化學：《海水的綜合利用》課件（人教版選修2）

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歡迎進入化學課堂 課題2海水的綜合利用 核心要點突破 課堂互動講練 學習目標 課前自主學案 知能優(yōu)化訓練 課題2 學習目標1 了解海水中鹽的開發(fā)和利用 掌握食鹽資源的利用 2 了解海水提溴的重要步驟 課前自主學案 一 海水中鹽的開發(fā)和利用海水中含有多種鹽類 以 最多 約占海水中鹽類總量的 還含有 等 1 海水制鹽 1 海水制鹽以 法 鹽田法 為主 主要原理是太陽照射后 水分蒸發(fā) 各種鹽分達到 濃度時 依次以固體形式析出 氯化鈉 80 氯化鎂 硫酸鈣 蒸發(fā) 飽和 2 鹽田必須符合的條件 有平坦空曠的海灘 潮汐落差大 氣候干燥 多風 少雨 遠離江河入?？?3 鹽田一般分為 三部分 4 海水制鹽要經(jīng)過風吹 日曬逐漸蒸發(fā)濃縮 達到飽和后會析出 分離后所得的母液叫 可綜合利用制得副產(chǎn)品 等 鹵水中主要含氯化鎂 碘化鉀 溴化鉀 貯水池 蒸發(fā)池 結晶池 食鹽晶體 苦鹵 氯化鉀 氯化鎂 5 海水制鹽還可用電滲析法和冷凍法 這樣不僅可制得鹽 還可得到 2 食鹽資源的利用 1 化學工業(yè)之一的氯堿工業(yè) 是以食鹽為原料制取 再進一步生產(chǎn)其他化工產(chǎn)品 2 電解食鹽水實驗裝置 淡水 NaOH Cl2 H2 用電解飽和食鹽溶液的方法來制取NaOH Cl2和H2 并以它們?yōu)樵仙a(chǎn)一系列化工產(chǎn)品的工業(yè) 稱為氯堿工業(yè) 氯化鈉溶液中存在著Na Cl OH H 四種離子 通直流電后 向陽極移動 向陰極移動 3 陽極反應式 陰極反應式 Cl OH Na H 2Cl 2e Cl2 2H 2e H2 6 電解制堿目前主要采用 法 離子交換膜電解槽是由多個 槽串聯(lián)或并聯(lián)組成 單元槽由陽極 鈦網(wǎng) 陰極 碳鋼網(wǎng) 和 等組成 7 精制的飽和食鹽水進入陽極室 加入NaOH的純水進入陰極室 通電時 水在陰極表面放電生成 Na 穿過離子交換膜由陽極室進入陰極室 導出的陰極液中含 Cl 則在陽極表面放電生成 電解后的淡鹽水從 極導出 離子交換膜 單元 離子交換膜 電解槽框 導電銅棒 H2 NaOH Cl2 陽 3 離子交換膜法制燒堿二 海水提溴從海水中提溴約占世界溴年產(chǎn)量的1 3 常用的方法叫 即用氯氣氧化海水中的Br 使其變成Br2 然后用空氣或水蒸氣吹出 1 氯化 1 用氯氣置換溴離子的反應式為 2 氯氣置換溴離子之前 要使海水 化 使pH 吹出法 Cl2 2Br Br2 2Cl 酸 3 5 2 吹出當Br 被氧化成Br2后 用 將其吹出 也可用 與溴一起蒸出 3 吸收用二氧化硫做還原劑回收溴 再用氯氣將其氧化得到溴產(chǎn)品的反應方程式為Br2 SO2 2H2O 2HBr H2SO4 Cl2 2Br 2Cl Br2 溴的用途 工業(yè)上 燃料的防爆劑 膠卷的感光材料 農(nóng)業(yè)上 殺蟲劑 醫(yī)藥上 紅藥水 鎮(zhèn)靜劑 氧化性 Cl2 Br2 I2 空氣 水蒸氣 Cl2 2Br Br2 2Cl Cl2 2I I2 2Cl Br2 2I I2 2Br 三 海水提鎂1 海水中鎂的總儲量約為 t 目前世界生產(chǎn)的鎂 來自海水 2 工業(yè)生產(chǎn)中提取鎂的主要方法和主要反應方程式 2 1 1015 60 四 從海水中提取重水2 氘的原子核內(nèi)有一個 和一個 所以叫 化學符號是 重水可作原子反應堆的 和 3 熱核聚變指的是兩個氘核在高溫高壓下融合成氦核 同時放出大量能量的過程 4 海水中含重水約 質(zhì)子 中子 重氫 D 中子減速劑 傳熱介質(zhì) 重水堆 2 0 1014t 核心要點突破 一 海水中鹽的開發(fā)和利用1 海水制鹽 1 利用蒸發(fā)法 從海水中主要獲得氯化鈉 及氯化鎂 氯化鉀等副產(chǎn)品 2 電滲析法 冷凍法不僅能制得鹽 同時還可得到淡水 2 氯堿工業(yè) 食鹽資源的利用離子交換膜法電解食鹽水 1 設備 離子交換膜電解槽 離子交換膜只允許Na 通過 2 原理 化學方程式為 2 主要反應原理 Cl2 2Br Br2 2Cl 3 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(zhì)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(zhì) 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(zhì) 特別提醒 通氯氣前要將海水酸化 pH為3 5時 氯氣的氧化效果最好 