高中化學(xué) 第二單元化學(xué)與資源開發(fā)利用 課題2 海水的綜合利用學(xué)案 新人教版選修2

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課題2 海水的綜合利用 ● 了解海水的綜合利用，認識化學(xué)科學(xué)發(fā)展對自然資源利用的作用。 ● 了解氯堿工業(yè)及其發(fā)展。 ● 知道如何從海水中提取食鹽、鎂、溴、重水等。 〔知識梳理〕 1．海水中含有大量的鹽類。由海水制食鹽的方法主要是 法，分離食鹽后得到的母液叫 ，可以從中制得一系列的副產(chǎn)品，如氯化鉀、 等。 2．氯堿工業(yè)中，通過電解飽和食鹽水制得H2、Cl2、NaOH。電解時，陽極得到 ，電極反應(yīng)式為 ；陰極得到 ，電極反應(yīng)式為 ； 總電解反應(yīng)方程式為 。 3．工業(yè)食鹽含Ca2＋、Mg2＋等雜質(zhì)，常加入熟石灰和純堿精制。精制過程發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為 。 4．海水中含有大量的溴，可以采用 法從海水中提取溴。首先用氯氣氧化海水中的溴， 離子方程式為 ；然后用空氣或水蒸氣吹出溴，用二氧化硫?qū)⒋党龅腂r2還原，反應(yīng)的化學(xué)方程式為 ；再用氯氣將其氧化就可得到溴產(chǎn)品。 5．從海水中可提取多種化工原料，下面是工業(yè)上對海水的幾項綜合利用。請回答下列問題： ⑴粗鹽中含有Ca2＋、Mg2＋、SO42－等雜質(zhì)離子，精制時所用的試劑為：鹽酸、BaCl2溶液、NaOH溶液、Na2CO3溶液，加入試劑的順序是 、 、 、 。 ⑵寫出電解飽和食鹽水的總反應(yīng)式 。 ⑶用海灘上的貝殼制Ca(OH)2的有關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式是 、 。 ⑷在海水中加入石灰乳可以制得Mg(OH)2，寫出制取Mg(OH)2的化學(xué)方程式 。將Mg(OH)2過濾出來，然后加入鹽酸，可以得到MgCl2溶液，反應(yīng)的離子方程式為 ，將溶液濃縮得到MgCl2晶體。將MgCl2晶體通過一系列處理，得到無水MgCl2。 ⑸電解熔融的MgCl2可制得金屬鎂和氯氣，電解的反應(yīng)方程式為 。 利用副產(chǎn)品氯氣和粉末狀熟石灰反應(yīng)可制得漂白粉，反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。 6．氫有三種同位素，寫出其化學(xué)符號和名稱 、 、 ；重水的化學(xué)式為 。由海水制重水的方法有 、 、 、 等。 〔方法導(dǎo)引〕 1．氯堿工業(yè)：以食鹽為原料，用電解飽和食鹽水的方法來制取NaOH、H2、Cl2，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)。 原理：陽極(C)： 2Cl-－2e-＝Cl2↑ (氧化反應(yīng)) 陰極(Fe)： 2H+＋2e-＝H2↑ (還原反應(yīng)) 總反應(yīng)：2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ 裝置：離子交換膜電解槽 2. 離子交換膜法電解制堿的主要生產(chǎn)流程 ⑴食鹽水的精制：由于食鹽水中含有泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42－等雜質(zhì)，必須除去。先加氯化鋇，除去SO42－；再加碳酸鈉，除去過量的Ba2＋和Ca2＋以及大部分的Mg2＋、 Fe3＋；再加氫氧化鈉除去Mg2＋、Fe3＋，；最后用鹽酸調(diào)整溶液的pH。這樣處理的鹽水中仍含有少量的Ca2＋、Mg2＋等金屬陽離子，必須送入陽離子交換塔進一步進行離子交換。 ⑵電解：陽極區(qū)得到氯氣；陰極區(qū)生成氫氣和氫氧化鈉溶液。 3.鎂的工業(yè)制法：鎂是活潑的金屬，不宜用熱還原法制取，一般采用電解熔融的MgCl2的方法。MgCl2主要存在于海水和光鹵石中，所以制取MgCl2的途徑是在海水或若鹵中加入熟石灰，使Mg(OH)2析出：MgCl2＋Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓＋CaCl2，再用鹽酸溶解Mg(OH)2，然后將溶液濃縮，得到MgCl2晶體，將晶體在HCl中加熱除去結(jié)晶水，即得無水MgCl2。