课题2　海水的综合利用教案3

（新人教选修2）

2.2海水的综合利用示范教案

目的要求：

了解海水中盐的开发和利用，掌握食盐资源的利用。

了解海水提溴的重要步骤

教学过程：

引入：

海水成份及应用前景：

海水是一个大的混合物体系（广意）：

若将海水中的盐结晶后平铺于陆地上，地球将增高150米

海水中平均含盐3.5%，含多种矿物质，如钠、钙、钾、溴、碘、锶等。海洋中还有大量的生物，是人类食物的来源之一

海水资源包括：能量、生物、化学、矿物、及空间资源。利用潮汐能量发电，各种化学物质被综合利用

，海洋生物为人类提供食物和保健用品；海水还是人类未来重要的淡水来源、新的能源和人类的空间资源。

一、海水中盐的开发和利用

1.海水制盐

（1）海水制盐以蒸发法（盐田法）为主，主要原理是太阳照射后，水分蒸发，达到饱和浓度时，依次以固体形式析出。

（2）盐田必须符合的条件有三个

①有平坦空旷的海滩，潮汐落差大；②气候干燥、多风、少雨；③

远离江河入海口。

（3）盐田一般分为贮水池、蒸发池、结晶池三部分。

（4）海水制盐要经过风吹、日晒逐渐蒸发浓缩，达到饱和后会析出

食盐晶体，分离后所得的母液叫苦卤，可综合利用制得副产品氯化钾、氯化镁等。

（卤水中主要含氯化镁、碘化钾、溴化钾）

（5）海水制盐还可用电渗析法和冷冻法，这样不但可制得盐，还可得到淡水。

2、食盐资源的利用

（1）化学工业之一的氯碱工业，是以食盐为原料制取NaOH、Cl2、H2，再进一步生产其他化工产品。

（2）电解食盐水实验装置

（3）用惰性电极电解时，各阳离子的放电顺序：

Ag+﹥Cu2+﹥H+﹥Pb2+﹥Sn2+﹥Fe2+﹥Zn2+﹥Al3+﹥Mg2+﹥Na+﹥Ca2+﹥

K+(和金属活动顺序刚好相反)；

阴离子的放电顺序：S2-﹥I-﹥Br-﹥Cl-﹥OH-﹥含氧酸根离子。

（4）原理：氯化钠溶液中存在着Na＋、Cl—、OH—

、H＋四种离子，通直流电后，Cl—、OH—向阳极移动且Cl—比OH—优先失电子放电，Na＋、H＋向阴极移动且Na＋比H＋优先得电子放电。

；阴极反应式：

H＋ ＋2e—= H2-阳极反应式：2 Cl——2e—= Cl2

↑

电解饱和食盐水的反应式是2NaCl＋2H2O ↑

（5）电解产品及其他化工产品

电解2NaOH＋H2

↑＋ Cl2-电解食盐水后产物NaOH、Cl2、H2 可用来制其他化工产品。

2NaOH + CO2 ==Na2CO3 + H2O H2

＋ Cl22NaOH + Cl2=NaClO＋NaCl+ H2O 二、海水提溴

溴是一种重要的化工原料，工业上可用作燃料的防爆剂；胶卷的感光材料；农业上常用作杀虫剂；医药上可用于红药水、镇静剂。

海水中蕴藏着大量的溴，目前常用吹出法从海水提取溴元素。具体过程如下

1、氯化：

氯气置换溴离子之前，要使海水酸化，使pH=3.5，用氯气置换溴离子的反应

Cl2＋2 Br—=2 Cl—＋Br2

2、吹出：

当Br—

被氧化成Br2后，用空气将其吹出，也可用水蒸气与溴一点燃2HCl

起蒸出。

3、吸收：

空气吹出的溴和大量的空气混合不易分离，常用二氧化硫做还原剂回收溴，再用氯气将其氧化得到溴产品：Br2＋SO2

＋H2O=2HBr＋H2SO4 Cl2＋2 Br—=2 Cl—＋Br2 三、海水提镁

1、海水提镁用到的原料是海滩上的贝壳，贝壳的主要成分是CaCO3，煅烧贝壳可得到生石灰CaO，将其加入海水中可提供OH—将海水中的Mg2+转化成沉淀Mg(OH)2，从而与海水分离。发生反应的化学方程式为：