用空氣或H2O g 將溴吹出 而不用CCl4萃取 因后者工藝復雜 設備投資大 經(jīng)濟效益低且對環(huán)境污染嚴重 三 海水提取鎂工藝流程和化學平衡原理的應用1 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2 工藝流程 4 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 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 在HCl氣體環(huán)境中 增大c HCl 抑制了MgCl2的水解 避免了Mg OH 2的生成 特別提醒 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(zhì)在加鹽酸前應除去 以保證MgCl2的純度 課堂互動講練 1 海水淡化通過從海水中提取淡水或從海水中分離出鹽分 都可以達到淡化海水的目的 海水淡化的方法已有十幾種 主要的有蒸餾法 電滲析法 離子交換法等 其中蒸餾法的歷史最久 技術和工藝也比較完善 是目前海水淡化的主要方法 其蒸餾原理如圖所示 2 海水中鎂 鉀 溴 碘等化工產(chǎn)品元素的提取海水中含有的各種元素的特點 種類多 總儲量大 富集程度低 因此 從海水中提取物質(zhì)需要解決物質(zhì)的富集問題 如海水中溴的提取流程 1 用蒸餾法將海水濃縮 用硫酸將濃縮的海水酸化 2 向酸化的海水中通入適量的氯氣 使溴離子轉化為溴單質(zhì) 2NaBr Cl2 Br2 2NaCl 3 向含溴單質(zhì)的水溶液中通入空氣和水蒸氣 將溴單質(zhì)吹入盛有二氧化硫溶液的吸收塔內(nèi)以達到富集的目的 Br2 SO2 2H2O 2HBr H2SO4 4 向吸收塔內(nèi)的溶液中通入適量的氯氣 2HBr Cl2 2HCl Br2 5 用四氯化碳 或苯 萃取吸收塔內(nèi)溶液中的溴單質(zhì) 海帶中碘的提取原理 海帶中的碘元素主要以I 的形式存在 提取時用適當?shù)难趸瘎⑵溲趸蒊2 再萃取出來 如用H2O2做氧化劑 反應的離子方程式是 2I H2O2 2H I2 2H2O實驗先將干海帶灼燒去除有機物 剩余物用H2O2 H2SO4處理 使得I 被氧化成I2 3 海水資源的綜合利用 1 從海水中提取淡水 海水淡化 2 直接利用海水進行循環(huán)冷卻 3 海水制鹽 4 從海水中提取鎂 鉀 溴 碘等化工產(chǎn)品 5 從海水中獲取鈾和重水作為核能開發(fā)的重要原料 6 從海水中獲取其他物質(zhì)和能量 請回答氯堿工業(yè)中的如下問題 1 氯氣 燒堿是電解食鹽水時按照固定的比率k 質(zhì)量比 生成的產(chǎn)品 理論上k 要求計算表達式和結果 圖中X Y分別是 填化學式 分析比較圖示中氫氧化鈉質(zhì)量分數(shù)a 與b 的大小 分別寫出燃料電池B中正極 負極上發(fā)生的電極反應正極 負極 這樣設計的主要節(jié) 電 能之處在于 寫出2處 變式訓練工業(yè)上對海水資源綜合開發(fā)利用的部分工藝流程如圖所示 1 電解飽和食鹽水常用離子膜電解槽和隔膜電解槽 離子膜和隔膜均允許通過的分子或離子是 電解槽中的陽極材料為 2 本工藝流程中先后制得Br2 CaSO4和Mg OH 2 能否按Br2 Mg OH 2 CaSO4順序制備 填 是 或 否 原因是 3 溴單質(zhì)在四氯化碳中的溶解度比在水中大得多 四氯化碳與水不互溶 故可用于萃取溴 但在上述工藝中卻不用四氯化碳 原因是 解析 1 電解飽和食鹽水用的是陽離子交換膜 而在食鹽水中的陽離子只有H 和Na 電解時 H 在陰極上生成氫氣 Na 在外加電場作用下向陰極運動 所以通過離子膜和隔膜的是Na 由于陽極上發(fā)生氧化反應 是溶液中Cl 放電生成Cl2 所以必須用惰性電極 工業(yè)上一般用鈦 表面涂有釕氧化物 也可以用石墨電極 2 在該流程開始時向苦鹵中加入硫酸 因CaSO4微溶于水 先形成CaSO4沉淀而將Ca2 除去 若先制取Mg OH 2 加入的石灰水會有部分與硫酸反應生成CaSO4而使制得的Mg OH 2不純凈 3 CCl4是一種易揮發(fā) 有毒的液體 所以此流程中不用CCl4萃取的方法 而是利用溴的揮發(fā)性 向得到的含溴水的海水中吹入熱空氣 使溴揮發(fā)出來 與萃取相比 該方法簡單 實用 經(jīng)濟 無污染 答案 1 陽離子 或Na 鈦 或石墨 2 否如果先沉淀Mg OH 2 則沉淀中會夾雜有CaSO4沉淀 產(chǎn)品不純 3 四氯化碳萃取法工藝復雜 設備投資大 經(jīng)濟效益低 環(huán)境污染嚴重 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