然后電解熔融的MgCl2，MgCl2 Mg＋Cl2↑，就可得到金屬鎂。 例題1]海水的綜合利用可以制備金屬鎂，其流程如下圖所示： 海水 母液 粗鹽 精鹽 Mg(OH)2 MgCl26H2O MgCl2 Mg 貝殼 CaO 石灰乳 煅燒 水 蒸發(fā) 水，重結(jié)晶 鹽酸，濃縮 脫水 電解 ⑴若在空氣中加熱MgCl26H2O，生成的是Mg(OH)Cl或MgO，寫出反應(yīng)的化學(xué)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MgCl26H2O時，能得到無水MgCl2，其原因是 。 ⑵Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2應(yīng)怎樣除去？寫出實驗步驟。 。 ⑶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] ⑴MgCl26H2O在加熱時可發(fā)生水解反應(yīng)： MgCl26H2O Mg(OH)Cl＋HCl＋5H2O，加熱可促進水解，HCl、水蒸氣的揮發(fā)使水解反應(yīng)趨于完成，生成Mg(OH)Cl，Mg(OH)Cl受熱進一步分解得到MgO；而在干燥的HCl氣流中加熱時，即可抑制MgCl2水解，又會帶走MgCl26H2O受熱產(chǎn)生的水蒸氣，促進失去結(jié)晶水反應(yīng)的發(fā)生，得到無水MgCl2。 ⑵由于Mg(OH)2難溶于水，而Ca(OH)2微溶于水，所以加入適量MgCl2溶液，過濾、洗滌、干燥可得純凈的Mg(OH)2。 ⑶熟悉溶解、過濾、蒸發(fā)的操作要點，即可回答玻璃棒的作用。 答案]⑴MgCl26H2O Mg(OH)Cl＋HCl↑＋5H2O↑ MgCl26H2O MgO＋2HCl↑＋5H2O↑〔Mg(OH)Cl MgO＋HCl↑〕 在干燥的HCl氣流中加熱時，抑制了MgCl2水解，且?guī)ё進gCl26H2O受熱產(chǎn)生的水蒸氣，故得到無水MgCl2。 ⑵加入MgCl2溶液，充分攪拌，過濾，沉淀用水洗滌 ⑶攪拌，加速溶解 使待濾液體沿玻璃棒流入漏斗，防止溶液外灑 攪拌，防止因局部過熱液滴或晶體飛濺 例題3]現(xiàn)代工業(yè)上主要采用離子交換膜法電解飽和食鹽水制取H2、Cl2、NaOH。請回答下列問題： ⑴在電解過程中，與電源正極相連的電極上所發(fā)生的電極反應(yīng)為 。 ⑵電解之前食鹽水需要精制，目的是除去粗鹽中的Ca2＋、Mg2＋、SO42－等雜質(zhì)離子，使用的試劑有：a．Na2CO3溶液 b．Ba(OH)2溶液 c．稀鹽酸，其合理的加入順序為 （填試劑序號）。 ⑶如果在容積為10L的離子交換膜電解槽中，通電1min在陰極上可產(chǎn)生11.2L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)Cl2，這里溶液的pH是 （設(shè)體積保持不變）。 解析]⑶由2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑可知， n(NaOH)＝2n(Cl2)＝211.2L/22.4Lmol－1＝1mol c(OH－)＝0.1molL－1 故溶液的pH＝13 答案]⑴2Cl-－2e-＝Cl2↑ ⑵b、a、c ⑶13 〔基礎(chǔ)訓(xùn)練〕 1． 從海水中提取金屬鎂的生產(chǎn)步驟有以下幾步，其正確的排列是（ ）。 ①濃縮結(jié)晶 ②加熟石灰 ③加鹽酸 ④過濾 ⑤熔融電解 A．①②③④⑤ B．②③④⑤① C．②④③①⑤ D．③④②①⑤ 2．市售家用消毒液發(fā)生器是利用常見的精鹽和自來水為反應(yīng)物。通直流電時，發(fā)生器中電解槽內(nèi)的極板上產(chǎn)生大量的氣泡，聞有刺激性氣味；切斷電源后所得消毒液具有強烈的殺菌能力，且對人體無毒副作用。跟該發(fā)生器直接有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)是（ ）。 A．2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ B．Cl2＋H2＝2HCl C．Cl2＋2NaOH＝NaCl＋NaClO＋H2O D．Cl2＋H2O＝HCl＋HClO 3．海水中含有氯化鎂,是鎂的主要來源之一.