高中化學 《課題二 海水的綜合利用》第二課時海水中提取溴、鎂和重水 同步導學課件 （新人教版選修2）

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歡迎進入化學課堂 第二課時海水中提取溴 鎂和重水 1 了解海水提溴 海水提鎂的原理及步驟 2 了解海水提取重水的常用方法 一 海水提溴1 原理從海水中提取的溴約占世界溴年產(chǎn)量的 常用的方法叫 反應原理為 2 提取過程 1 氯氣置換溴離子之前 要使 使pH 用氯氣置換溴離子的反應為 1 3 空氣吹出法 Cl2 2Br 2Cl Br2 海水酸化 3 5 氯化 Cl2 2Br 2Cl Br2 2 當Br 被氧化成Br2后 用將其吹出 也可用水與溴一起蒸出 3 空氣吹出的混合不易分離 常用做還原劑回收溴 再用氯氣將其氧化得到溴產(chǎn)品 有關化學方程式是 吹出 空氣 蒸氣 溴和大量的空氣 二氧化硫 Br2 SO2 2H2O 2HBr H2SO4 Cl2 2Br 2Cl Br2 吸收 二 海水提鎂1 原理電解熔融的MgCl2就可以得到金屬鎂和氯氣 2 提取過程 三 從海水中提取重水提取重水的方法有法 法 法和法 其中常用的一種是 交換按下列反應進行 重水D2O可作原子反應堆的中子減速劑和傳熱介質 重水堆 蒸餾 電解 化學交換 吸附 硫化氫 水雙溫交換法 H2O l HDS g HDO l H2S g 一 海水提溴海水提溴的主要反應原理和工藝流程如何 師生互動 提示 1 主要反應原理 Cl2 2Br Br2 2Cl 2 工藝流程 溴的吸收富集方法有哪些 舉例說明 師生互動 提示 溴的吸收富集 1 純堿吸收法 海水中的溴離子被氧化為溴單質后 用熱空氣或水蒸氣吹出 通過Na2CO3溶液使溴富集后 再將得到的溶液用稀硫酸酸化 用有機溶劑萃取溴單質 發(fā)生反應 3Br2 3Na2CO3 5NaBr NaBrO3 3CO2 5NaBr NaBrO3 3H2SO4 3Br2 3Na2SO4 3H2O 2 SO2吸收法 用空氣吹出的溴和大量的空氣混合在一起 不易分離 用還原劑SO2吸收后 再用氯氣氧化HBr即得到溴單質 2009年天津高考 海水是巨大的資源寶庫 在海水淡化及綜合利用方面 天津市位居全國前列 從海水中提取食鹽和溴的過程如下 1 請列舉海水淡化的兩種方法 2 將NaCl溶液進行電解 在電解槽中可直接得到的產(chǎn)品有H2 或H2 3 步驟 中已獲得Br2 步驟 中又將Br2還原為Br 其目的為 4 步驟 用SO2水溶液吸收Br2 吸收率可達95 有關反應的離子方程式為 由此反應可知 除環(huán)境保護外 在工業(yè)生產(chǎn)中應解決的主要問題是 5 某化學研究性學習小組為了解從工業(yè)溴中提取純溴的方法 查閱了有關資料 Br2的沸點為59 微溶于水 有毒性和強腐蝕性 他們參觀生產(chǎn)過程后 繪制了如下裝置簡圖 請你參與分析討論 圖中儀器B的名稱 整套實驗裝置中儀器連接均不能用橡膠塞和橡膠管 其原因為 實驗裝置氣密性良好 要達到提純溴的目的 操作中如何控制關鍵條件 C中液體產(chǎn)物顏色為 為除去該產(chǎn)物中仍殘留的少量Cl2 可向其中加入NaBr溶液 充分反應后 再進行的分離操作是 答案 1 蒸餾法 電滲析法 離子交換膜法 任意兩種 2 Cl2NaOHNaClO 