2019学年高中化学 第二单元 化学与资源开发利用 课题2 海水的综合利用教学案 新人教版选修2.doc
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1、1课题课题 2 2 海水的综合利用海水的综合利用海水中盐的开发和利用自读教材夯基础1海水制盐(1)海水制盐的方法有三种:蒸发法、电渗析法和冷冻法。(2)目前,海水制盐的方法仍以蒸发法(盐田法)为主,其原理是海水经蒸发浓缩,达到饱和后析出食盐晶体,分离后所得到的母液叫苦卤。(3)盐田选择的条件:作为盐田必须符合的条件有三个。有平坦空旷的海滩,潮汐落差大空气干燥、多风、少雨远离江河入海口(4)流程:2食盐资源的利用(1)电解饱和食盐水的反应原理:阳极:2Cl2e=Cl2。阴极:2H2e=H2。总反应的化学方程式:2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2。=电解(2)氯碱工业:生产装置:离子交换膜电解
2、槽。生产过程:精制的饱和食盐水进入阳极室,纯水(加入一定量的 NaOH 溶液)加入阴极室。通电时,2H2O 在阴极表面放电生成 H2,Na穿过离子交换膜由阳极室进入阴极室,导出的阴极液中含有 NaOH;Cl在阳极表面放电生成 Cl2。跟随名师解疑难(1)离子交换膜只允许阳离子通过,而阻止阴离子和气体通过,避免了两极产物混合,从而得到较纯净的 NaOH、Cl2、H2。(2)采用饱和食盐水是为了减少 Cl2的溶解。(3)充入阴极区的水中加入少量 NaOH,是为了增强导电性。(4)工业生产中常用石墨作阳极,用铁作阴极。剖析典例探技法例 1 氯碱厂电解饱和食盐水制取 NaOH 的工艺流程示意图为:依据
3、示意图完成下列填空:(1)在电解过程中,与电源正极相连的电极上所发生反应的离子方程式为_。与电源负极相连的电极附近,溶液 pH_(填“不变” 、 “升高”或“下降”)。(2)工业食盐含 Ca2、Mg2等杂质。精制过程发生反应的离子方程式为_。(3)如果粗盐中 SO含量较高,必须添加钡试剂除去 SO,该钡试剂可以是2424_(选填 a,b,c)。aBa(OH)2 bBa(NO3)2 cBaCl2(4)为有效除去 Ca2、Mg2、SO ,加入试剂的合理顺序为_(选填 a、b、c)。24a先加 NaOH,后加 Na2CO3,再加钡试剂b先加 NaOH,后加钡试剂,再加 Na2CO3c先加钡试剂,后加
4、 NaOH,再加 Na2CO3(5)脱盐工序中利用 NaOH 和 NaCl 在溶解度上的差异,通过_、冷却、_(填写操作名称)除去 NaCl。(6)在隔膜法电解食盐水时,电解槽分隔为阳极区和阴极区,防止 Cl2与 NaOH 反应;采用无隔膜电解冷的食盐水时,Cl2与 NaOH 充分接触,产物仅是 NaClO 和 H2,相应的化学方程式为3_。名师解析 (1)电解食盐水时,与电源正极相连的电极发生的反应是2Cl2e=Cl2,与电源负极相连的电极发生的反应是 2H2e=H2,消耗 H,即产生 OH,所以溶液的 pH 升高。(2)精制过程中,加入 Na2CO3除去 Ca2(Ca2CO=CaCO3);
