课题1　获取洁净的水第二课时教学实录

选修2

人教版

第二单元

（课题2

海水的综合利用）

课前预习

一、海水中盐的开发和利用

1．海水中的盐类

如氯化钠、氯化镁、硫酸钙等。在海水的无机盐中，以氯化钠为最多，约占海水中盐类总量的80%。

2．海水制盐

(1)海水制盐的方法：目前，由海水制盐的方法仍以蒸发法(盐田法)为主，还有其他方法如电渗析法、冷冻法等。

(2)盐田的组成：一般分成贮水池、蒸发池和结晶池三部分。

【思考·讨论】

海水晒盐的原理是什么？简述海水晒盐的流程。

答案

海水晒盐利用的是蒸发结晶原理，即在太阳光的作用下，海水温度升高，水分不断蒸发，氯化钠的溶解度仅有极微弱的升高，同时，流动的风也带走了大量的水分，氯化钠在海水中逐渐达到饱和，水分再蒸发，氯化钠便结晶析出。

海水晒盐的流程：海水→贮水池→蒸发池→

二、氯碱工业

1．氯碱工业的基本原理：电解饱和食盐水得到NaOH、H2和Cl2。阴、阳两极上的电极反应式和电解方程式分别为：

阴极：2H＋＋2e－===H2↑

阳极：2Cl－－2e－===Cl2↑

通电电解方程式2NaCl＋2H2O=======2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

2．主要设备：目前，比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。主要设备为离子交换膜电解槽。

【思考·讨论】

氯碱工业，使用的是精制食盐水，工业上如何获取精制食盐水？

①过滤②除杂并过滤③调pH④阳离子交换树脂答案

粗盐水

――――→

――――――――――――→

―――――→

――――――――――――→

除泥沙BaCl2；Na2CO3；NaOH加稀盐酸除少量Ca2＋、Mg2＋等

精制食盐水

2－其中加入BaCl2除去SO4，加入Na2CO3除去Ca2＋和过量的Ba2＋，加入NaOH除去Mg2＋、Fe3＋。

三、海水提溴

1．常用的一种海水提溴技术叫做吹出法，即用氯气氧化海水中的Br－，使其变成Br2，然后用空气和水蒸气吹出。

2．吹出法提溴的过程

(1)氯化

在pH＝3.5的酸性条件下效果最好。Cl2氧化Br－的离子方程式：2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－。

(2)吹出

用水蒸气或热空气将溴吹出。

(3)吸收

用SO2吸收Br2，其化学方程式为：SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。

【思考·讨论】

海水提溴的过程中先是用Cl2将Br－氧化成Br2，吹出后又用SO2将其还原为Br－，这样操作的目的是什么？整个制备过程对设备有何特殊要求？

答案

海水中Br－浓度太低，这样操作是为了富集溴。整个制备过程中都是酸性和强氧化性环境，因而设备要耐酸和强氧化性腐蚀。

四、海水提镁和提取重水

1．海水提镁

工业规模海水提镁的一种方法是，将海水抽入反应槽(沉淀槽)中，加入石灰乳，使海水中的镁转变成Mg(OH)2沉淀；加入盐酸转化成MgCl2溶液，过滤、烘干，然后电解熔融MgCl2得到镁和氯气。

2．海水提取重水

(1)重氢与重水的符号

氢的同位素氘叫做重氢，符号为21H或D；重水的分子式为D2O。

(2)重水的应用

D2O可作原子能反应堆的中子减速剂和传热介质。

(3)提取重水(D2O)的方法：蒸馏法、电解法、化学交换法和吸附法等。

化学交换的一种硫化氢——水双温交换法方程式为：

，此过程中参与循环的物质为H2S。

【思考·讨论】

能否用电解MgCl2溶液的方法获得金属镁？将MgCl2溶液浓缩得到MgCl2·6H2O晶体后，如何获取无水MgCl2?

答案

由于Mg2＋的放电能力小于H＋，不能用电解MgCl2溶液的方法获取金属镁。

Mg2＋水解生成Mg(OH)Cl或Mg(OH)2沉淀，为了抑制Mg2＋的水解，通常在HCl气流中加热烘干MgCl2·6H2O晶体得无水MgCl2。

错误!错误!错误!错误!错误!错误!

