归纳与整理精品学案

海水资源的开发利用

【学习目标】

1、了解海水资源及其开发利用的主要方法；

2、掌握从海水中提取溴和碘的化学反应原理和实验方法；

3、认识开发利用海水资源所带来的环境问题和预防措施。

【要点梳理】

要点一、海水的淡化

水是生命之源，世界上缺水的地区越来越多，水荒目前已成为世界性的问题，是制约社会进步和经济发展的瓶颈。海水淡化已成为获得淡水资源重要的途径。

海水利用包括海水直接利用、海水淡化和海水综合利用，以及海水农业等。

海水淡化是海水利用的重点。

要点诠释：

海水淡化的方法主要有：

（1）蒸馏法：把海水烧到沸腾，水蒸发为蒸汽，盐留在锅底，蒸汽冷凝为蒸馏水，即是淡水。这种古老的海水淡化方法，消耗大量能源，产生大量锅垢，很难大量生产淡水。现代多级闪急蒸馏淡化使古老的蒸馏法焕发了青春。水在常规气压下，加热到100℃才沸腾成为蒸汽。如果使适当加温的海水进入真空或接近真空的蒸馏室，便会在瞬间急速蒸发为蒸汽。利用这一原理，做成多级闪急蒸馏海水淡化装置。此种淡化装置可以造得比较大，真空蒸发室可以造得比较多，连接起来，成为大型海水淡化工厂。这种淡化工厂，可以与热电厂建在一起，利用热电厂的余热加热海水。水电联产，可以大大降低生产成本。现行大型海水淡化厂，大多采用此法。如果太阳能蒸发淡化法能够投入实用，古老的蒸馏淡化技术又会上一个节能的新台阶。

海水蒸馏原理示意图

（2）电渗析法：使用一种特别制造的薄膜来实现。在电力作用下，海水中盐类的阳离子穿过阳膜跑向阴极方向，不能穿过阴膜而留下来；阴离子穿过阴膜跑向阳极方向，不能穿过阳膜而留下来。这样，盐类离子被交换走的管道中的海水就成了淡水，而盐类离子留下来的管道里的海水就成了被浓缩了的卤水。

（3）反渗透法：使用的薄膜叫“半透膜”，半透膜的性能是只让淡水通过，不让盐分通过。如果不施加压力，用这种膜隔开咸水和淡水，淡水就自动地往咸水那边渗透。我们通过高压泵，对海水施加压力，海水中的淡水就透过膜到淡水那边去了，因此叫做反渗透。

（4）冷冻法：即冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固态冰的同时盐被分离出去。这种方法具有难以克服的弊端，需要消耗许多能源，但得到的淡水味道却不佳，难以使用。

此外，离子交换法、太阳能法、压气蒸馏法、流通电容吸附法、露点蒸发法等也是正在发展中的海水淡化技术。

要点二、从海水中提取溴

在海水中，溴总是以溴化镁和溴化钠的形式存在。提取溴的方法常用空气吹出法，即首先浓缩海水，使溴盐富集；加酸使海水酸化（调节化学平衡，防止氯的各价酸生成），通入氯气，溴离子被氧化成单质溴；使溴蒸汽和SO2、水蒸汽反应产生HBr；再把HBr用氯气氧化得到Br2。主要反应方程式如下：

Cl2 + 2Br-＝Br2 + 2Cl-

Br2 + SO2 + 2H2O＝2HBr + H2SO4

2HBr + Cl2＝2HCl+ Br2

要点三、从海水中提取碘

直接从海水中提取碘，利用晒盐后的卤水也可制取碘，所采用的方法有活性炭吸附法、淀粉吸附法、硝酸银或硫酸铜沉淀法、离子交换树脂法等。某些海藻具有吸附碘的能力，如干海带中碘的含量一般为0.3％～0.5％，比海水中碘的浓度高10万倍。从海带中提取碘的实验流程如下：

涉及到的主要反应方程式为：2I-+H2O2+2H+=I2+2H2O 要点四、从海水中提取镁

镁在海水中的含量仅次于氯和钠，总储量约为1.8×1015吨，主要以氯化镁和硫酸镁的形式存在。从海水中提取镁并不复杂，先把石灰乳注入到盛有海水的容器中，使海水中的氯化镁变为氢氧化镁沉淀，从海水中滤出的氢氧化镁再加盐酸，使之生成氯化镁，并将其溶液煮沸、浓缩、烘干成无水氯化镁，经过电解熔融氯化镁，便得到金属镁和氯气。主要反应方程式如下：

