归纳与整理优秀教学设计内容

第四章

化学与自然资源的开发利用

第一节

开发利用金属矿物和海水资源

第二课时

海水资源的开发利用

教学目标定位

知识与技能

1、了解海水资源的开发和利用前景。

2、了解海水淡化的意义和方法，掌握海水的蒸馏。

3、掌握海水化学资源的开发和利用，海水制盐，海水提镁、溴、碘的原理，会写相关反应的化学方程式。

4、认识化学在自然资源综合利用方面的重要价值。

过程与方法

实验与探究，培养归纳能力、比较能力

情感、态度与价值观

懂得海洋是一个宝藏，但它需要我们合理地进行开发利用，培养节约资源、爱护环境、变废为宝等意识

导学：

海洋中存活着_________种生物，海洋每年可提供人类利用的鱼类、贝类、虾类、藻类等共________吨。在不破坏生态平衡的前提下，海洋每年可产出的水产品足够________人食用，海洋向人类提供食物的能力等于全球所有耕地提供农产品的________倍。据估计，从海洋生物中可提制的新型药物和保健品将达_______种之多。

问题与讨论：

为什么中日在钩鱼岛问题上互不相让？

钓鱼岛又称钓鱼台、钓鱼台群岛、钓鱼台列岛（日本称其为“尖阁列岛”），位于中国东海大陆架的东部边缘，为台湾岛的附属岛屿。钓鱼诸岛周围的海域面积约为17万平方公里，相当于5个台湾本岛面积。钓鱼诸岛及其附近海域海底石油储量巨大。有人曾经预言，钓鱼岛附近水域的石油资源储备量相当于“第二个中东”，在其它方面也有巨大的经济价值。

趣味导学

海洋约占地球表面积的71%，海水中含有巨大的水资源和化学资源。

水资源：占全球总水量的97％

动力资源：潮汐能、波浪能等用于发电

生物资源：鱼类及其他海产品供食用、药用等

地质矿物资源：可燃冰、石油、多金属结核等

海水化学资源：

一、海水水资源的开发利用

1．直接利用：海水进行循环冷却。

2．海水淡化：主要方法有蒸馏法、电渗析法、离子交换法。

3．海水的蒸馏

(1)原理

(2)注意事项

①烧瓶需垫石棉网加热。

21②烧瓶所盛液体不能超过烧瓶容积的3，也不能少于3。

③需向烧瓶中加几粒沸石或几片碎瓷片，以防液体暴沸。

④冷凝器里的冷却水要从冷凝器的下口进、上口出。

【自主思考】

1．海水的蒸馏装置与普通的蒸馏装置有何区别？为什么？

提示

因为海水蒸馏得到的是淡水，水的沸点为100 ℃(常压下)无需用温度计，因此可不用蒸馏烧瓶，而换为圆底烧瓶。

二、海水化学资源的开发利用

1．海水中的化学资源

海水中H、O两种元素，加上Cl、Na、K、Ca、Mg、S、C、F、B、Br、Sr等11种元素的总量超过99%，其他为微量元素，共计含有80多种。

2．海水制盐

日晒提纯海水――→粗盐――→精盐。

结晶3．海带提碘

Cl2(1)流程：海带―→灼烧―→浸泡―→过滤――→氧化―→提纯―→碘单质。

(2)原理：2I－＋Cl2===I2＋2Cl－。

4．海水提溴

(1)过程：浓缩―→氧化―→富集―→提取。

(2)原理：2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－。

5．海水提镁

CaO盐酸脱水(1)过程：浓缩――→沉淀―→过滤――→溶解―→结晶(MgCl2·6H2O)――→MgCl2

电解晶体――→金属镁。

(2)原理：①Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓。

②Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O。

HCl③MgCl2·6H2O=====△MgCl2＋6H2O。

电解④MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl2↑。

6．新能源的开发

(1)从海水中提取铀和重水，铀和重水是核能开发的重要原料。

(2)潮汐能、波浪能是待开发的新型能源。

【自主思考】

2．海水制盐属于物理变化，还是化学变化？

提示

海水制盐是利用日光和风力使海水中水分蒸发从而使食盐结晶析出，因此属于物理变化。

[效

果

自

测]

