第二节　资源综合利用　环境保护第二课时教学设计

第四单元

非金属及其化合物

第三课时

海水资源的综合利用

复习目标：

1.了解海水的综合利用。

2．了解常见元素单质及其重要化合物对环境质量的影响

3．了解化学与环境的关系，了解“绿色化学”的重要性。

教材分析：

以海水为研究对象，介绍其中化学资源的提取过程，所以本节课既要强化落实部分元素化合物的基础知识，又要应用氧化还原知识对教材做必要的整合与拓展。提到在开发自然资源的过程中，必须深刻认识到保护周围环境，维护生态平衡的重要性，建立可持续发展的重要观念。

学情分析：

已学习过氯、溴、碘以及氧化还原，具备物质提取与分离的基础知识和实验设计能力，还在地理必修课程中学习过关于工业布局的知识，但不知道这些知识在生产生活中的应用价值。模糊地环境保护、可持续发展，但对于具体的环境问题并不能给出解决策略。

教法：综合使用探究法、启发法、实验法等

知识与技能：

1、了解海水淡化的主要方法。

2、知道海洋是人类天然聚宝盆，蕴藏丰富的资源；能说出海洋资源包括化学资源、矿产资源、动力资源、生物资源。

3、了解海水中提取物质的方法。

过程与方法：

1、通过对青岛市海水淡化方法的探讨，知道蒸馏法是海水淡化最常用的方法。

2、通过海水提溴和海带提碘的学习，认识生活和生产实际中物质制备和提取的一般过程和方法。

情感态度与价值观：

1、认识海洋资源的开发对人类进步的重要作用。

2、认识合理进行海洋开发、保护海洋环境的重要性，形成关注社会和人类生存环境的社会责任感。

教学重点：海水中化学物质提取的方法

教学难点：可持续发展理念的渗透

1

[教学过程] 考点一海水资源的开发利用

自主梳理

1．水资源的利用

2．化学资源的开发利用

(1)氯碱工业。

①电解NaCl溶液(写出化学方程式，下同)：2NaCl＋2H22NaOH＋H2↑＋Cl2↑；②产物制盐酸：H2＋Cl22HCl；

③制漂白液：Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O。

(2)海水中镁的工艺流程：

基本步骤及主要反应

①制熟石灰：CaCO=====高温3

CaO＋CO2↑，CaO＋H2O===Ca(OH)2。

②沉淀：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓。

③酸化：Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O。

④蒸发结晶：析出MgCl2·6H2O。

⑤脱水：在氯化氢气流中使MgCl2·6H2O脱水制得无水氯化镁。

⑥电解：电解熔融氯化镁制得镁。

(3)海水中溴的提取流程：

基本步骤及主要反应

2

①浓缩：海水晒盐和海水淡化的过程中Br得到浓缩。

②氧化：向浓缩的海水中通入Cl2，将Br氧化为Br2，反应的离子方程式为：Cl2＋2Br===Br2＋2Cl。

③富集：利用溴的挥发性，通入热空气或水蒸气，吹出的溴蒸气用SO2吸收。反应的化学方程式为：Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。

④提取：再用Cl2将HBr氧化得到产品溴。

(4)海带中提碘流程：

－－－－

发生反应的离子方程式：Cl2＋2I===I2＋2Cl。

3．海水中其他资源的开发利用

(1)从海水中提取核能开发的重要原料：铀和重水。

(2)潮汐能、波浪能等是有待开发的新型能源。

【深度思考】判断下列描述的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)从海水中提取物质都必须通过化学反应才能实现。(

) (2)实验室从海带中提取单质碘的方法是：取样→灼烧→溶解→过滤→萃取。(

) (3)海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、明矾净化法等。(

) (4)海水中提取镁所涉及的化学反应全都是氧化还原反应。(

) (5)从海水提取溴的工艺流程中两次出现BrBr2的过程，其目的是将海水中的溴元素富集。氯气－－－氧化(

) (6)将氯化镁晶体(MgCl2·6H2O)直接加热可制得无水氯化镁。(

) 【答案】(1)×

(2)×

(3)×

(4)×

(5)√

(6)×

例1、海水开发利用的部分过程如下图所示。下列说法错误的是(

)