Ca(OH)2+MgCl2＝CaCl2+Mg(OH)2↓

Mg(OH)2 + 2HCl＝MgCl2 + 2H2O

MgCl2(熔融)

Mg + Cl2↑

要点五、海水资源的开发前景

我国海水制盐具有悠久的历史。目前，从海水中制得的氯化钠除食用外，还用作工业原料，如生产烧碱、纯碱、金属钠以及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工产品。从海水中制取镁、钾、溴及其化工产品，是在传统海水制盐工业上的发展。铀和重水目前是核能开发中的重要原料，从海水中提取铀和重水对一个国家来说具有战略意义。

海水是一个远未完全开发的巨大化学资源宝库，从海水中获得其他物质和能量具有广阔的前景。例如：化学在开发海洋药物方面也将发挥越来越大的作用。潮汐能、波浪能等也是越来越受到重视和开发的新型能源。

要点六、自然资源的开源节流

人类社会的发展对自然资源的依赖性越来越大，缓解当前能源和资源紧张问题的途径是开源和节流两个方面。

（1）海洋资源的开发

海洋资源是指能在海水中生存的生物、溶解于海水中的化学元素和淡水、海水运动所产生的能量、海水中贮存的热量、深层海底蕴藏的资源（特别是海底各种固态矿物）、以及在深层海水中形成的压力差、海水与淡水之交所具有的浓度差等。

按照资源的属性，海洋资源又可分为“生物资源”、“矿产资源”、“化学资源”和“动力资源”四种。

（2）太阳能的开发

太阳能是一种尚未完全开发的能源。太阳能的转化途径之一：

这是太阳能的自然转化过程，仿制和开发一个与植物光合作用相近的化学反应系统，是解决能源问题的研究方向之一。

（3）太空能源的开发

太空其他星球上也可能存在极为丰富的可供人类生存所需的能源，我们的探月过程目标之一就是探测3He

在月球上的储量。

【典型例题】

类型一：海水的淡化

例1、若实行海水淡化来供应饮用水，下列方法在原理上完全不可行的是（

）

A．加入明矾，使海水的盐分沉淀而淡化

B．利用太阳能，将海水蒸馏淡化

C．将海水缓慢凝固以获取淡化的饮用水

D．将海水通过离子交换树脂，以除去所含的盐分

【思路点拨】本题考查海水淡化的方法。

【答案】A 【解析】明矾净水是利用Al3+水解生成的Al(OH)3胶体的吸附作用而除去水中的一些泥沙，并不能除去海水中的阴、阳离子而使海水淡化，A项错误；利用太阳能使海水蒸馏淡化，是有研究价值的一种淡化途径，B项正确；海水缓慢凝固后可结成冰，在这个过程中可以除去海水中的离子而淡化，C项正确；将海水通过离子交换树脂使海水淡化是一种已被应用的海水淡化方法，D项正确。

【总结升华】淡化海水常用的方法有蒸馏法、离子交换法和电渗析法，同学们在学习的过程中要注意这些方法的原理。

举一反三：

【变式1】以下说法正确的是（

）

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、离子交换法

C．海水淡化的各种方法中，蒸馏法的成本比较低

D．以上说法都正确

【答案】B 【解析】海水含盐量高，无法直接饮用，而淡水资源非常有限，因此要节约水资源；海水淡化的各种方法中，蒸馏历史最久，技术和工艺也比较完善，但成本较高。

【变式2】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够从海水中获得的物质是（

）

A．食盐

B．镁

C．氢气

D．淡水

【答案】AD

【解析】A．可从海水中获得氯化钠，不需要化学变化就能够从海水中获得的物质，故A正确；

B．可从海水中获得氯化镁，电解熔融氯化镁得到镁和氯气，是化学变化，故B错误；

C．可从海水中获得氯化钠，配制成饱和食盐水，然后电解，即得烧碱、氢气和氯气，是化学变化，故C错误；

D．把海水用蒸馏等方法可以得到淡水，故D正确。

类型二：从海水中提取溴

例2、全球海水中的溴的储量丰富，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·L1。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，使溴置换出来，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_____________（写出化学方程式）；②3Br2+3CO32-=BrO3-+5Br-+3CO2↑；③BrO3-+5Br-+6H+=3Br2+3H2O。