5、加入 NaOH 除去23Mg2(Mg22OH=Mg(OH)2),由于 Mg(OH)2的溶解度小于 MgCO3的溶解度,所以 Mg2与 OH、CO混合时,主要生成 Mg(OH)2沉淀。23(3)除去 SO应选择 Ba2,如加入 Ba(NO3)2,溶液中会引入杂质 NO,而加入24 3BaCl2或 Ba(OH)2均不会增加新的杂质。(4)除杂质时加入 Ba2和 OH无先后之分,但 Na2CO3一定在 BaCl2之后加入,因为 CO还要除去多余的 Ba2。23(5)脱盐工序的目的是分离 NaOH 和 NaCl,由于 NaCl 溶解度小,因而 NaCl 首先析出,其操作过程是蒸发、冷却、结晶,经过滤得
6、到 NaCl 晶体。(6)如无隔膜会发生如下反应 Cl22NaOH=NaClNaClOH2O,电解食盐水溶液的化学方程式为 2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2,两反应的化学方程式相加=电解得 NaClH2O NaClOH2。=电解答案 (1)2Cl2e=Cl2 升高(2)Ca2CO=CaCO3,23Mg22OH=Mg(OH)2(3)ac(4)bc(5)蒸发 过滤(6)NaClH2ONaClOH2=电解名师点睛 粗盐的精制(1)目的:除去泥沙,使 Ca2、Mg2、Fe3、SO等离子的含量达到要求。24(2)原因:Ca2、Mg2等会在碱液中形成沉淀,破坏离子交换膜;同时杂质的存在会使制得的产品
7、不纯。(3)试剂:BaCl2(除去 SO)、NaOH(除去 Mg2、Fe3)、Na2CO3溶液(除去 Ca2及24Ba2)、稀盐酸(除去 OH、CO)。试剂的加入顺序:纯碱须加在钡试剂后,稀盐酸加在23过滤后。海水提溴自读教材夯基础41方法常用的一种海水提溴技术叫做吹出法。2原理BrBr2加入氧化剂3过程(1)氯化(填化学方程式):Cl22Br=Br22Cl。(2)吹出:产生的 Br2用空气吹出或用水蒸气使 Br2与其一起蒸出。(3)吸收(填化学方程式):SO2Br22H2O=H2SO42HBr;Cl22HBr=2HClBr2。4注意事项(1)海水中的 Br浓度太低,一般不直接利用海水提溴,而
8、是利用海水晒盐后的母液提溴。(2)氯气氧化 Br在 pH3.5 的条件下效果最好。剖析典例探技法例 2 海水中溴含量约为 65 mgL1,从海水中提取溴的工业流程如下:(1)以上步骤中已获得游离态的溴,步骤又将之转变成化合态的溴,其目的是_。(2)步骤通入热空气或水蒸气吹出 Br2,利用了溴的_。A氧化性 B还原性C挥发性 D腐蚀性(3)以上流程中涉及的离子反应如下,请在下面短线上填入适当的化学计量数:_Br2_CO=_BrO_Br_CO223 3(4)上述流程中吹出的溴蒸气,也可先用二氧化硫水溶液吸收,再用氯气氧化后蒸馏。写出溴与二氧化硫水溶液反应的化学方程式:_。(5)实验室分离溴还可以用
9、溶剂萃取法,下列可以用做溴的萃取剂的是_。A乙醇 B四氯化碳C烧碱溶液 D苯名师解析 (1)由于海水中 Br的含量低,步骤中获得游离态的溴后,步骤中又将其转化为化合态的溴,其目的是富集溴。(2)步骤中用热空气或水蒸气吹出 Br2,主要5是利用了溴的挥发性。(3)利用得失电子守恒、电荷守恒和质量守恒配平该离子方程式。(4)溴与二氧化硫水溶液反应的化学方程式为 SO2Br22H2O=H2SO42HBr。(5)乙醇能与水互溶,不能用做萃取剂。答案 (1)富集(或浓缩)溴 (2)C(3)3 3 1 5 3(4)SO2Br22H2O=2HBrH2SO4 (5)BD名师点睛用空气或 H2O(g)将溴吹出,