3 富集溴元素 4 Br2 SO2 2H2O 4H SO42 2Br 強酸對設備的嚴重腐蝕 5 冷凝管 Br2腐蝕橡膠 控制溫度計b的溫度 并收集59 時的餾分 深紅棕色分液 或蒸餾 點評 本題綜合考查了利用海水制取Cl2 Br2等物質的反應原理及實驗能力 1 1 向溴化鈉溶液中通入適量氯氣 產(chǎn)生的現(xiàn)象是 反應的化學方程式是 向碘化鉀溶液中加入適量溴水 產(chǎn)生的現(xiàn)象是 反應的化學方程式是 2 由上述兩個化學反應可知 氯氣 溴 碘三種單質的氧化性強弱關系是 這樣的化學反應原理 在海水的綜合利用中的應用是 3 下列海產(chǎn)品中可以考慮用于工業(yè)上大量提取碘的是 貝殼 紫菜 魚 海帶 解析 Cl2與NaBr Br2與KI反應的化學方程式分別是 1 Cl2 2NaBr Br2 2NaCl 2 Br2 2KI 2KBr I2 Br2 I2的水溶液分別呈橙色 紫褐色 在反應 1 中Cl2是氧化劑 Br2是氧化產(chǎn)物 故氧化性Cl2 Br2 在反應 2 中Br2是氧化劑 I2是氧化產(chǎn)物 故氧化性Br2 I2 以適當?shù)难趸瘎r I 氧化的化學反應原理可以應用于從海水中提取溴和碘 在 貝殼 紫菜 魚 海帶中 紫菜和海帶中碘元素的含量較多 答案 1 溶液由無色變?yōu)槌壬獵l2 2NaBr Br2 2NaCl溶液由無色變?yōu)樽虾稚獴r2 2KI 2KBr I2 2 Cl2 Br2 I2從海水中提取溴和碘 3 二 海水提鎂利用海水資源提取金屬鎂的生產(chǎn)步驟如何 學生交流 提示 生產(chǎn)步驟 1 加熟石灰 2 過濾 3 加鹽酸 4 濃縮 結晶 脫水 干燥 5 熔融電解 海水提鎂的工藝流程和有關反應原理怎樣 師生互動 提示 1 工藝流程 海水提鎂整個生產(chǎn)過程中涉及到平衡理論的應用問題 請你指出并加以闡述 師生互動 提示 工業(yè)生產(chǎn)中平衡原理的應用 1 沉淀溶解平衡原理的應用 向海水中加入沉淀劑Ca OH 2 由于c OH 增大 Mg OH 2的溶解度小于Ca OH 2 則最大程度地將Mg2 轉化為Mg OH 2沉淀 向Mg OH 2沉淀中加入鹽酸 使沉淀溶解平衡右移 Mg OH 2溶解 2 水解平衡原理的應用在MgCl2 6H2O脫水變?yōu)镸gCl2時 由于MgCl2 2H2O Mg OH 2 2HCl水解平衡的存在 提供HCl氣體環(huán)境 增大c HCl 抑制了MgCl2的水解 避免了Mg OH 2的生成 以鹵水為原料 用下列方法制取鎂 其中可行的是 A 直接電解鹵水在陰極得鎂B 向鹵水里加鈉可置換出鎂C 鹵水與石灰水混合 過濾 洗滌 取沉淀煅燒得氧化鎂 用氫氣還原氧化鎂得鎂D 鹵水與石灰水混合 過濾 洗滌 取沉淀加鹽酸溶解得MgCl2溶液 將溶液加熱蒸發(fā)濃縮 再冷卻結晶 晶體在氯化氫氣氛中加熱脫水得無水MgCl2 電解熔融MgCl2得鎂 解析 A項電解 陰極生成H2 B項中Na首先與水反應 不能置換出Mg C項中H2不能把Mg還原出來 所以只有D合理 答案 D 點評 海水提鎂工業(yè)中 為提高反應中Mg2 的濃度 將海水濃縮或用提取食鹽后的鹽鹵 電解熔融MgCl2生成的Cl2可用于制鹽酸 循環(huán)使用 節(jié)省成本 所得Mg OH 2沉淀中含有的CaSO4雜質在加鹽酸前應除去 