其中反应②中氧化剂是_________________

，还原剂是_________________。

（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的不同的原理来进行的。实验室中萃取用到的玻璃仪器名称是_________________。下列可以用于海水中溴的萃取的试剂是_________________。

①乙醇

②四氯化碳

③硝酸

【思路点拨】本题概括了三种从海水中提溴的工业方法，综合考查了相关的无机反应、离子反应、氧化还原反应及化学实验基本操作的基础知识。

【答案】（1）Cl2 + 2Br- = 2Cl- + Br2

Br2

Br2

（2）Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4

（3）分液漏斗、烧杯

②

【解析】工业上提取溴的原理：将氯气通入到富含溴离子的海水中，把溴置换出来，然后被某些溶液吸收，再提纯即可得到，Cl2 + 2Br- = 2Cl- + Br2，溴与二氧化硫反应的化学方程式：Br2 + SO2 + 2H2O = 2HBr + H2SO4，方法（3）是利用物理方法，用有机溶剂溶解，因为溴易溶于有机溶剂，作为海水中萃取溴的溶剂只能是②四氯化碳。

【总结升华】从海水中提取溴的基本原理是使溴离子转变成溴单质，过程中经历氧化还原的变化过程，同学们还应掌握如何除去溴单质中的杂质。

举一反三：

－【变式1】目前，从海水中提取的溴占世界溴年产量的1/3左右，常用的方法之一是用氧化剂把Br氧化成单质溴，再通入热空气把溴蒸气吹出，这一反应中常使用的氧化剂是（

）

A．O2

B．Cl2

C．浓硫酸

D．浓硝酸

【答案】B －【解析】把Br氧化成Br2，常用的氧化剂是Cl2。

类型三：从海水中提取碘

例3、海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素，碘元素以碘离子的形式存在。实验室从海藻中提取碘的流程如下图：

（1）指出从海藻中提取I2的实验操作名称：①

，③

；②的离子方程式

。

（2）提取碘的过程中，可供选择的有机溶剂是（

）

A．甲苯、酒精

B．四氯化碳、苯

C．汽油、乙酸

D．汽油、甘油

（3）为使海藻中I-转化为碘的有机溶液，实验室里有烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器。尚缺少的仪器是