從海水中提取鎂,可按如下步驟進行：①把貝殼制成石灰乳；②在引有海水的水渠中加入石灰乳，沉降，過濾，洗滌沉淀物；③將沉淀物與鹽酸反應(yīng)，結(jié)晶，過濾，干燥產(chǎn)物；④將得到產(chǎn)物熔融后電解。關(guān)于提取鎂，下列說法正確的是（ ）。 A．此法的優(yōu)點之一是原料來源豐富 B．進行①、②、③步驟的目的是從海水中提取MgCl2 C．也可用電解熔融MgO或Mg(OH)2的方法制金屬鎂 D．以上提取鎂的過程涉及到的反應(yīng)有分解、化合和置換反應(yīng) 4．氯堿工業(yè)上所用的食鹽水必須精制。為了除去粗鹽中的Ca2＋、Mg2＋、SO42－及泥沙，可將粗鹽溶于水，然后進行：①過濾，②加適量NaOH溶液，③加適量鹽酸，④加過量Na2CO3溶液，⑤加過量BaCl2溶液等五項操作。正確的操作順序是（ ）。 A．①④②⑤③ B．④②⑤③① C．②⑤④①③ D．⑤③②④① 5．在冶金工業(yè)上，常用電解法得到Na、Mg、Al等金屬，其原因是（ ）。 A．這些金屬的化合物熔點低 B．它們都是輕金屬 C．它們的性質(zhì)很活潑 D．此方法成本低 6．從海水里提取溴的過程中，有如下反應(yīng)：5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4＝3Br2＋3Na2SO4＋3H2O，下列反應(yīng)與此反應(yīng)原理最相似的反應(yīng)是（ ）。 A．2NaBr＋Cl2＝2NaCl＋Br2 B．AlCl3＋3NaAlO2＋6H2O＝4Al(OH)3↓＋3NaCl C．2H2S＋SO2＝3S＋2H2O D．Cl2＋H2O＝HCl＋HClO 7．下列反應(yīng)不符合工業(yè)冶煉金屬的實際情況的是（ ）。 A．2Ag2O 4Ag＋O2↑ B．4Al＋3MnO2 2Al2O3＋3Mn C．2MgO 2Mg＋O2↑ D．4C＋Fe3O4 3Fe＋4CO↑ 8．海洋植物如海帶、海藻中含有豐富的碘元素，碘元素以碘離子的形式存在。實驗室中從海藻中提取碘的步驟為：①將海藻曬干、灼燒，得海藻灰；②過濾；③浸泡海藻灰得懸濁液；④加四氯化碳；⑤通入適量氯氣；⑥水浴蒸餾得晶體碘。正確的操作步驟是（ ）。 A．①②③④⑤⑥ B．①③②⑤④⑥ C．①②④③⑤⑥ D．①③②④⑤⑥ 9．某學(xué)生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，通電時，為使氯氣被完全吸收，制得有較強的殺菌能力的消毒液，設(shè)計了如圖所示的裝置，則對電源電極名稱和消毒液的主要成分的判斷正確的是（ ）。 A．a(chǎn)為正極，b為負極；NaClO和NaCl B．a(chǎn)為負極，b為正極；NaClO和NaCl C．a(chǎn)為陽極，b為陰極；HClO和NaCl D．a(chǎn)為陰極，b為陽極；HClO和NaCl 10．下列說法中，不正確的是（ ）。 A．海水淡化的主要方法有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等 B．海水中溶解的主要無機鹽有NaCl、MgCl2、KCl、MgSO4、CaSO4、MgBr2等 C．海水綜合利用，可將海水淡化與制食鹽及氯堿工業(yè)、鎂工業(yè)、鉀工業(yè)、溴工業(yè)等形成聯(lián)合工業(yè)體系 D．海水淡化因能耗大、成本高，不能形成規(guī)模生產(chǎn) 11．制備鹵磷酸鈣熒光粉所用的高純氯化鈣中混有鎂離子，除去的方法是把氯化鈣的水溶液加熱到90℃～95℃，在不斷攪拌下加入適當(dāng)?shù)某恋韯规V生成沉淀過濾除去。此沉淀劑最好選用（ ）。 A．氫氧化鈣乳 B．碳酸鈉溶液 C．碳酸氫鈉溶液 D．氫氧化鈉溶液 12．由H、D、18O形成三原子化合物分子共有 種，其中含有重氫的化學(xué)式為 、 。 13．用離子交換膜電解槽電解電解飽和食鹽水制氯氣，陰極產(chǎn)物是 ，陽極產(chǎn)物是 。 反應(yīng)的離子方程式是 。殘液的成分是 。 若不使用隔膜法電解食鹽水，可得到一種消毒液，其主要成分是 ，反應(yīng)的化學(xué)方程式是 。 14．工業(yè)上用食鹽、石灰石和水為原料生產(chǎn)漂白粉。寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式： 15．