10、而不用 CCl4萃取,因后者工艺复杂,设备投资大,经济效益低且对环境污染严重。海水提镁、海水提重水自读教材夯基础1海水提镁的基本反应原理海水Mg(OH)2MgCl2溶液MgCl26H2O 晶体MgCl2Mg(1)所加试剂:石灰乳,盐酸。(2)所用操作方法:过滤,浓缩,电解。(3)所发生的反应:Mg22OH=Mg(OH)2;Mg(OH)22H=Mg22H2O;MgCl2(熔融)MgCl2。=电解2从海水中提取重水(1)提取重水(D2O)的方法有蒸馏法、电解法、化学交换法和吸附法等,较为常用的方法是化学交换法。(2)硫化氢水双温交换法,反应的化学方程式为:H2O(l)HDS(g)=HDO(l)H2
11、S(g)。跟随名师解疑难(1)因为 Mg2发生水解,所以直接蒸干 MgCl2溶液得不到 MgCl2。应该先将 MgCl2溶液蒸发浓缩,先得到 MgCl26H2O 晶体,然后在氯化氢的气氛中加热脱水,得到无水氯化镁。(2)工业上不用电解熔融 MgO 来制取 Mg,是因为 MgO 的熔点高,使其熔化时耗能大。剖析典例探技法例 3 海水综合利用可以制备金属镁,其流程如图所示。6(1)写出从海水中 Mg2到金属镁的化学方程式。_。(2)若在空气中加热 MgCl26H2O,生成的是 Mg(OH)Cl 或 MgO,写出相应的化学方程式:_。(3)Mg(OH)2沉淀中混有 Ca(OH)2应怎样除去?写出实验
12、步骤:_。名师解析 (1)由工艺流程图各步得到的物质可写出反应的化学方程式。(2)根据 Cl、H、O 三元素守恒可知,在空气中加热 MgCl26H2O 除生成 Mg(OH)Cl 或MgO 外还生成 HCl 和 H2O。(3)Mg(OH)2难溶于水,Ca(OH)2微溶于水,故要除去 Mg(OH)2中的 Ca(OH)2,需加入试剂让 Ca(OH)2转化为易溶于水的物质,经搅拌、过滤、洗涤即可达到目的。所加入试剂一般为 MgCl2或 Mg(NO3)2。答案 (1)Mg2Ca(OH)2=Ca2Mg(OH)2,Mg(OH)22HCl=MgCl22H2O,MgCl2MgCl2=通电(2)MgCl26H2O
13、Mg(OH)ClHCl5H2O 或 MgCl26H2O=MgO2HCl5H2O=(3)加入 MgCl2溶液,充分搅拌,过滤、沉淀用水洗涤名师点睛 海水提镁中化学平衡原理的应用(1)沉淀转化时的应用:向海水中加入沉淀剂 Ca(OH)2,由于c(OH)增大,Mg(OH)2的溶解度小于 Ca(OH)2,则最大程度地将 Mg2转化为 Mg(OH)2沉淀。向 Mg(OH)2沉淀中加入盐酸,使沉淀 Mg(OH)2完全溶解。7(2)脱水时的应用:在 MgCl26H2O 脱水变为 MgCl2时,由于 MgCl22H2OMg(OH)22HCl 水解平衡的存在,提供 HCl 气体环境,增大c(HCl),抑制了 M
14、gCl2的水解,避免了 Mg(OH)2的生成。海水的综合利用(1)海水淡化。(2)海水中盐的开发和利用:(3)海水提溴:(4)海水提镁:8电极产物的判断及电解的计算方法(1)电极产物的判断:阳极产物的判断:首先看电极,如果是活性电极(金属活动顺序表 Ag 以前),则电极材料失电子,电极溶解。如果是惰性电极(Pt、Au、石墨),则要看溶液中离子的失电子能力。阴离子放电顺序如下:S2IBrClOHSONOF。24 3阴极产物的判断:直接根据阳离子放电顺序进行判断,阳离子放电顺序:AgHg2Fe3Cu2HPb2Sn2Fe2Zn2(H)Al3Mg2NaK。注:此处(H)表示c(H)很小时的放电能力。(