A．向苦卤中通入Cl2是为了提取溴

B．粗盐可采用除杂和重结晶等过程提纯

3

C．工业生产中常选用NaOH作为沉淀剂

D．富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收

【答案】C 【解析】A项苦卤中含有K、Mg2、Br等，通入Cl2可将Br氧化成Br2，便于从苦卤中提取Br2。B项粗＋＋－－盐中含有不溶性杂质(泥沙)和可溶性杂质(Ca2、Mg2、SO24等)，将粗盐溶于水，并除去其中的杂质，＋＋－再通过重结晶的方法得到纯净NaCl晶体。C项工业上沉淀Mg2常选用廉价的Ca(OH)2，而不选用＋NaOH。D项Br2具有较强的挥发性，富集溴时，常先用空气和水蒸气吹出Br2，再用SO2将其还原吸收(SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr)，得到浓度较大的含Br溶液。

【发散类比1】从海带中提取碘单质，成熟的工艺流程如下，下列关于海水制碘的说法，不正确的是

(

)

4碘水I2的CCl4溶液海带灰滤液I2

干海带悬浊液HO浸泡－灼烧沸水过滤H2CCl蒸馏2A．实验室在蒸发皿中灼烧干海带，并且用玻璃棒搅拌

B．含I的滤液中加入稀硫酸和双氧水后，碘元素发生氧化反应

C．在碘水中加入几滴淀粉溶液，溶液变蓝色

D．碘水加入CCl4得到I2的CCl4溶液，该操作为“萃取”

【答案】A 【归纳总结】

(1)氯碱工业中所用食盐需精制的目的是除去食盐中的Ca2、Mg2、SO24。

＋＋－－(2)从海水中提取溴的工艺流程中要进行两次Cl2氧化Br的反应，设计这两步操作的目的是富集Br2。

(3)从海水中提取氯化镁的工艺流程中，沉淀池中加入的是石灰乳而不是石灰水。

(4)从海水中提取氯化镁的工艺流程中，MgCl2·6H2O脱水制取无水MgCl2是在HCl的气流中加热氯化镁晶体，以防MgCl2发生水解而得到Mg(OH)2。

(5)碘水或溴水中I2、Br2的提取可先加CCl4萃取分液，再蒸馏获取。

－考点二环境保护与绿色化学

自主梳理

1．环境污染

(1)环境问题：主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境的破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。

(2)“三废”：主要是指废气、废水和废渣。

(3)大气污染物的来源：化石燃料的燃烧和工业生产过程中的废气及其携带的颗粒物。

4

2．环境保护的措施

(1)工业废气和所携带颗粒物的回收利用。

(2)工业、生活污水经处理达标后排放，限制使用含氮、磷洗涤剂。

(3)回收、限制废弃塑料，研制可降解塑料。

3．绿色化学

(1)绿色化学：其核心是指利用化学原理从源头上消除和减少工业生产对环境的污染。

(2)原子经济性：其特点为反应物中的原子全部转化为期望的最终产物，原子的利用率达到100%。

【深度思考】判断下列描述的正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。

(1)装饰材料释放的甲醛会造成污染。(

) (2)Na2S可除去污水中的Cu2。(

) ＋(3) 和CO2反应生成可降解聚合物，该反应符合绿色化学的原则。(

) (4)改进汽车尾气净化技术，减少大气污染物的排放。(

) (5)CO2、CH4、N2等均是造成温室效应的气体。(

) (6)使用无磷洗衣粉，可彻底解决水体富营养化问题。(

) (7)使用清洁能源是防止酸雨发生的重要措施之一。(

) 【答案】(1)√

(2)√

(3)√

(4)√

(5)×

(6)×

(7)√

例2、化学与人类生活、环境保护及社会可持续发展密切相关。下列有关叙述正确的是(

)