①CaCO3煅烧CaO+CO2↑； ②CaO+H2O=Ca(OH)2；

③MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2。

2、从海水中的Mg2+到金属镁，经历了以下几个过程：

①（利用在溶液中，微溶物可向难溶物转化）MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2；

②Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O；

3、电解熔融的氯化镁 MgCl2（熔融）电解Mg+Cl2↑。

4、海水制盐后的苦卤中含有大量的氯化镁，可以从中提取镁。

【思考】（1）

如何用蒸发、结晶的方法从氯化镁溶液中得到无水氯化镁

？

答案：在氯化氢气氛中蒸发

（2）设计从上述苦卤中提取溴、碘？

提示：氧化性：Cl2＞ Br2＞I2

故有反应：Cl2+2Br-= Br2+2Cl-，Cl2+2I-=I2+2 Cl-

，Br2+2I-=I2+2Br-。

答案：溴氧化后吹出，用氢氧化钠吸收后酸化；碘氧化后用萃取剂萃取

四、从海水中提取重水

1、重水可作原子反应堆的中子减速剂和传热介质（重水堆）。

2、热核聚变指的是两个氘核在高温高压下融合成氦核，同时放出大量能量的过程。

3、重水在海水中的贮量丰富，总计海水中含重水2.0×1014t 。

海水的综合利用课后练习

考查点一

海水制盐及食盐资源的利用

1．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．氯、溴、碘

B．钠、镁、铝

C．烧碱、氢气

答案

D 2．离子膜法制烧碱示意图如下图所示，有关说法正确的是

(

)。

D．食盐、淡水

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

解析

a口进入的是精制饱和NaCl溶液；b口所进的是含少量NaOH的水；

c口出的是淡盐水；d口出的是H2。

答案

D 3．在氯碱工业中，原料盐中的杂质离子危害很高，能破坏离子膜，以下对Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42－除去顺序不合理的是

(

)。

A．BaCl2、NaOH、Na2CO3

B．BaCl2、Na2CO3、NaOH C．NaOH、BaCl2、Na2CO3

D．Na2CO3、BaCl2、NaOH 解析

除杂原则是每一种试剂必须过量，不能引入杂质离子，或者引入的杂

质离子利用后加试剂能除去。而D选项加入BaCl2后，再加NaOH时不能将

过多的钡离子除去，从而引入新的杂质。

答案

D 4．氯碱工业中关于电极材料的选用，下列说法合理的是

A．两极可用任意可导电固体材料

B．阳极必须用惰性电极

C．阴极必须用惰性电极

D．石墨阳极比金属阳极更节电

解析

阳极发生氧化反应，反应式为2Cl－－2e－===Cl2↑，故阳极需用惰性电

极，阴极则不必。惰性金属阳极比石墨阳极在耐腐蚀性、节电等方面性能更

好。

答案

B 5．氢氧化钠是一种用途十分广泛的化工原料。工业上主要通过电解氯化钠饱和溶液的方法获得氢氧化钠，我国的氯碱工业大多数采用离子交换膜电解槽。

(1)离子交换膜电解槽一般采用金属钛作阳极，其原因是_________________

(

)。

________________________________________________________________。

阴极一般用碳钢网制成。阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室，其作

用是_____________________________________________________________。

(2)为使电解氯化钠的速率加快，下列措施可行的是__________。

a．增大阴极碳钢网的面积

b．提高饱和氯化钠溶液的温度

c．加大阴极与阳极间的距离

d．提高电解时电源电压

(3)如果将某离子交换膜电解槽的①电解时电压增大到原来的2倍；②电解时

的电流强度增大到原来的2倍；③电解时温度从30 ℃提高到60 ℃，则电解

速率一定会达到原来的2倍的是________________。

解析

电解时H＋、Cl－分别在阴阳两极上得失电子，产生H2和Cl2，阳极材

料必须选择不易被Cl2腐蚀的材料；增大面积、提高温度、增大电压都有利

于加快电解食盐水的速率。

当电解时电压增大到原来的2倍，电解池的电阻可能发生变化，电解时的电

流强度不一定增大到原来的2倍；电解时温度从30 ℃提高到60 ℃，电解池

的内阻会有所降低，但并不一定恰好降低为原来的一半；当电解时的电流强

度增大到原来的2倍，单位时间内流过电路的电量恰好为原来的2倍，发生

反应的物质的量也恰好为原来的2倍，即反应速率为原来的2倍。

答案

(1)阳极产生的Cl2不易腐蚀钛

既能防止H2、Cl2混合爆炸，又能避

免Cl2与NaOH反应

(2)abd

(3)②

6．(1)电解饱和食盐水之前食盐水需要精制，目的是除去粗盐中的Ca2＋、Mg2＋、SO42－等杂质离子，使用的试剂和操作有a.Na2CO3溶液，b.Ba(OH)2溶液，c.稀盐酸，d.过滤，其合理的加入顺序为________(填字母代号)。

