海水资源的开发利用+高一下学期化学人教版必修第二册

人教版必修第二册第八章化学与可持续发展

第一节自然资源的开发利用

第2课时海水资源的开发利用【学习目标与核心素养】学习目标1、知道海水淡化的意义和方法。2、熟知从海水中提取溴的原理。3、了解煤、石油和天然气的组成及综合利用。

核心素养1、科学探究：认识海水资源的多样性和分散性；不断创新海水资源开发利用的途径和方法。2、社会责任：通过煤、石油和天然气的综合利用和海水资源保护意识和合理开发，建立可持续发展意识和绿色化学观念，并能对与此有关的社会热点问题做出正确的价值判断。你知道海洋中有哪些可以利用的资源吗？海洋约占地球表面积的71%，海水中含量最多的O、H两种元素，加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11种元素，其总含量超过99%，其余1%为70多种含量微少的元素。被称为“元素的故乡”。【引入】元素浓度（mg/L）元素浓度（mg/L）元素浓度（mg/L）钠Na1.1×104氯Cl1.9×104金Au4.0×10－6镁Mg1.3×103溴Br6.7×101铀U3.0×10－4钾K3.8×102碘I6.0×10－2镍Ni2.0×10－3锂Li1.7×10－1铯Cs5.0×10－4钼Mo1.0×10－2问题1.你认为可以从海水中获得哪些产品或资源，为什么？（1）可以从海水中获得储量特别大的如Na、Mg、Cl、Br等元素的单质及化合物；具有特别用途的如Li、Mo、Cs、U等元素的单质及化合物；特别贵重的元素如Au的单质及化合物。（2）总量巨大但浓度极低，要耗费大量能源和时间进行富集、分离和提纯海水资源的分布特点：广阔性、多样性、分散性海水能源资源的利用：海水资源的开发利用海水水资源的利用：海水化学资源的开发利用海水提镁海水提溴海带提碘海水制盐潮汐能、波浪能等海底可燃冰海水循环冷却海水淡化1、海水淡化2、海水循环冷却服务于火电厂、核电厂的循环冷却蒸馏法

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

在外加直流电场的作用下，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离子、阳离子，得到去离子水一、海水资源的开发利用目的：从海水中提取淡水蒸馏法的历史最久。①

海水的蒸馏一、海水资源的开发利用分离沸点相差较大的液体混合物，也可除去水等液体中难挥发或不挥发的杂质。蒸馏酒精灯蒸馏烧瓶温度计冷凝管牛角管锥形瓶沸石①

海水的蒸馏一、海水资源的开发利用【思考】为什么冷却水通入方向与被冷凝蒸气流向相反？为了使蒸馏出的蒸气与冷却水长时间充分接触，带走尽可能多的热量。为什么温度计水银球的顶端要与圆底烧瓶支管下沿处于同一水平线。测量蒸气的温度

原理：加热到水的沸点，液态水变为水蒸气，与海水中的盐分离，水蒸气冷凝得到淡水【课堂练习】典例1.海水淡化可使用蒸馏法。如图所示为以自来水为原料制取蒸馏水的实验装置,请回答下列问题。(1)图中的两处明显错误①

;②

。

(2)仪器A的名称是

,仪器B的名称是

。(3)实验时A中除加入自来水外,为防止液体暴沸还需加入少量

。

温度计的水银球插入液体中冷却水进出口方向反了蒸馏烧瓶碎瓷片(或沸石)冷凝管海水化学资源的开发利用⑴定义：从海水中提取食盐的传统方法称为“盐田法”，又称“滩晒法”，是最简便和经济有效的方法。⑵原理：蒸发、结晶⑶过程：海水盐田饱和食盐水粗盐精盐风吹日晒水分蒸发风吹日晒水分蒸发引入提纯⑷用途：制得的氯化钠除食用也是生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸的工业原料。海水日晒制盐一、海水制盐(Mg2+、SO42-、Ca2+)从海水中制得的氯化钠除了供食用，还作为化工原料用于生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸等。氯碱工业制钠和氯气制盐酸制漂白剂(84)2NaOH＋Cl2==NaCl＋NaClO＋H2O2NaCl＋2H2O2NaOH＋H2↑＋Cl2↑电解2NaCl(熔融)2Na＋Cl2↑电解H2＋Cl22HCl点燃NaClNaHCO3Na2CO3侯氏制碱法