A．大量开发利用深海可燃冰，有助于海洋生态环境治理

B．汽车尾气中含有大量大气污染物，这是汽油不完全燃烧造成的

C．煤炭燃烧过程安装固硫装置，目的是提高煤的利用率

D．PM2.5表面积大，能吸附大量的有毒有害物质，对人体的肺功能造成很大危害

【答案】D 【解析】大量开发深海可燃冰，会破坏海洋生态系统，A项错误；汽车尾气成分复杂，主要包括一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物和固体悬浮颗粒等，B项错误；煤炭燃烧过程中安装固硫装置，主要目的是减少SO2的污染，C项错误。

【归纳总结】当今常见环境污染及其成因

(1)酸雨——形成原因主要是SO2和氮氧化合物。

(2)光化学烟雾——主要是氮氧化合物、碳氢化合物造成的。

(3)臭氧空洞——主要是氟氯代烃、氮氧化合物等的排放引起的。

5

(4)温室效应——主要是由于大气中CO2等的含量的不断增加造成的。

(5)白色污染——聚乙烯等难降解塑料的大量使用。

(6)水华、赤潮——含磷洗衣粉的大量使用、工农业及城市污水的任意排放造成水体富营养化。

(7)PM2.5——大气中直径小于或等于2.5×106 m的颗粒物，它主要来自化石燃料的燃烧(如机动车尾气、－燃煤等)。

(8)雾霾——雾和霾的统称。空气中的灰尘、硫酸、硝酸等颗粒物组成的气溶胶系统造成视觉障碍的叫霾。二氧化硫、氮氧化物以及颗粒物(PM)这三项是雾霾主要污染物，前两者为气态污染物，最后一项颗粒物才是加重雾霾天气污染的罪魁祸首。

例3、下列生产工艺不能体现“绿色化学”思想的是(

) A．海水提镁：用电解MgCl2(熔融)产生的Cl2制取盐酸

B．工业制硫酸：提高尾气排放的烟囱高度

C．工业制胆矾：使用稀硫酸、双氧水溶解铜

D．火力发电：在燃煤中加入适量生石灰

【答案】B 【解析】A项，用电解MgCl2(熔融)产生的Cl2制取盐酸，实现有毒气体的利用，减少污染，能体现“绿色化学”思想。B项，工业制硫酸中提高排放尾气的烟囱高度，不能减少尾气的排放，不能体现“绿色化学”思想。C项，工业制胆矾采用稀硫酸、双氧水溶解铜，不仅可以减少尾气排放，且提高了硫酸的利用率，能体现“绿色化学”思想。D项，火力发电时，在燃煤中加入适量生石灰，可以减少SO2的排放，能体现“绿色化学”思想。

【归纳总结】

1．“绿色化学”的含义

(1)核心：利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境造成的污染。又称为“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”。

绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物，这是一门从源头上减少或消除污染的化学。

(2)绿色化学的研究主要围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化开展的，因此化学反应及其产物具有以下特征：

①采用无毒、无害的原料；

②在无毒、无害的条件(包括催化剂、溶剂)下进行；

③产品应该是环境友好的；

6

④具有“原子经济性”，即反应具有高选择性、极少副产物，甚至实现“零排放”。此外，它还应当满足“物美价廉”的传统标准。

期望产品的总质量2．原子经济性：原子经济性可用原子利用率来衡量，其定义式可表示为：原子利用率＝生成物的总质量×100%。经济性的反应有两个显著优点：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地减少了废物的排放。