新课程探究

一、氯碱工业的核心技术——离子交换膜法

1．原理

阳极(用石墨)：2Cl－－2e－===Cl2↑

阴极(用铁)：2H＋＋2e－===H2↑

通电总反应式：2NaCl＋2H2O=====2．电解原理示意图

3．优点

离子交换膜法制碱技术具有设备占地面积小、能连续生产、生产能力强、产品质量高、能适应电流波动、能耗低、污染小等优点，是氯碱工业的发展方向。

【例1】

离子膜法制烧碱示意图如下图所示，有关说法正确的是(

)

A．a口进水

B．b口进精制饱和食盐水

C．c口出的是Cl－，是由b口进入的

D．d口出的是H2

答案

D 变式1

下列关于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

B．Cl－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

答案

B 二、海水提取溴的工艺流程

1．主要反应原理：Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－

2．工艺流程

3．溴的吸收富集

(1)纯碱吸收法：海水中的溴离子被氧化为溴单质后，用热空气或水蒸气吹出，通过Na2CO3溶液使溴富集后，再将得到的溶液用稀硫酸酸化，用有机溶剂萃取溴单质。发生反应：

3Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑

5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O (2)SO2吸收法：用空气吹出的溴和大量的空气混合在一起，不易分离，用还原剂SO2吸收后，再用氯气氧化HBr即得到溴单质。

【例2】

福建有广阔的海岸线，建设海峡西岸经济区，海水的综合利用大有可为。海水中溴含量约为65 mg·L－1，从海水中提取溴的工业流程如下：

(1)以上步骤Ⅰ中已获得游离态的溴，步骤Ⅱ又将之转变成化合态的溴，其目的是_____________________________________________________________________。

(2)步骤Ⅱ通入热空气或水蒸气吹出Br2，利用了溴的________。

A．氧化性

C．挥发性

B．还原性

D．腐蚀性

(3)以上流程Ⅱ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：

－2－__________Br2＋__________CO3===__________BrO－3＋__________Br＋__________CO2↑

(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溶剂萃取法，下列可以用作溴的萃取剂的是__________。

A．乙醇

C．烧碱溶液

B．四氯化碳

D．苯

答案

(1)富集(或浓缩)溴

(2)C

(3)3

3

1

5

3 (4)SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4

(5)BD 变式2

全球海水中溴的储量丰富，约占地球溴总储量的99%，故溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65 mg·L－1，其工业提取法有：

(1)空气吹出纯碱吸收法。方法是将氯气通入到富含溴离子的海水中，把溴置换出来，再用空气将溴吹出，用纯碱溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到单质溴。该方法涉及的反应有：

①________________(写出离子方程式)；

－2－②3Br2＋3CO3===BrO－3＋5Br＋3CO2↑；

③BrO3＋5Br＋6H===3Br2＋3H2O。

其中反应②和③的氧化剂分别是________、________。

(2)空气吹出SO2吸收法。该方法基本同(1)，只是将吹出的溴用SO2来吸收，使溴转化为氢溴酸，然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质溴。写出溴与二氧化硫反应的化学方程式：______________________________________________________。

(3)溶剂萃取法。该法是利用单质溴在水中和萃取剂中溶解度不同的原理来进行的，实验室中萃取用到的实验仪器的名称是________，下列可以用于海水中溴的萃取的试剂是________(填序号)。

①乙醇

②四氯化碳

③硝酸

－－＋答案

(1)Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2

Br2

BrO－3

(2)Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4

(3)分液漏斗、烧杯、铁架台(带铁圈)

②

三、从海水中提取镁的基本原理和流程

1．基本原理

(1)先将海边大量存在的贝壳煅烧成生石灰，并将生石灰制成石灰乳。

高温CaCO3=====CaO＋CO2↑

CaO＋H2O===Ca(OH)2

(2)将石灰乳加入到海水沉淀池中得到氢氧化镁沉淀。

MgCl2＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋CaCl2

(3)将氢氧化镁与盐酸反应生成六水合氯化镁，将六水合氯化镁在氯化氢的气氛中加热脱水(干燥)使其转化为无水氯化镁。

Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O MgCl2＋6H2O===MgCl2·6H2O HClMgCl2·6H2O=====MgCl2＋6H2O △(4)电解熔融的氯化镁就可以得到金属镁和氯气。

