5i6h=3i23h2o。中，用h2o2代替kio3，同样发生氧化还原反应：2ih2o22h=i22h2o。答案：(1)蒸馏烧瓶中温度计水银球应在支管口处，而不应插入液面下，应将温度计向上提至水银球与支管口相平冷凝管的冷水流向是错误的，应从a处流入，b处流出接收容器用大口的烧杯，蒸气挥发太多，应用锥形瓶替换烧杯没使用石棉网，应垫上石棉网后再加热(2)io5i6h=3i23h2o2ih2o22h=i22h2o15某同学按如下实验流程提取海带中的碘，请回答相关问题：(1)第步是将海带放入_(填仪器名称)中，用酒精灯充分加热灰化。(2)第步为了加快溶解速度并使碘离子充分进入溶液，可以采取的措施是_(写出两条)。(3)实验进行到某一步骤时应检验碘的存在，具体方法是_。(4)海带灰中还含有其他无机盐类(硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐等)，这些盐类是在流程图中的第_(填编号)步与碘分离的。解析：(1)物质的灼烧应在坩埚内进行。(2)充分搅拌，加热煮沸均有利于加快溶解。(3)i的检验，可取样氧化后，用淀粉进行检验。(4)海带灰中含有的其他无机盐类(硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐等)不能在前面步骤的过滤操作中分离，应该在萃取时与i2分离。答案：(1)坩埚(2)充分搅拌，加热煮沸(3)取氧化后的溶液少量于试管中，滴加淀粉溶液，若溶液变蓝证明含碘(或取少量过滤后的溶液于试管中，滴加几滴氯水再滴加淀粉溶液，若溶液变蓝证明含碘)(4)16从海水中可提取多种化工原料，下面是工业上对海水资源综合利用的示意图。试回答下列问题：(1)粗盐中含有ca2、mg2、so等杂质离子，精制时所用试剂为a.盐酸；b.bacl2溶液；c.naoh溶液；d.na2co3溶液。则加入试剂的顺序是_(填序号)。(2)写出用海滩上的贝壳制ca(oh)2的化学方程式： _。(3)电解无水mgcl2可制取镁和cl2，其中副产品cl2和ca(oh)2可制得漂白粉。制漂白粉的化学方程式为_。(4)用海滩上的贝壳制ca(oh)2，而不从异地山中开凿石灰石制取，主要考虑到什