1．若实现海水淡化供应饮用水，下列方法在原理上完全不可行的是(

) A．加明矾使海水中盐分沉淀而淡化

B．利用太阳能使海水蒸馏淡化

C．将海水电解，然后让两极气体燃烧得到饮用水

D．将海水通过离子交换树脂，以除去所含离子

解析

明矾具有净水作用，可使海水中的悬浮物形成沉淀而除去，但不能使海水中盐分沉淀。

答案

A 2．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。

(1)海水中含有Br2(

) (2)海带中含有碘，能使淀粉变蓝(

) (3)用SO2溶液吸收溴蒸气，是利用了SO2具有漂白性(

) 答案

(1)×

(2)×

(3)×

探究一、海水中水资源的利用

【合作交流】

1．进行海水的蒸馏实验时，烧瓶中为什么要放入少量沸石？冷凝管中冷却水的流向如何？

提示

在烧瓶中放少量碎瓷片或沸石，目的是防止液体暴沸；冷凝管中冷却水从下口进，从上口出。

2．结合对本课时内容的预习，讨论海洋中哪些能源可转化为蒸馏海水时所需的热能？

提示

潮汐能、核能可转化为电能给蒸馏海水加热。

【点拨提升】

1．海水蒸馏实验的操作步骤

连接装置→检查装置气密性→向烧瓶中加入海水和碎瓷片→接通冷却水→给烧瓶加热→收集蒸馏水→停止对烧瓶加热→待冷却至室温后停止通入冷却水→整理仪器。

2．海水蒸馏实验的注意事项

(1)烧瓶加热时，一定要垫石棉网，防止烧瓶炸裂。

2(2)烧瓶中的海水量不能超过烧瓶容积的3。

(3)冷凝管内的冷却水要从下口入、上口出，这样冷却的效果最好。

(4)加入碎瓷片的目的是防止液体暴沸。

(5)实验前认真检查装置的气密性。

(6)当烧瓶中有少量液体时，停止加热。

(7)实验结束时，应先停止加热，后停止通入冷却水。

【典题例证1】

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

海水中的钾元素以化合态形式存在，要使化合态转化为游离态，一定发生氧化还原反应，A不正确；海水蒸发制海盐，是发生了物理变化，B不正确；电解熔融NaCl可以制得Na和Cl2，C正确；潮汐发电是将机械能转化为电能，因

此D也不正确。

答案

C 【学以致用1】

海水淡化可使用蒸馏法。如图所示为以自来水为原料制取蒸馏水的实验装置，请回答下列问题。

(1)图中的两处明显错误是①____________________________；②____________________________。

(2)仪器A的名称是________________，仪器B的名称是________________________。

(3)实验时A中除加入自来水外，为防止液体暴沸还需加入少量________________________。

解析

(1)蒸馏时，温度计测量的是水蒸气的温度，而不是溶液的温度，所以温度计的水银球应置于蒸馏烧瓶的支管口处；根据题图，冷却水应“下进上出”。(2)观察题图可知，A是蒸馏烧瓶，B是冷凝管。(3)由于需要加热，所以A中还要加入沸石(或碎瓷片)以防止液体暴沸。

答案

(1)①温度计的水银球插入液体中

②冷却水进出口方向反了

(2)蒸馏烧瓶

冷凝管

(3)沸石(或碎瓷片) 探究二、海水化学资源的开发利用

【合作交流】

1．目前，海水制盐所采用的方法大部分仍为盐田蒸发法，利用风能和太阳能使海水蒸发。这种古老方法有什么优点？(从经济效益方面考虑) 提示

盐田蒸发法具有产量高、耗能少、成本低、运输方便等优点。

2．阅读下面文字，交流讨论后面的问题：

空气吹出法是工业规模海水提溴的常用方法：在预先经过酸化的浓缩海水中通入氯气使溴离子成为单质溴，继而通入空气和水蒸气，将溴吹入吸收塔，使溴蒸气和吸收剂二氧化硫发生作用转化成氢溴酸，以达到富集的目的。然后，再用氯气