[课后练习] 一、选择题(每小题6分,共54分) 1.[2016·苏州一模]下列做法与“保护环境”国策不符合的是

A.提高臭氧浓度以改善空气质量

B.提升矿物燃料的脱硫脱硝技术

C.研发太阳能汽车代替燃油汽车

D.开发不含氮、磷的洗涤清洁剂

【解析】臭氧有强氧化性,浓度过高对人体有害,A项错误。

2.化学与人类生活、社会可持续发展密切相关,下列措施有利于节能减排、保护环境的是

①加快化石燃料的开采与使用

②研发易降解的生物农药

③应用高效洁净的能源转换技术

④田间焚烧秸秆

⑤推广使用节能环保材料

⑥2M+N2P+2Q,2P+MQ(M、N为原料,Q为期望产品),符合“化学反应的绿色化”要求

A.①③④⑤

B.②③⑤⑥

C.①②③④

D.②④⑤⑥

【解析】①④都会使环境遭到破坏。⑥中原料均能转化成目标产物,原子利用率可达100%。3.下列做法与所要实现的目的中,正确的是

A.回收电子垃圾通过高温焚烧熔出金属,可实现资源循环利用和绿色环保

B.回收废弃塑料制成燃油替代汽、柴油,可减轻环境污染和节约化石能源

C.采用天然石材装修家居,可减轻室内甲醛等有机物和放射性物质的污染

D.将工业废水加压排放到地下深井,可实现自然过滤净化和避免水的污染

(A) (B) (B) 7

【解析】高温焚烧电子垃圾的同时产生有毒气体而污染大气,A项错误;天然石材中没有甲醛,但可能含有放射性物质,C项错误;将工业废水排到地下深井,能渗透到地下水中而污染地下水,D项错误。

4.[2016·北京通州区期中检测]下列有关海水综合利用的说法中不正确的是

A.氯气从海水中提溴的关键反应是Cl2+2Br-2Cl-+Br2

(B) B.海水中含有钾元素,只需经过物理变化就可以得到钾单质

C.海水中的Na+、Cl-结晶成NaCl的过程,形成了化学键

D.从海水中可以得到氯化镁,再经过电解可制金属镁

【解析】海水中钾元素以K+形式存在,其转化成单质钾一定发生化学反应,B项错误。

5.如图为雾霾的主要成分示意图。下列说法不正确的是

(C)

A.重金属离子可导致蛋白质变性

B.苯是最简单的芳香烃

C.SO2、NxOy都属于酸性氧化物

D.利用丁达尔效应可检验雾霾是否为胶体

【解析】NxOy中NO、NO2不属于酸性氧化物。

6.利用海洋资源获得的部分物质如图所示,有关说法正确的是

(C)

A.在化学反应中H2O可转变为D2O B.“加碘食盐”生产中碘添加剂为单质I2

C.实验室用带玻璃塞的棕色瓶贮存液Br2

D.电解饱和MgCl2溶液时在阴极得到Mg 【解析H2OD2O为物理变化,A项错误;加碘食盐是添加了碘酸钾,B项错误;依据电解原理分析,电解氯化镁溶液,H+在阴极得到电子生成氢气,工业上电解熔融氯化镁得到金属镁,D项错误。

8

7.海水中主要含有Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、Br-、S可用海水脱硫,其工艺流程如下图所示: 、HC、C等离子,火力发电时排放的烟气

下列说法错误的是

A.海水pH约为8的原因主要是天然海水含CB.吸收塔中发生的反应有SO2+H2OC.氧化主要是氧气将S、HSH2SO3

、HC

(D) 、H2SO3氧化为SD.经稀释“排放”出的废水中,S浓度与海水相同

【解析】C、HC水解可导致海水显弱碱性,A项正确;海水脱硫的原理为烟气中的SO2与H2O反应生成H2SO3,H2SO3再被氧气氧化为H2SO4,再用海水稀释后排放,故B、C项正确,D项错误。

8.海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源,下图为海水利用的部分过程。下列有关说法不正确的是

(B)

A.工业上通过电解熔融状态MgCl2制取金属镁

B.用澄清石灰水可鉴别NaHCO3和Na2CO3

C.在第②④步骤中,溴元素均被氧化

D.制取NaHCO3的反应是利用其溶解度小于NaCl 【解析】澄清石灰水与NaHCO3和Na2CO3均可以反应生成白色沉淀碳酸钙,B项错误。

9.碘在地壳中主要以NaIO3的形式存在,在海水中主要以I-的形式存在,几种粒子之间的转化关系如图所示。下列说法中不正确的是

(C)