15、2)有关电解的计算方法:有关电解的计算通常是求电解后某产物的质量、气体的体积、某元素的化合价以及溶液的物质的量浓度等。解答此类题的方法有两种:一是根据电解方程式或电极反应式,列比例式求解;二是利用各电极、线路中转移的电子数目守恒,列等式求解。以电子守恒进行计算较为简便,应注意运用。1下列关于用离子膜电解槽电解饱和食盐水的叙述不正确的是( )A精制饱和食盐水注入阳极室BCl和 OH透过阳离子膜进入阳极室C阴极区溶液使酚酞试液显红色D阳极产生使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝的气体解析:离子交换膜的功能是只允许阳离子和水分子通过而不允许阴离子和气体通过,因此 Cl不能透过离子交换膜,B 不正确。答案:B2
16、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:该反应为置换反应,氧化剂是 Cl2,还原剂是 Br,氧化产物是 Br2,氧化性:Cl2Br2,故 A、B、C 错误,D 正确。答案:D3海水是镁的主要来源之一。从海水中提取镁可按如下步骤进行:把贝壳制成石灰乳;在引入的海水中加入石灰乳,沉降、洗涤、过滤沉淀物;将沉淀物与盐酸反应,结晶、过滤、干燥产物;电解得到产物。下列关于提取镁的说法中,不正确的是( )A此法的优点之一是原料取自大海B进行步骤的目的是富集 MgCl29C可用电解熔
17、融氧化镁的方法制取镁D电解法冶炼金属要消耗大量的电能解析:氧化镁熔点较高,电解时需消耗大量电能,故一般电解熔融氯化镁制取金属镁,C 项错误。答案:C4根据海水综合利用的工业流程图(如图所示),判断下列说法正确的是( )已知:MgCl26H2O 受热生成 Mg(OH)Cl 和 HCl 气体等。A过程的提纯是物理过程,过程通过氧化还原反应可产生 2 种单质B在过程中将 MgCl26H2O 灼烧即可制得无水 MgCl2C在过程、反应中每氧化 0.2 mol Br需消耗 0.1 mol Cl2D过程在生产中无需解决其对金属设备的腐蚀问题解析:过程需加入化学试剂通过发生化学反应生成沉淀后过滤除去杂质,故
18、 A 不正确;将 MgCl26H2O 灼烧生成 MgCl2需要在干燥的 HCl 气流中加热,B 不正确;在过程中发生反应 Br2SO22H2O2=2HBrH2SO4,需要解决酸对设备的强腐蚀性问题,D 不正确。答案:C5海水中含有丰富的化学元素,下面是某化工厂从海水中提取 NaCl、Mg(以 MgCl2形式存在)和 Br2(以 NaBr 的形式存在)及综合利用的生产流程简图:请回答:(1)海水制盐常用的方法是_。(2)Mg(OH)2中加入盐酸后,要获得 MgCl26H2O 晶体,需要进行的实验操作依次为_。A蒸馏 B灼烧 C过滤D蒸发 E冷却结晶(3)利用 MgCl26H2O 可制得无水氯化镁
19、,应采取的措施是_10_。(4)目前工业上主要采用离子交换膜法电解饱和食盐水,下列关于隔膜电解槽的叙述错误的是_。A离子交换膜的作用是防止氯气和氢氧化钠、氯气和氢气接触而发生反应B电解之前应除去 Ca2、Mg2以防止电解时生成 Ca(OH)2、Mg(OH)2堵塞离子交换膜C阴极产物为氢氧化钠和氢气D电解槽的阳极用金属铁网制成(5)采用“空气吸出法”由母液提溴时,要经过氯化、吹出、吸收三个过程,常用吸收剂是 SO2。在吸收过程中发生反应的化学方程式为_。解析:(1)海水制盐的方法有蒸发法(盐田法)、电渗析法、冷冻法等,其中以蒸发法为主。(2)由溶液中提纯易溶于水的晶体,常用蒸发、冷却结晶的方法。
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