高中化學(xué) 第三章 自然界中的元素 第4節(jié) 海水中的元素學(xué)案（2）魯科版必修1.doc

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第4節(jié) 海水中的元素 庖丁巧解牛 知識(shí)巧學(xué)升華 一、海水——化學(xué)元素寶庫(kù) 1．海水知識(shí)庫(kù) （1）人類已發(fā)現(xiàn)和合成的110多種元素，有80多種能在海水中找到。 （2）海水中的元素90%是由江河輸入海洋的，10%是由冰和大氣塵埃輸入海洋的。 （3）海水中元素含量的差異很大，多的高達(dá)億億噸，少的不到1 kg。 （4）海水中的常量元素占海水所溶解物質(zhì)總量的99.9%。 （5）海水中所溶解元素大部分以鹽的形式存在，其中NaCl占80%以上。 （6）食鹽不僅是調(diào)味品，而且是人體必需品。 （7）食鹽被稱為“化工之母”，大部分食鹽被用于了化工生產(chǎn)。 （8）海水中含量最多的是水，而非鹽。常量元素：每升海水中含量大于1 mg的元素。 2．氯堿工業(yè) 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ H2+CuOCu+H2O　H2+Cl22HCl 2NaOH+Cl2══NaCl+NaClO+H2O 3．海水中的微量元素 微量元素的含量低，總量大。 Li、I、U都是海水中的微量元素。 （1）鋰可用于熱核反應(yīng)、制造鋰電池和特種合金。 （2）碘具有極其重要的生理作用，食鹽加碘可預(yù)防甲狀腺腫大。 （3）海水中含U約4.5109t，是陸地鈾礦儲(chǔ)量的4 500倍。 要點(diǎn)提示 注意此處空半格微量元素是指每升海水中含量低于1 mg的元素。 二、鎂和海水提鎂 海水中鎂的含量：總儲(chǔ)量約200萬(wàn)億噸，鎂是海水中的常量元素。 1．海水提鎂的工業(yè)流程 要點(diǎn)提示 ①貝殼在生產(chǎn)流程中起提供Mg2+沉淀劑的作用。其主要成分發(fā)生了分解反應(yīng)： CaCO3CaO+CO2↑ ②提取Mg的主要流程為 Mg2+Mg(OH)2MgCl2Mg ③發(fā)生的主要反應(yīng)為 CaCO3CaO+CO2↑ CaO+H2O══Ca(OH)2，MgCl2+Ca(OH)2══Mg(OH)2↓+CaCl2 Mg(OH)2+2HCl══MgCl2+2H2O MgCl2(熔) Mg+Cl2↑ H2+Cl22HCl 2．鎂的物理性質(zhì)和用途 (1)鎂的主要物理性質(zhì) 金屬鎂是密度小、強(qiáng)度高、機(jī)械性能好的銀白色金屬。 (2)鎂的主要用途 ①制造汽車、飛機(jī)、火箭的重要原料，被譽(yù)為“國(guó)際金屬”。 ②冶金工業(yè)上，鎂常用作還原劑和脫氧劑。 要點(diǎn)提示 注意此處空半格輕金屬是指密度小于4.5 gcm－3金屬，例如Na、Mg、Al、K。重金屬是指密度大于4.5 gcm－3的金屬，如：Cu、Hg、Ag等。 3．金屬鎂的還原性 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 結(jié)論及化學(xué)方程式 鎂跟氧氣反應(yīng) 反應(yīng)劇烈，發(fā)出耀眼的白光，生成白色固體 Mg+O22MgO(放熱反應(yīng)) 鎂跟二氧化碳反應(yīng) 鎂在二氧化碳里繼續(xù)燃燒，生成白色固體，也生成黑色固體 Mg+CO22MgO+C 三、溴和海水提溴 1．溴的存在 地球上99%的溴元素以Br－的形式存在于海水中。溴被稱為“海洋元素”，是海水中的常量元素。 2．鹵族元素 F、Cl、Br、I等原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)有一定的相似性，通稱為鹵族元素。 3．溴單質(zhì)和碘單質(zhì)的物理性質(zhì) (1)溶解性比較 Br2 I2 顏色 深紅棕色 紫黑色 狀態(tài) 液體 固體 溶解 性和 溶液 顏色 水中 溶解度不大 溶解度不大 黃色 深黃色 酒精中 溶解度稍大 溶解度稍大 橙紅色 紅棕色 四氯化碳中 深解度稍大 溶解度稍大 橙紅色 紫色 （2）I2易升華 （3）Br2、I2的保存 由于液態(tài)溴容易揮發(fā)成溴蒸氣，因此，常常在盛溴的試劑瓶里加一些水來(lái)防止溴揮發(fā)，貯于陰涼處密閉保存。 由于碘易升華，所以必須將碘置于陰涼處，密閉保存。 要點(diǎn)提示 ①Cl2、Br2、I2顏色依次加深。②Br2是非金屬單質(zhì)中唯一的液體(通常狀況下)。③X2(Cl2、Br2、I2)在水中的溶解度較小，在有機(jī)溶劑里的溶解度稍大。