(2)电解饱和食盐水时离子交换膜的作用是_____________________________ _________________________________________________________________。

(3)电解饱和食盐水时，如果在容积为10 L的离子交换膜电解槽中，1 min在

阳极可产生11.2 L(标准状况)Cl2，这时溶液的pH是(设体积维持不

变)________。

(4)Cl2常用于自来水的杀菌消毒，现有一种新型消毒剂ClO2，若它们在杀菌

过程中还原产物均为Cl－，消毒等量的自来水，所需Cl2和ClO2的物质的量

之比为________。

解析

(4)Cl22Cl－，ClO2Cl－，故所需Cl2和ClO2的物质的量之比

为5∶2。

答案

(1)badc (2)防止Cl2与NaOH反应

防止Cl2与H2混合爆炸

(3)13

(4)5∶2

考查点二

海水提镁

7．世界上60%的镁是从海水中提取的，其主要步骤如下：①把贝壳制成石灰乳

②在海水中加入石灰乳，过滤，洗涤沉淀物

③将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤

④在氯化氢热气流中干燥晶体

⑤电解上述晶体的熔融物。下列说法不正确的是

(

)。

A．镁元素在元素周期表中位于第3周期，ⅡA族

B．向洗涤液中滴加碳酸钠溶液可检验沉淀是否洗涤干净

C．在氯化氢热气流中干燥晶体的目的是抑制MgCl2水解

D．步骤⑤也可以采用电解该晶体水溶液的方法

解析

D项中操作的反应化学方程式是MgCl2＋2H2OMg(OH)2↓＋

H2↑＋Cl2↑，即电解MgCl2溶液得不到镁。

答案

D 8．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，工业规模海水提镁的流程如图所示：

试回答下列问题：

(1)海水提镁的过程中①、②反应的化学方程式：

①_______________________________________________________________，

②_______________________________________________________________。

(2)由氯化镁溶液制取无水氯化镁固体，其操作过程是____________________

_________________________________________________________________。

(3)为了使MgSO4完全转化为Mg(OH)2，则加入的生石灰要过量，然后分离

得Mg(OH)2沉淀，考虑Ca(OH)2溶解度，应该用________法分离。

(4)金属镁、铝的工业冶炼方法既有相似之处，又有不同之别，下表是氧化镁

和氯化镁的熔沸点数据：

物质

熔点(℃) 沸点(℃) 氧化镁

2 852 3 600 氯化镁

714 1 412 工业上炼镁采用电解熔融氯化镁，而冶炼铝则用电解熔融的Al2O3，其原因

是_______________________________________________________________ _________________________________________________________________。

解析

(1)贝壳的主要成分是CaCO3，高温CaCO3分解生成CaO和CO2，CaO 与H2O生成的Ca(OH)2又与Mg2＋生成Mg(OH)2，Mg(OH)2加HCl在一定条