以保證MgCl2的純度 2 海水的綜合利用可以制備金屬鎂 其流程如下圖所示 1 若在空氣中加熱MgCl2 6H2O 生成的是Mg OH Cl或MgO 寫出相應反應的化學方程式 用電解法制取金屬鎂時 需要無水氯化鎂 在干燥的HCl氣流中加熱MgCl2 6H2O時 能得到無水MgCl2 其原因是 2 Mg OH 2沉淀中混有的Ca OH 2應怎樣除去 寫出實驗步驟 3 實驗室里將粗鹽制成精鹽的過程中 在溶解 過濾 蒸發(fā)三個步驟的操作中都要用到玻璃棒 分別說明在這三種情況下使用玻璃棒的目的 溶解時 過濾時 蒸發(fā)時 解析 本題以無機物和電解原理為載體 較全面地考查了基本概念 基本原理 元素化合物和化學實驗的基礎內容 思維要求較高 考查了學生的推理能力 綜合應用能力和實驗操作能力 1 海水提取鎂的關鍵是制得無水MgCl2 由于MgCl2為強酸弱堿鹽 故MgCl2 6H2O晶體加熱脫水時 因Mg2 的水解不能得到無水MgCl2 工業(yè)生產(chǎn)中通常采用的方法是在不斷通入干燥HCl氣流的條件下加熱脫水 以抑制Mg2 的水解 2 除去Mg OH 2沉淀中混有的Ca OH 2時 可根據(jù)Mg OH 2與Ca OH 2溶解度的差異 向混合物中加入MgCl2溶液 使溶解度相對較大的Ca OH 2轉變?yōu)殡y溶的Mg OH 2和易溶的CaCl2而除去 3 實驗室中玻璃棒的主要用途為 攪拌 目的是加快物質的溶解 或使物質混合均勻 當進行蒸發(fā)結晶操作時目的是防止因局部過熱而導致液滴或晶體飛濺 引流 目的是使液體沿玻璃棒流入接收儀器中 防止外灑 如 過濾 一定物質的量濃度溶液的配制等 海水中溶存著80多種元素 其中不少元素可以提取利用 具有重要的開發(fā)價值 據(jù)計算 每立方千米海水中含3750萬噸固體物質 其中除了氯化鈉約3000萬噸外 鎂約450萬噸 鉀 溴 碘 釷 鉬 鈾等元素也不少 若把這一立方千米海水中的物質提煉出來 其價值約等于10億美元 目前海水提鎂和提溴在國外已形成產(chǎn)業(yè) 海水提鉀 碘 鈾 重水等尚處于研究階段 我國對海水化學元素的提取都有一些研究 已列為未來的發(fā)展產(chǎn)業(yè) 研究性學習 海水中提取碘的實驗探究海帶中含有豐富的碘元素 其主要的存在形式為化合態(tài) 有機碘化物 經(jīng)灼燒后 灰燼中的碘可轉化為能溶于水的無機碘化物 碘離子具有較強的還原性 可被一些氧化劑氧化生成碘單質 例如 H2O2 2H 2I I2 2H2O 生成的碘單質在四氯化碳中的溶解度大約是其在水中溶解度的85倍 且四氯化碳與水互不相溶 因此可用四氯化碳把生成的碘單質從水溶液中萃取出來 1 從海水可獲得的在常溫下為液體的單質是 A MgB KC Br2D I2 解析 本題主要考查海洋中的元素及物質存在的狀態(tài) 海水中除含H O兩種元素外 還含有Cl Na K Ca Mg S C F B Br Sr等元素 顯然可制取所要求的4種單質 其中只有Br2單質為液體 故本題答案為C 答案 C 2 某實驗室僅有如下儀器或用具 燒杯 鐵架臺 鐵圈 三腳架 漏斗 分液漏斗 石棉網(wǎng) 酒精燈 玻璃棒 量筒 蒸發(fā)皿 圓底燒瓶 火柴 冷凝器 錐形瓶 從缺乏儀器或用具的角度看 不能進行的實驗項目是 A 蒸發(fā)B 萃取C 液體過濾D 