④I2易升華，常用這種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)I2與其他混合物的分離。 4．氯、溴、碘單質(zhì)氧化性的強(qiáng)弱比較 實(shí)驗(yàn)方案 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 實(shí)驗(yàn)結(jié)論或化學(xué)方程式 氯水+NaBr溶液 氯水滴入NaBr溶液中，溶液變黃色 2NaBr+Cl2══2NaCl+Br2 (2Br－+Cl22Cl－+Br2) 氯水+KI溶液 氯水滴入KI溶液中，溶液變?yōu)樯铧S色 2KI+Cl2══2KCl+I2 (2I－+Cl22Cl－+I2) 溴水+NaCl溶液 無(wú)明顯現(xiàn)象 不反應(yīng) 溴水+KI溶液 溴水滴入KI溶液中，溶液變?yōu)樯铧S色 2KI+Br2══2KBr+I2 (2I－+Br2══2Br－+I2) 碘水+NaCl溶液 無(wú)明顯現(xiàn)象 不反應(yīng) 碘水+NaBr溶液 無(wú)明顯現(xiàn)象 不反應(yīng) 總結(jié)歸納 ①氧化性：Cl2＞Br2＞I2＞S ②排在前面的非金屬，能把排在后面的非金屬?gòu)乃柠}或無(wú)氧酸溶液中置換出來(lái)。 5．海水提溴的工藝流程 6．溴的用途 問(wèn)題思路探究 問(wèn)題1 某人想辦一個(gè)從海水中提取鎂的工廠，分析他為什么要把該廠建在離海岸線較近且交通方便的地方？從降低生產(chǎn)成本角度，你還能提出哪些合理化建議？ 思路:建廠要考慮原料的來(lái)源，以減輕經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，提高經(jīng)濟(jì)效益。 探究:首先要解決好利用海水制鎂的工業(yè)流程，觀察課本有關(guān)海水提鎂的工業(yè)流程圖，除需海水外，還需鹽酸和氧化鈣，而鹽酸可以由電解飽和食鹽水所制得的H2和Cl2合成，而氧化鈣可由海邊大量貝殼（含豐富的碳酸鈣）經(jīng)石灰窯高溫煅燒所得，這些原料在海洋中含量都十分豐富，加上工廠加工出的成品要運(yùn)輸出去，必須建在一個(gè)交通發(fā)達(dá)的離海邊較近的工業(yè)園區(qū)。遼闊的大海邊有較強(qiáng)的風(fēng)力能源，由于該工廠在生產(chǎn)過(guò)程中還需要電力能源，如能在工業(yè)園區(qū)再建一個(gè)風(fēng)力發(fā)電廠或潮汐發(fā)電廠，會(huì)使生產(chǎn)成本大大降低。 問(wèn)題2 都屬于鹵族元素的氯、溴、碘，在周期表中排在同一縱列（族），元素的性質(zhì)上有哪些相似之處？這些性質(zhì)上的相似與原子結(jié)構(gòu)的哪部分有關(guān)系？ 思路:結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，結(jié)構(gòu)相似性質(zhì)相似，結(jié)構(gòu)不同性質(zhì)有差異，結(jié)構(gòu)有變化規(guī)律，性質(zhì)也呈現(xiàn)變化規(guī)律。 探究:從分子構(gòu)成上看，都是雙原子分子，相對(duì)分子質(zhì)量是逐漸增大的，但在室溫下，其單質(zhì)由氣態(tài)→液態(tài)→固態(tài)，單質(zhì)的顏色逐漸加深，單質(zhì)的氧化性卻逐漸減弱。分析原子結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，這三種原子最外層電子數(shù)相等，但電子層數(shù)不同，原子的大?。ㄍǔＳ迷影霃絹?lái)衡量）是隨著核電荷數(shù)的遞增而增大的，原子核對(duì)核外電子的吸引力是逐漸減弱的，原子得電子能力逐漸減弱，元素的非金屬性也隨核電荷數(shù)的遞增而減弱。 典題熱題新題 例1．已知“84消毒液”的有效成分是NaClO。試根據(jù)所學(xué)知識(shí)完成下列問(wèn)題。 (1)試以食鹽、水為原料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室制取“84消毒液”的實(shí)驗(yàn)。 ①實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為________________________________________________________； 反應(yīng)方程式為________________________________________________________。 ②實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為________________________________________________________； 反應(yīng)方程式為________________________________________________________ ③將制得的溶液裝瓶保存。 (2)“84消毒液”的消毒原理是(用化學(xué)方程式表示________________。用于殺死病菌的成分是 ______________________ (寫化學(xué)式)。 解析：制取NaClO通常是將Cl2通入NaOH(aq)中： 2NaOH+Cl2══NaCl+NaClO+H2O 題目并未給出NaOH和Cl2，只能用NaCl和H2O來(lái)制?。? 2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ (2)NaClO變?yōu)镠ClO才具有強(qiáng)氧化性，才具有好的殺菌消毒效果，使NaClO變?yōu)镠ClO通常有兩種方法：①自然轉(zhuǎn)化法(利用空氣中的CO2)，②人為轉(zhuǎn)化法(添加醋酸)： 2NaClO+H2O+CO2══Na2CO3+2HClO (或NaClO+H2O+CO2══NaHCO3+HClO) NaClO+CH3COOH══CH3COONa+HClO 答案：(1)①電解飽和食鹽水2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ ②將Cl2通入NaOH(aq)中　2NaOH+Cl2══NaCl+NaClO+H2O (2)2NaClO+H2O+CO2══Na2CO3+2HClOHClO 深化升華 注意此處空半格氯氣和堿的反應(yīng)產(chǎn)物規(guī)律：生成氯化物、次氯酸鹽和水，酸性：H2CO3> HClO。 例2．在含有NaBr和KI的溶液里通入足量的氯氣，然后將溶液蒸干，并灼燒，最后剩余的固體物質(zhì)是（　?。? A．KCl和I2 B．NaCl和Br2C．NaCl、KCl和I2D．NaCl和KCl 解析：由于氯氣的氧化性比溴、碘都強(qiáng)，當(dāng)上述溶液通入足量氯氣后，與KI全部反應(yīng)生成KCl和I2，NaBr與Cl2反應(yīng)后生成NaCl和Br2。將反應(yīng)后的溶液蒸干并灼燒時(shí)，溴易揮發(fā)而逸出，碘升華變?yōu)榈庹魵猓詈罅粝碌墓腆w物質(zhì)是NaCl和KCl。 答案：D 深化升華 注意此處空半格液溴易揮發(fā)、固態(tài)的碘易升華，用加熱的方法分離混合物。所以，剩余NaCl和KCl，容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤是誤認(rèn)為碘單質(zhì)有剩余。 例3．已知Br2 (g)和NO2 (g)都是紅棕色的，某課外活動(dòng)小組設(shè)計(jì)了鑒別它們的兩種方法，請(qǐng)幫助他們完成實(shí)驗(yàn)記錄。 老師說(shuō)，還有其他的鑒別方法，請(qǐng)你參與設(shè)計(jì)1種實(shí)驗(yàn)方案，并完成實(shí)驗(yàn)記錄。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 Br2(g) NO2(g) ①H2O+NO2(g) H2O+Br2(g) ②AgNO3(aq)+Br2(g) AgNO3(aq)+NO2(g) 生成淡黃色沉淀 ③ 解析：(1)Br2(g)通入水中，得到溴水，溴水顏色呈黃色。NO2(g)通入水中，生成HNO3，溶液無(wú)色：3NO2+H2O══2HNO3+NO (2)Br2(g)通入AgNO3(aq)中，生成淡黃色AgBr沉淀：Br2+H2O══HBr+HBrO AgNO3+HBr══AgBr↓+HNO3,NO2(g)通入AgNO3(aq)中生成HNO3，溶液無(wú)色。 (3)①②已分別根據(jù)Br2(g)和NO2(g)在水中的溶解性不同，及HBr的性質(zhì)進(jìn)行區(qū)別，仿照(1)可提出下列方案：用CCl4鑒別，Br2(g)溶于CCl4中，溶液呈橙紅色；NO2(g)在有機(jī)溶劑中不溶解。 答案：①溶液黃色溶液無(wú)色②溶液無(wú)色③CCl4+Br2(g)、CCl4+NO2溶液呈橙紅色溶液無(wú)色、氣體不溶解(其他合理答案亦可) 深化升華 Br2與Cl2性質(zhì)相似，模仿Cl2與H2O的反應(yīng)，可寫出Br2與H2O的反應(yīng)。紅棕色氣體NO2、Br2可以用水鑒別。