。

（4）从含碘的有机溶剂中提取碘，还要经过蒸馏，指出下列蒸馏装置中的错误之处

。

（5）进行蒸馏操作时，使用水浴加热的原因是

，最后晶态碘在

中。

【思路点拨】本题考查的是卤素的性质及分离物质的方法：过滤、萃取、分液、蒸馏等操作。

【答案】（1）过滤

萃取

2I-+Cl2=I2+2Cl-

（2）B

（3）分液漏斗

（4）①没有石棉网；②温度计插入液面以下；③冷凝器进、出水方向颠倒

（5）萃取剂沸点较低，I2易升华

圆底烧瓶

【解析】（1）从悬浊液中分离I-，应用过滤；从I2的水溶液中把它提取出来，用萃取。

（2）A中酒精，C中乙酸，D中甘油，都是易溶于水的物质，所以不能用于萃取碘水中的碘。

（3）萃取分液所必需的仪器是分液漏斗。

（4）蒸馏的三点错误：①没有石棉网；②温度计插入液面以下；③冷凝器进、出水方向颠倒。

（5）根据（2）B选项中的两种萃取剂的沸点数据：苯80℃、四氯化碳77℃，用水浴加热即可使之

沸腾，而避免高温下I2的升华。最后I2残留在圆底烧瓶中。

【总结升华】本题各个小问题间没有关联性，同学们在做题过程中可酌情考虑做题顺序，提高得分率。

举一反三：

【变式1】海带中含有丰富的碘。为了从海带中提取碘，某研究性学习小组设计并进行了以下实验：

请填写下列空白：

（1）步骤①灼烧海带时，除需要三脚架外，还需要用到的实验仪器是

（从下列仪器中选出所需的仪器，用标号字母填写在空白处）。

A．烧杯

B．坩埚

C．表面皿

D．泥三角

E．酒精灯

F．干燥器

（2）步骤③的实验操作名称是

；步骤⑥的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收苯，该步骤的实验操作名称是

。

（3）步骤④反应的离子方程式是

________________________________________________________________________。

（4）步骤⑤中，某学生选择用苯来提取碘的理由是

________________________________________________________________________。

（5）请设计一种检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘的简单方法：

________________________________________________________________________。

【答案】（1）BDE

（2）过滤

蒸馏

－＋＋（3）2I＋MnO2＋4H===Mn2＋I2＋2H2O

（4）苯与水互不相溶且苯比水的密度小，碘在苯中的溶解度比在水中大

（5）取少量提取碘后的水溶液于试管中，加入几滴淀粉试液，观察是否出现蓝色（如果变蓝，说明还有单质碘）

【解析】（1）该实验是对固体海带加热灼烧，与三脚架一起使用的常常是泥三角、坩埚和酒精灯。

（2）步骤③是由海带灰悬浊液得含碘离子的溶液，因此一定要进行过滤，步骤⑥是从碘的苯溶液中分离碘和回收苯，应通过蒸馏的方法。

（3）结合“碘离子含碘水溶液”，再联想实验室中Cl2的制备不难写出④的离子方＋2＋程式为2I＋MnO2＋4H===Mn＋I2＋2H2O。

（4）因碘不易溶于水而易溶于有机溶剂苯，且苯不溶于水易与水溶液分层，这是选取萃取剂的原则。

（5）根据淀粉溶液遇碘单质变蓝这一现象，可以取少量提取碘之后的溶液，加入淀粉溶液看是否变蓝来检验。

类型四：从海水中提取镁

例4、从海水中提取镁，可按照如下步骤进行：

①把贝壳制成石灰乳；②在引入的海水中加入石灰乳、沉降、过滤、洗涤沉淀物；

③将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤、干燥产物；④将所得产物熔融后电解。

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丰富

B．进行①②③步操作的目的是从海水中富集氯化镁

C．第④步电解时会产生氯气

D．以上过程中涉及的反应有分解反应、化合反应、复分解反应和置换反应

【思路点拨】仔细分析题中从海水中提取镁的每个步骤的原因是什么、分别设计了哪些反应，便可顺利做题。

【答案】D

【解析】A．贝壳和海水是海水中提取镁的主要原料，自然界中来源丰富廉价，故A正确；

B．①把贝壳制成石灰乳用于沉淀镁离子；②在引入的海水中加入石灰乳，沉降、过滤、洗涤沉淀物氢氧化镁；③将沉淀物氢氧化镁与盐酸反应生成氯化镁，结晶过滤、在HCl气体氛围中干燥产物得到氯化镁，故B正确；

C．第④步电解熔融的氯化镁，阴极产生镁，阳极生成氯气，故C正确；

－

D．以上提取镁的过程中涉及化合反应为贝壳制成石灰乳利用的氧化钙和水反应生成氢氧化钙、分解反应为贝壳分解生成氧化钙和水，氯化镁电解生成氯气和镁；复分解反应是氢氧化钙和氯化镁反应生成氢氧化镁沉淀，氢氧化镁沉淀溶于盐酸反应，无置换反应，故D错误。

【总结升华】氧化镁的熔点高，电解法制镁采用的是电解氯化镁而不是氧化镁，同学们应该注意。

举一反三：

【变式1】海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：

（1）若在空气中加热MgCl2·6H2O，生成的是Mg(OH)Cl或MgO，写出相应反应的化学方程式。

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

用电解法制取金属镁时，需要无水氧化镁。在干燥的HCl气流中加热MgCl2·6H2O时，能得到无水MgCl2，其原因是

_________________________________________________________________

_________________________________________________________________

（2）Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去?写出实验步骤。

____________________________________________________________________。

（3）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的：

溶解时：____________________________________________________________

过滤时：____________________________________________________________

蒸发时：____________________________________________________________

【答案】

（1）MgCl2·6H2OMgCl2·6H2OMg(OH)Cl+HCl↑+5H2O↑

MgO+2HCl↑+5H2O↑

Mg(OH)Cl

MgO+HCl↑

在干燥的HCl气流中，抑制了MgCl2水解，且带走MgCl2·6H2O受热产生的水汽，故能得到无水MgCl2

（2）加入MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，沉淀用水洗涤。

（3）溶解时：搅拌，加速溶解。过滤时：使待滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外洒。蒸发时：搅拌，防止因局部过热液滴或晶体飞溅。

【解析】MgCl2水解因条件不同,既可以水解为Mg(OH)Cl,也可以水解为MgO（题给条件），加入盐酸或通入干燥的HCl气流，均能抑制MgCl2的水解；Ca(OH)2转化为Mg(OH)2的简便方法是用MgCl2溶液。