制蒸餾水 解析 缺乏濾紙 無法做成過濾器 故不能進行液體過濾 答案 C 解析 本題要求我們既要知道鎂是由電解熔融的氯化鎂得到的 還要知道生產(chǎn)中從海水中提取氯化鎂的途徑及原料的合理使用 即利用海邊富有的貝殼資源生產(chǎn)氫氧化鈣以變廢為寶 答案 D 4 為了探索月球上是否有生命存在的痕跡 需要分析月球巖石中是否包藏有碳氫化合物 當然這僅僅是探索的第一步 科學家用氘鹽酸 即DCl 和重水 D2O 溶液處理月球的巖石樣品 對收集的氣體加以分析 結果只發(fā)現(xiàn)有一些氣體狀態(tài)的碳氘化合物 這個實驗不能用普通鹽酸的理由是 A 普通鹽酸的酸性太強B 普通鹽酸具有揮發(fā)性C 普通鹽酸無法和巖石中的碳化物反應D 無法區(qū)別巖石中含有的是碳化物還是碳氫化合物 解析 此處用DCl和D2O的目的 是利用D區(qū)別于H 便于區(qū)別月球巖石中含有碳化物還是碳氫化合物 故選D 答案 D 5 溴的氧化性介于氯和碘之間 利用這一性質解決下面的問題 1 你認為 將含有下列哪種分子或離子的試劑加入到含有Br 的溶液中 可以將Br 氧化為Br2 A I2B I C Cl2D Cl 2 如果把氯氣緩慢地通入含有相同物質的量濃度的Br I 的混合溶液里 先被氧化 原因是 3 把濾紙用淀粉和碘化鉀的混合溶液浸泡 晾干后就是實驗室常用的淀粉碘化鉀試紙 這種試紙潤濕后遇到氯氣發(fā)生的變化是 原因是 解析 1 因為氧化性Cl2 Br2 所以Cl2可以氧化Br 2 因為氧化性Cl2 Br2 I2 所以還原性 Cl Br 3 試紙變藍色Cl2將I 氧化成了I2 I2與淀粉作用變藍色 6 海水中鎂的總儲量約為2 1 1015t 目前世界上60 的鎂來自海水 工業(yè)規(guī)模海水提鎂的流程如下圖所示 試回答下列問題 1 海水提鎂的過程中 反應的化學方程式 2 由氯化鎂溶液制取無水氯化鎂固體 其操作過程是 3 為了使MgSO4 完全轉化為Mg OH 2 則加入的生石灰須過量 然后分離得Mg OH 2沉淀 考慮Ca OH 2溶解度 應該用 法分離 4 金屬鎂 鋁的工業(yè)冶煉方法既有相似之處 又有不同之別 下表是氧化鎂和氯化鎂的熔沸點數(shù)據(jù) 工業(yè)上煉鎂采用電解熔融氯化鎂 而冶煉鋁則用電解熔融的Al2O3 其原因是 解析 1 貝殼的主要成分是CaCO3 高溫CaCO3分解生成CaO和CO2 CaO與H2O生成的Ca OH 2又與Mg2 生成Mg OH 2 Mg OH 2加HCl在一定條件下生成無水MgCl2 電解MgCl2 熔融 在陰 陽極上分別得Mg和Cl2 2 對MgCl2溶液加熱蒸發(fā)得到MgCl2 6H2O 由于MgCl2 6H2O在受熱條件下易水解 為防止水解應在HCl氣氛中加熱脫水轉化為無水MgCl2 3 因為Ca OH 2的溶解度是隨溫度升高而降低 為了減少Ca OH 2與Mg OH 2共沉 所以在低溫下過濾 所得Mg OH 2純度較高 4 AlCl3是共價化合物 熔化后不導電 故可電解熔化的Al2O3得鋁單質 而從表可看出MgO的熔點較MgCl2高 雖然電解兩種物質均可得到單質鎂 但熔化MgO比MgCl2消耗更多的能量 從經(jīng)濟角度考慮 一般多用電解熔融MgCl2法制Mg 同學們 來學校和回家的路上要注意安全 同學們 來學校和回家的路上要注意安全