①

NaCl(饱和)+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl②

2NaHCO3==Na2CO3+H2O+CO2↑△饱和NaCl溶液NH3足量CO2足量过滤滤液NH4Cl沉淀NaHCO3△Na2CO3先通NH3，再通CO2△【课堂练习】C二、海水提溴溴是唯一一种常温状态下是液态的非金属单质。（吹出法）溴及其化合物在医药、农药、染料和阻燃剂等的生产中有广泛应用。海水Br-混合体系含量低Br-存在于一个含有多种成分、且富集程度较低的复杂体系中二、海水提溴（吹出法）问题1：如何将海水中的Br-与其他杂质分离？提出方案海水Br-（Na+、Mg2+、Cl-.......）资料卡片：Br2是具有挥发性的红棕色液体，熔点为-7.2℃，沸点58.76℃。可溶于水，易溶于乙醇、苯等有机溶剂。Br2具有强的氧化性。蒸馏：适用于“液+液”的混合物或“固（可溶性）+液”且固体熔沸点较高的混合物。通过加热，沸点低的物质先气化被蒸出，进而冷凝收集即可获得产品。Br2氧化剂Cl2氧化性：Cl2＞Br2＞I2分离Br2蒸馏溶液二、海水提溴（吹出法）资料卡片：

工业上常用的一种海水提溴技术叫做“吹出法”，其过程主要包括氧化（用氯气氧化海水中的溴离子）、吹出（用空气将生成的溴吹出）、吸收（用二氧化硫作还原剂使溴转化为氢溴酸，以使其与空气分离）、蒸馏（再用氯气将氢溴酸氧化为溴后蒸馏分离）等环节。请分析并讨论以上生成流程，写出氧化和吸收环节主要反应的离子方程式。写出生成流程的主要步骤、离子方程式、完成工业流程图序号步骤离子方程式①②③④⑤氧化吹出吸收氧化、蒸馏冷凝二、海水提溴海水Br-氧化室酸和Cl2吹出塔空气吸收塔SO2和H2O蒸馏塔Cl2冷凝器Br2①②③④海水Br-氧化剂Cl2蒸馏Br2（aq）Br2工业流程讨论方案为什么Br-已经被氧化，还需要SO2还原从而二次氧化？Br2海水Br2+空气⑤为什么不直接蒸馏

？吸收液Br-富集1molBr2~2molCl2二、海水提溴（吹出法）资料卡片：

工业上常用的一种海水提溴技术叫做“吹出法”，其过程主要包括氧化（用氯气氧化海水中的溴离子）、吹出（用空气将生成的溴吹出）、吸收（用二氧化硫作还原剂使溴转化为氢溴酸，以使其与空气分离）、蒸馏（再用氯气将氢溴酸氧化为溴后蒸馏分离）等环节。请分析并讨论以上生成流程，写出氧化和吸收环节主要反应的离子方程式。写出生成流程的主要步骤、离子方程式、完成工业流程图序号步骤离子方程式①②③④⑤氧化吹出吸收氧化、蒸馏冷凝2Br-+Cl2=2Cl-+Br2Br2+SO2+2H2O=H2SO4+2HBrBr2+SO2+2H2O=4H++SO42-+2Br-2Br-+Cl2=2Cl-+Br22HBr+Cl2=2HCl+Br2Br2挥发性二、海水提溴（浓缩海水）溴0.0672g/L溴30g/L富集富集转化分离条件控制、生产效率、环境保护等二、海水提溴寻找自然资源化工产品物质转化富集元素分离提纯失电子Br-Br2-10被氧化得电子MM+n0被还原如：海水钠、海水提镁等1.从淡化海水中提取溴的流程如下：下列有关说法不正确的是（）A.X试剂可用Na2SO3饱和溶液B.步骤Ⅲ的离子反应：2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2C.工业上每获得1molBr2，需要消耗Cl244.8LD.步骤Ⅳ包含萃取、分液和蒸馏C【课堂练习】2.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所示：(1)步骤①反应的离子方程式是________________________。(2)步骤③反应的化学方程式是_______________________________。(3)从理论上考虑，下列物质也能充分吸收Br2的是_____(填字母)。A.NaOH B.FeCl2 C.Na2SO3 D.H2O2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBrABC(4)步骤⑤蒸馏过程中，温度应控制在80～90℃。温度过高或过低都不利于生产，若温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水分增加；若温度过低，则_________________________。溴不能完全蒸出，产率低【课堂练习】三、海水提镁MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑通电海水Mg2+Mg(OH)2加碱过滤加酸MgCl2溶液蒸发？设计方案苦卤富集MgCl2溶液HCl加热浓缩、降温结晶HCl气流中加热脱水MgCl2水解：MgCl2+H2O⇌Mg(OH)2+HClCa(OH)2H2加热可以除去过量HCl三、海水提镁一、制备Ca(OH)2CaCO3

CaO＋CO2↑CaO＋H2O==Ca(OH)2二、沉淀Mg2+Ca(OH)2＋MgCl2==Mg(OH)2↓＋CaCl2三、制备MgCl2Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O四、MgCl2·6H2O晶体脱水MgCl2·6H2O