将其氧化得到溴，最后蒸馏得到液溴。

(1)通入空气和水蒸气，将溴吹入吸收塔，是利用了溴的什么性质？

(2)除通过蒸馏提取液溴外，还有什么方法可提取液溴？

提示

(1)溴的沸点低，易挥发。

(2)由于溴易溶于有机溶剂，还可用萃取的方法提取液溴。

3．下面流程图为海带中碘元素检验的实验步骤，据此思考回答问题。

灼烧水，加热H2SO4淀粉海带――→海带灰―――→溶液―――→溶液――→溶液

过滤H2O2(1)海带灼烧前，为什么不用水冲洗海带表面的附着物，而是用刷子刷？

(2)写出加入稀硫酸酸化的H2O2时发生的离子方程式。

(3)根据什么现象证明海带中有碘元素。

提示

(1)为减少海带中I－的流失，不能用水冲洗。

(2)2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O (3)当加入淀粉溶液时，溶液变蓝，证明有I2生成，从而说明海带中含有碘元素。

【点拨提升】

1．海水提溴

海水提溴的主要方法是空气吹出法。

(1)主要流程：

海水浓缩――→酸化浓缩海水Br－通入Cl2、通入空气―――――――――→水蒸气吸收塔SO2反应后――→富集溴－通入Cl2后－HBr、SO2――→Br、Cl

42提取Br2(2)主要反应：

Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－(氧化) Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4(富集) Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－(提取) 2．海带中提碘

(1)海带中含有碘元素的检验

①关键反应的反应原理：2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O。

②实验步骤及证明方法：

(2)海带中提碘

①流程：海带→浸泡→氧化→过滤→提纯→碘单质。

②主要的化学反应原理：Cl2＋2KI===2KCl＋I2。

3．海水提镁

(1)主要反应原理：

煅烧CaCO3=====CaO＋CO2↑

CaO＋H2O===Ca(OH)2

Ca(OH)2＋MgCl2===Mg(OH)2↓＋CaCl2

Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O 通电MgCl2(熔融)=====Mg＋Cl2↑

(2)工艺流程。

【典题例证2】

空气吹出法是目前“海水提溴”使用到的主要方法之一。其工艺流程如下：

(1)步骤③所发生反应的离子方程式是_____________________ ____________________________________________________________。

(2)溴水混合物Ⅱ中溶有一定量的氯气，因此在步骤⑤中可将蒸馏产生的气体通过________(填化合物名称)溶液，以除去氯气。

(3)步骤⑤的蒸馏过程中，温度应控制在80～90 ℃温度。过高或过低都不利于生

产，请解释原因：____________________________________________________。

(4)步骤①中用硫酸酸化可提高_____________________________________。

(5)提取溴单质时，蒸馏溴水混合物Ⅱ而不是蒸馏溴水混合物Ⅰ，请说明原因：__________________________________________________________ ___________________________________________________________。

解析

从海水中提取溴，一般要经过浓缩、氧化、提取三个步骤。步骤①发生的反应是Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2，生成的溴仍溶解在海水中，依据溴的沸点比水低，鼓入热空气(步骤②)，使溴和热空气一起挥发出来，再用SO2水溶液吸收(步2－骤③)：Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO4，这样可以得到Br－浓度较大的溶Cl2的利用率，理由是液，进一步用氯气氧化(步骤④)，可得到含Br2的水溶液，然后蒸馏即得到液溴。

－答案

(1)Br2＋SO2＋2H2O===4H＋＋2Br－＋SO24

(2)溴化铁(或其他含Br－的盐) (3)温度过高，大量水蒸气被蒸出；温度过低，溴不能被完全蒸出

(4)酸化可抑制Cl2、Br2与水反应

(5)将溴水混合物Ⅰ转变为溴水混合物Ⅱ是Br2的富集浓缩过程，蒸馏溴水混合物Ⅱ可提高效率，减少能耗，降低成本

【学以致用2】

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：

(1)指出从海藻中提取I2的实验操作名称：

①________________，③________________，

反应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

C．汽油、乙酸

B．四氯化碳、苯

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。还缺少的仪器是________________________。

(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。

解析

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

(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。

(3)萃取分液所必需的仪器是分液漏斗，过滤时所需仪器必有普通漏斗。

答案

(1)过滤

萃取分液

2I－＋Cl2===I2＋2Cl－

(2)B (3)分液漏斗，普通漏斗

(4)①没有石棉网；②温度计插入液面以下；③冷凝管进、出水方向颠倒

(5)萃取剂沸点较低，I2易升华

蒸馏烧瓶