通电MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl2↑

2．工艺流程

石灰乳通电盐酸脱水海水――――――→Mg(OH)2――→MgCl2·6H2O――→MgCl2――――――――→Mg＋Cl2 （反应槽）过滤、烘干、熔融【例3】海水是一种丰富的资源，工业上从海水中可提取许多种物质，广泛应

用于生活、生产、科技等方面。下图是某工厂对海水资源进行综合利用的示意图。

回答下列问题：

(1)流程图中操作a的名称为________。

(2)工业上从海水中提取的NaCl可用来制取纯碱，其简要过程如下：向饱和食盐水中先通入气体A，后通入气体B，充分反应后过滤得到晶体C和滤液D，将晶体C灼烧即可制得纯碱。

①则气体A、B是CO2或NH3，则气体A应是________(填化学式)；

②滤液D中主要含有NH4Cl、NaHCO3等物质，工业上是向滤液D中通入NH3，并加入细小食盐颗粒，冷却析出不含有NaHCO3的副产品NH4Cl晶体，则通入NH3的作用是________________。

(3)镁是一种用途很广的金属材料，目前世界上60%的镁是从海水中提取的。

①若要验证所得无水MgCl2中不含NaCl，最简单的操作方法是______________________________________________________。

②操作b是在____________氛围中进行，若在空气中加热，则会生成Mg(OH)Cl，写出有关反应的化学方程式：_______________________________________。

答案

(1)蒸发结晶(或蒸发) (2)①NH3

②增加NH＋4的浓度，有利于沉淀平衡向生成NH4Cl的方向进行，将NaHCO3转化为Na2CO3而不析出

(3)①用铂丝蘸取少量固体，置于酒精灯火焰上灼烧，若无黄色火焰产生，则证明所得无水氯△化镁晶体中不含氯化钠(答焰色反应也可)

②HCl(气流)

MgCl2·6H2O=====Mg(OH)Cl＋HCl＋5H2O

变式3

海水中镁的总储量约为2.1×1015t，目前世界上60%的镁来自海水。工业上大规模地从海水中提取镁的工艺流程如下图所示，步骤为：①将海水中大量的贝壳煅烧得到生石灰。②将生石灰制成石灰乳。③将石灰乳加入到海水沉淀池中，经过滤得到氢氧化镁沉淀。④将氢氧化镁沉淀与盐酸反应制得MgCl2溶液，并将其加热浓缩、冷却结晶得到MgCl2·6H2O。⑤将氯化镁晶体在“一定条件”下加热得到无水MgCl2。⑥电解熔融的氯化镁制得镁。

请回答下列问题：

(1)请写出从海水提取镁的过程中①⑥反应的化学方程式：①___________________________________________________________________，

⑥___________________________________________________________________。

(2)工业上采用电解MgCl2的方法制得金属镁，电解槽中阴极的电极反应式为____________________。

(3)步骤④中的蒸发是利用风吹日晒来完成的；而在实验室中进行蒸发操作需要的主要仪器有______、________、________、________、铁架台等。

(4)步骤⑤中的“一定条件”指的是________，目的是____________________。

(5)上述制镁的流程中，可以在降低成本、减少污染方面做一些工作，请写出其中一点________________________________________________________________ ____________________________________________________________________。

(6)有同学认为上述过程中，可加热Mg(OH)2得到MgO，再电解熔融的MgO制金属镁，这样简化实验步骤，体现实验的简约性原则。你同意该同学的想法吗？________，为什么？__________________________________________________ _________________________________________(若上空填同意，则此空不用填)。

高温电解答案

(1)CaCO3=====CaO＋CO2↑

MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl2↑

(2)Mg2＋＋2e－===Mg (3)蒸发皿

玻璃棒

酒精灯

坩埚钳

(4)在HCl气流中

抑制氯化镁水解生成氢氧化镁

(5)电解产生的氯气用于制取氯化氢气体，以实现氯元素的循环使用

(6)不同意

因为MgO的熔点很高，熔融时消耗大量的能量而增加生产成本