==

MgCl2+6H2O↑

HCl▲五、制取MgMgCl2(熔融)==

Mg+Cl2↑

电解1、由MgCl2·6H2O制备无水MgCl2，必须在HCl气流中加热，以防MgCl2

水解。2、因镁在高温下能与O2、N2、CO2等气体发生反应，故工业电解MgCl2，得到的镁，应在H2氛围中冷却。【课堂练习】D四、海带提碘H2O2（H+）或Cl2I-I-稀硫酸的作用：增强H2O2的氧化性；抑制I2与水反应2H＋＋2I－＋H2O2

=

I2＋2H2O/Cl2＋2I－=I2＋2Cl－坩埚为什么不直接蒸馏I2的水溶液？蒸馏先出来的是哪个物质？水沸点100℃，与I2升华温度接近，I2沸点184℃，CCl4沸点77℃。直接蒸馏碘的水溶液，导致碘升华，且碘在水中溶解度低，需先用CCl4萃取。蒸馏先出来的是CCl4,留下的是I2四、海带提碘H2O2（H+）或Cl2I-I-坩埚方法一：浓NaOH溶液分液含I-、IO3-溶液H2SO4I2的水溶液过滤单质I2反萃取3I2+6OH-=5I-+IO3-+3H2O5I-

+

IO3-+

6H+

=3I2+3H2O方法二：【课堂练习】A【总结】MgCl2HClMg电解（熔融）Cl2H2SO4Br2空气吹出SO2/H2OHBrCl2H2O蒸馏Br2灼烧溶解过滤I-(aq)Cl2I2(aq)萃取蒸馏I2【课堂练习】C【补充】实验操作到底用蒸发结晶还是冷却结晶？1、绝大多数的题目都用“冷却结晶”2、“冷却结晶”与“降温结晶”是完全相同的3、“冷却结晶”一整套操作：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥4、没事被说“重结晶”，和前面两个不是一回事。【补充】1、蒸发结晶适用于溶解度受温度影响不大的物质从溶液中结晶析出。（需加热）如：NaCl溶液NaCl固体。蒸发结晶2、冷却结晶又称降温结晶，即冷却热饱和溶液法，根据物质在不同温度下溶解度不同（一般是高温下溶解度大，低温时溶解度小。）适用于溶解度随温度下降而明显减小。如：NaCl、KNO3溶液

分离两种混合物冷却结晶用蒸发皿先蒸发浓缩，再冷却结晶【补充】例题：1、如：NaHCO3溶液

NaHCO3固体。受热易分解冷却结晶2、如：CuSO4溶液

CuSO4·5H2O受热结晶水没有了，易分解冷却结晶3、如：FeCl3溶液

FeCl3固体水解Fe3+

+

3H2O

⇌Fe(OH)3

+

3H+冷却结晶4、“蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥”一整套操作。

（饱和溶液）

如BaCl2与Na2SO4制取BaSO4，洗涤表面附着的BaCl2与Na2SO4【补充】3、重结晶A（可溶，S随T变化大）B（难溶）C（易溶）杂质①加热溶解A、C溶液B难溶②趁热过滤A、C溶液③冷却结晶A固体析出C溶液重结晶指的是这三步完整的过程(1)海洋约占地球表面积的71%，因此地球不缺水，人类可以任意使用，不用节约(

)(2)海水淡化的方法中，蒸馏法成本最低(

)(3)海水中含量最多的两种元素为Na元素和Cl元素(

)(4)可以通过电解饱和食盐水的方式获取金属钠和氯气(

)提示

海水中含量最多的两种元素为O和H元素。××××提示

电解饱和食盐水可以获取氢氧化钠、氢气和氯气，不能生成金属钠。1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)(5)从溴化钾中获取单质溴发生了氧化还原反应(

)(6)除了从海水中获取淡水和化学物质外，其他就没有什么价值了(

)提示

除了从海水中获取淡水和化学物质，海水在能量方面也具有十分重要的战略意义，如潮汐能、波浪能等新型能源的开发和利用等。√×(7)用蒸馏法进行海水淡化是物理变化。(

)√提示

蒸馏是利用液体混合物中各组分沸点不同进行分离的方法,没有发生化学变化。提示

海水中溴元素是以溴离子的形式存在,需要发生氧化反应才能生成溴单质。2、海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法正确的是（）A.利用潮汐发电是将化学能转化为电能B.海水蒸发制海盐的过程中发生了化学变化C.从海水中可以得到MgCl2，电解熔融MgCl2可制备MgD.海水中含有溴元素，只需经过物理变化就可以得到溴单质C3、水资源非常重要，虽然地球约70%的面积被海水所包围，但淡水的比例只有2.5%，且其中绝大部分以冰川和其他形式存在，实际能够用来饮用的水不足全球淡水总量的1%。下列关于水的说法错误的是(

)A．蒸馏法是海水淡化