件下生成无水MgCl2，电解MgCl2(熔融)在阴、阳极上分别得Mg和Cl2。

(2)对MgCl2溶液加热蒸发得到MgCl2·6H2O，由于MgCl2·6H2O在受热条

件下易水解，为防止水解应在HCl气氛中加热脱水转化为无水MgCl2。

(3)因为Ca(OH)2的溶解度是随温度升高而降低，为了减少Ca(OH)2与

Mg(OH)2共沉，所以在低温下过滤，所得Mg(OH)2纯度较高。

(4)AlCl3是共价化合物，熔化后不导电，故可电解熔化的Al2O3得铝单质；而

从表可看出MgO的熔点较MgCl2高，虽然电解两种物质均可得到单质镁，

但熔化MgO比MgCl2消耗更多的能量，从经济角度考虑，一般多用电解熔

融MgCl2法制Mg。

答案

(1)①CaCO3CaO＋CO2↑

②MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑

(2)先加热蒸发、冷却结晶得到MgCl2·6H2O，然后在HCl气氛中加热得到无

水MgCl2

(3)低温过滤

(4)MgCl2的熔点较MgO的熔点低，熔融MgCl2消耗较少的能量，节约能源，

降低成本；AlCl3是共价化合物，熔融不导电，只能电解熔融(熔于冰晶石

中)Al2O3生产铝

考查点三

海水提溴

9．溴的氧化性介于氯和碘之间，利用这一性质解决下面的问题。

(1)你认为：将含有下列哪种分子或离子的试剂加入到含有Br－的溶液中，可

以将Br－氧化为Br2__________。

A．I2

B．I

C．Cl2

D．Cl

(2)如果把氯气缓慢地通入含有相同物质的量浓度的Br－、I－的混合溶液里，

__________先被氧化，原因是_________________________________________ _________________________________________________________________。

(3)把滤纸用淀粉和碘化钾的混合溶液浸泡，晾干后就是实验室常用的淀粉碘

化钾试纸。这种试纸润湿后遇到氯气发生的变化是______________________，

－

原因是___________________________________________________________。

解析

(1)因为氧化性Cl2>Br2，所以Cl2可以氧化Br－。

(2)因为氧化性Cl2>Br2>I2，所以还原性：Cl－

(3)湿润的淀粉碘化钾试纸遇到Cl2发生下列反应：2KI＋Cl2===2KCl＋I2(或

2I－＋Cl2===2Cl－＋I2)，I2使淀粉变蓝。

答案

(1)C

(2)I－

还原性I－>Br－

(3)试纸变蓝色

Cl2将I－氧化成了I2，I2与淀粉作用变蓝色

10．工业上从海水中提取溴可采用如下方法：

(1)向预先经过酸化的浓缩海水中通入Cl2，将海水中的溴化物氧化，反应的

离子方程式为_____________________________________________________。

(2)向上述混合液中吹入热空气，将生成的溴吹出用纯碱溶液吸收，生成NaBr、

NaBrO3和CO2，反应的化学方程式为

_________________________________________________________________。

(3)将(2)所得溶液用硫酸酸化，使NaBr、NaBrO3中的溴转化为单质溴，再用

有机溶剂提取溴，还可以得到副产品Na2SO4，写出这一变化的离子方程式为

_________________________________________________________________。

(4)这样得到的溴中还混有少量Cl2，怎样除去？

________________________________________________________________。

答案

(1)2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2

(2)3Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑

(3)5Br－＋BrO3－＋6H＋===3Br2＋3H2O (4)加NaBr 考查点四

海水资源综合开发利用

11．海水是一个巨大的化学资源宝库，下列有关海水综合利用的说法正确的是

(

)。

A．海水中含有钾元素，只需经过物理变化就可以得到钾单质

B．海水蒸发制海盐的过程中只发生了化学变化

C．从海水中可以得到NaCl，电解熔融NaCl可制备Cl2

D．利用潮汐发电是将化学能转化为电能

解析

海水中钾元素以离子形式存在，生成钾单质必然发生化学反应，A错；海水蒸发制海盐发生的是物理变化，B错；潮汐发电是将机械能转化为电能，D错。

答案

C 12．工业上对海水资源综合开发利用的部分工艺流程如下图所示。

(1)电解饱和食盐水常用离子膜电解槽和隔膜电解槽。离子膜和隔膜均允许通

过的分子或离子是________。电解槽中的阳极材料为____________。

(2)本工艺流程中先后制得Br2、CaSO4和Mg(OH)2，能否按Br2、Mg(OH)2、

CaSO4的顺序制备？__________，原因是______________________________ _________________________________________________________________。

(3)溴单质在四氯化碳中的溶解度比在水中大得多，四氯化碳与水不互溶，故

可用于萃取溴，但在上述工艺中却不用四氯化碳，原因是__________________

_________________________________________________________________。

解析

(1)为防止H2和Cl2相遇，离子膜和隔膜均允许通过的离子为Na＋，根

据电解原理，该电解槽的阳极材料应该用惰性电极，如钛或石墨。(3)工业生

产中除了从理论上考虑外，还应从成本、工艺的简繁、可操作性、生产效率

等方面考虑。

答案

(1)阳离子(或Na＋)

钛(或石墨) (2)否

如要先生成沉淀Mg(OH)2，则沉淀中会夹杂有CaSO4沉淀，产品不纯

(3)四氯化碳萃取法工艺复杂、设备投资大、经济效益低、环境污染严重