9

A.用淀粉KI试纸和食醋检验加碘盐时淀粉KI试纸会变蓝

B.足量Cl2能使湿润的、已变蓝的淀粉KI试纸褪色的原因可能是5Cl2+I2+6H2OC.由图可知氧化性的强弱顺序为Cl2>I2>I

2HIO3+10HCl D.途径Ⅱ中若生成1 mol I2,则反应中转移的电子数为10NA

【解析】加碘盐中含有I,其在酸性条件下可被I-还原生成I2,A项正确;根据图示转化关系可知B项正确;根据途径Ⅰ可知氧化性:Cl2>I2,根据途径Ⅱ可知氧化性:I>I2,根据途径Ⅲ可知氧化性:Cl2>I,C项错误;根据关系式2I~I2~10e-可知D项正确。

二、非选择题(共46分) 10.(15分)紫菜与海带类似,是一种富含生物碘的海洋植物。紫菜轻薄松脆、比海带更易被焙烧成灰(此时碘转化为碘化物无机盐)。现利用其进行碘单质的提取实验。乙醇、四氯化碳、碘(晶体)的某些物理性质见下表。

密度/(g·cm-3) 沸点/℃

乙醇

0.7893 78.5 四氯化碳

1.595 76.8 碘(晶体) 4.94 184.35

(1)实验室中焙烧紫菜用到的仪器有

DFGH

(填写相应的字母)。

A.烧杯

B.表面皿

C.蒸发皿

D.坩埚

E.试管

F.酒精灯

G.三脚架

H.泥三角

(2)将焙烧所得的紫菜灰与足量的双氧水和稀硫酸作用,其目的是

将溶液中的I-转化为I2

。

(3)

过滤

(填一种基本操作的名称),弃去残渣,将所得的产物转入

分液漏斗

(填一种玻璃仪器的名称)中,加入少量的

四氯化碳

(填本题表格中一种最佳化学试剂的名称),振荡、静置,首先将

下层液体

分离出来。

(4)将下列装置图中缺少的必要仪器补画出来以最终获得固态的单质碘(不考虑对碘的进一步提纯)。

答案如图所示:

10

【解析】整个流程为I2I-I2含I2的有机溶液

I2。(1)焙烧需要坩埚,坩埚放在泥三角上,泥三角放在三脚架上,还需用酒精灯加热。(2)紫菜灰中的碘以I-形式存在,加入双氧水将其氧化为I2。(3)选用四氯化碳作萃取剂,有机层在下层,首先分离出下层液体。(4)由于四氯化碳的沸点为76.8 ℃,故用温度计控制水浴的温度在77 ℃左右,蒸馏烧瓶上方温度计的感温泡要在蒸馏烧瓶支管口附近,接收四氯化碳的容器用锥形瓶,减少四氯化碳的挥发。

11.(16分)海水中有取之不尽的化学资源,从海水中可提取多种化工原料。下图是某工厂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+、S等杂质,精制后可得NaCl饱和溶液,精制时通常在溶液中依次加入过量的BaCl2溶液、过量的NaOH溶液和过量的Na2CO3溶液,过滤后向滤液中加入盐酸至溶液呈中性。请写出下列操作中发生反应的离子方程式: ①盐溶液中加入过量的Na2CO3溶液:

C+Ca2+CaCO3↓

、

Ba2++CBaCO3↓

。

②滤液中加入盐酸至溶液呈中性:

C+2H+CO2↑+H2O、OH-+H+H2O

。

(2)母液中含有K+、Na+、Mg2+等阳离子,从图中可以看出,对母液进行一系列的加工制得金属镁。

①从离子反应的角度思考,在母液中加入石灰乳所起的作用是

使Mg2+变为Mg(OH)2沉淀

。

②石灰乳是生石灰与水作用形成的化合物,从充分利用当地海洋化学资源,提高生产与经济效益的角度考虑,生产生石灰的主要原料是

贝壳

。

11

③电解熔融氯化镁的化学方程式是

MgCl2原剂是

MgCl2

。

④电解无水氯化镁所得的镁蒸气在特定的环境里冷却后即为固体镁,下列物质中可以用作镁蒸气冷却剂的是

A

(填写字母序号)。

A.H2

B.CO2

C.O2

D.水蒸气

Mg+Cl2↑

;从氧化还原反应的角度分析,该反应中的还(3)在该化工厂中,海水提取氯化钠后的母液经过提取氯化镁后又形成了新的母液,向新的母液中加入一种常见的气态氧化剂,又制取了重要的化工原料溴单质。

①生成溴单质的化学反应的离子方程式是

Cl2+2Br-2Cl-+Br2

;生产中将溴单质从化合物中分离出来的方法是

通入热空气或水蒸气

,这种方法的成功应用是基于溴单质具有

挥发

性。

②以下是对生产溴单质所用的气态氧化剂寻找供货源的设想,其中合理的是

CD

(填代号)。

A.从外地购买

B.在当地新建生产厂

C.从本厂生产烧碱处循环

D.从本厂生产镁单质处循环

③从多种经营综合开发,打造大而强的现代企业以及本厂生产所需要的原料等方面来看,你认为该化工厂还可以再增加的生产项目是

生产盐酸

。

【解析】(1)①加入Na2CO3溶液的目的是为了除去Ca2+和过量的Ba2+,所以加Na2CO3必须放在加BaCl2的后面。②加入盐酸的目的是中和过量NaOH和除去过量的C。(3)②电解饱和食盐水和电解MgCl2都产生Cl2,所以选择C、D项。③整个生产中既有H2又有Cl2产生,所以可以考虑生产盐酸。

12.(15分)[2017·银川一中月考]海水中蕴藏着丰富的资源。海水综合利用的流程图如下:

(1)以NaCl为原料可以得到多种产品。

①工业上由NaCl制金属钠的化学方程式:

2NaCl(熔融)2Na+Cl2↑

。

②实验室用惰性电极电解100 mL NaCl溶液,若阴阳两极均得到112 mL气体(标准状况),则所得溶液的pH为

13

(忽略反应前后溶液的体积变化)。

③电解氯化钠稀溶液可制备“84消毒液”,通电时氯气被溶液完全吸收,若所得消毒液仅含一种溶质,写出

12

相应的化学方程式:

NaCl+H2ONaClO+H2↑

。

(2)分离出粗盐后的卤水中蕴含着丰富的镁资源,经转化后可获得MgCl2粗产品。从卤水中提取镁的步骤为

a.将海边大量存在的贝壳煅烧成石灰,并将石灰制成石灰乳; b.将石灰乳加入到海水沉淀池中经过滤得到Mg(OH)2沉淀; c.在Mg(OH)2沉淀中加入盐酸得到MgCl2溶液,再经蒸发结晶得到MgCl2·6H2O; d.将MgCl2·6H2O在一定条件下加热得到无水MgCl2; e.电解熔融的氯化镁可得到Mg。

①步骤d中的“一定条件”指的是

在HCl气流中

,目的是

抑制Mg2+水解

。

②上述提取镁的流程中,为了降低成本,减少污染,可以采取很多措施,请写出其中一点:

e步电解产生的Cl2用于制取HCl气体,利用HCl抑制d步中MgCl2水解,并制得c步中所需的盐酸

。

③有同学认为步骤b后可加热Mg(OH)2得到MgO,再电解熔融的MgO制金属镁,这样可简化实验步骤,体现实验的简约性原则。你同意该同学的想法吗?

不同意

,请说出你的理由:

因为MgO熔点很高,熔融时会消耗大量的电能而增加生产成本

。

【解析】(1)①工业制备金属钠是电解熔融的氯化钠。②阴极产生112 mL氢气,则溶液中有0.01 mol H+放电,生成0.01 mol OH-,则c(OH-)=0.1 mol·L-1,其pH=13。③电解产生的NaOH与Cl2发生反应生成NaClO和NaCl,因此总反应为NaCl+H2O的方法制Mg。

NaClO+H2↑。(2)MgO的熔点高,熔融时耗能多,故不用电解熔融MgO

13