從海水中提取溴的方法之一是：通入氯氣把溴化物氧化，然后用空氣把生成的溴吹出，用Na2CO3溶液吸收生成的溴生成NaBr、NaBrO3、和CO2，再加H2SO4使溴析出，這樣得到的溴中可能含有少量的氯氣，這些氯氣可加FeBr3除去。試寫出上述反應(yīng)的化學(xué)方程式。 ⑴ 、⑵ 、 ⑶ 、⑷ 。 16．某氯堿廠日產(chǎn)50%NaOH溶液3000kg，試計算： ⑴該廠每天生產(chǎn)H2和Cl2的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）。 ⑵如果把這些H2和Cl2都制成38%的鹽酸，理論上每天可生產(chǎn)鹽酸的質(zhì)量。 〔拓展提高〕 17．用新的鋁鍋、鋁壺盛自來水并加熱時，會發(fā)現(xiàn)其內(nèi)壁被水淹沒的地方會變黑，這層黑色物質(zhì)是 ，產(chǎn)生的原因是 ， 這種物質(zhì)對人體是否有害？ ，為什么？ 。 18．以六水合氯化鎂（MgCl26H2O）為原料制備無水氯化鎂。已知：MgCl26H2O晶體在空氣中加熱時，釋出部分結(jié)晶水，同時生成Mg(OH)Cl或MgO；在干燥HCl氣流中加熱能制備無水MgCl2。 可選用藥品：MgCl26H2O晶體、NaCl(s)、KClO(s)、MnO2、濃H2SO4、濃HCl、稀NaOH溶液。 儀器：見圖（裝置可重復(fù)使用）。 3 4 A 1 2 B E 6 7 D 回答下列問題： ⑴組裝氯化氫氣體發(fā)生器，應(yīng)選用的儀器（用編號A、B…填入）是 ； ⑵按HCl氣流方向，其余裝置的連接順序（用數(shù)字1、2…填入）是（ ）→（ ）（ ）→ （ ）（ ）→（ ）（ ）； ⑶各裝置中應(yīng)放的藥品：A B C D E ； ⑷B裝置的作用是 ，B中能觀察到的現(xiàn)象是 。 19．海水占地球總儲水量的97.2%。若把海水淡化和化工生產(chǎn)結(jié)合起來，既可以解決淡水資源缺乏的問題，又可以充分利用海洋資源。 （1）海水中含有大量的氯化鈉。氯化鈉中的金屬元素位于元素周期表第 族。 （2）目前國際上實用的“海水淡化”主要技術(shù)之一是蒸餾法。蒸餾法是將海水變成蒸汽，蒸汽經(jīng)過冷卻而得高純度淡水，由此可判斷蒸餾法是 （填：物理變化、化學(xué)變化） （3）工業(yè)上利用電解飽和食鹽水可制得重要化工產(chǎn)品，反應(yīng)式為： 食鹽 + H2O NaOH + H2 + Cl2（未配平）。該反應(yīng)中食鹽的化學(xué)式是 。利用電解所得氣體制36.5%的濃鹽酸1000t，最少需要消耗食鹽 t。 （4）近年來有人提出了一種利用氯堿工業(yè)產(chǎn)品及氯化鈉循環(huán)治理含二氧化硫廢氣并回收二氧化硫的方法，該方法的流程如下： ③ 氯化鈉溶液 氫氧化鈉溶液 氫氣 氯氣 ② 吸收含SO2廢氣 亞硫酸氫鈉 HCl 氯化鈉（原料） 回收SO2 ① ④ 電解 寫出②④的化學(xué)反應(yīng)方程式： ② ④ 上述亞硫酸氫鈉與甲醛經(jīng)過加成反應(yīng)，可以合成俗稱“吊白塊”（雕白粉）的物質(zhì)。吊白塊對人體有害，不能用于食品漂白。寫出其反應(yīng)的化學(xué)方程式 。 19．某溫度下將一定量密度為1.15g/cm3的NaCl溶液用石墨電極通直流電，設(shè)NaCl恰好完全反應(yīng)，且無其他反應(yīng)發(fā)生，得到的溶液中氧元素的質(zhì)量分數(shù)為80.%。 ⑴求電解后溶液中溶質(zhì)與溶劑的物質(zhì)的量之比。 ⑵求原NaCl溶液的物質(zhì)的量濃度。 基礎(chǔ)訓(xùn)練參考答案 1．C 2．AC 3．AB 4．C 5．C 6．C 7．C 8．B 9．B 10．D 11．A 12．三種，HDO、D2O 13．H2 Cl2 2Cl－＋2H2O 2OH－＋H2↑＋ Cl2↑ NaClO Cl2＋2NaOH＝NaClO＋NaClO＋H2O 14．2NaCl＋2H2O 2NaOH＋Cl2↑＋H2↑ CaCO3 CaO＋CO2↑ CaO＋H2O＝Ca(OH)2 2Cl2＋2Ca(OH)2＝Ca(ClO)2＋CaCl2＋2H2O 15．⑴Cl2＋2NaBr＝2NaCl＋Br2 ⑵3Br2＋3Na2CO3＝5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑ ⑶5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4＝3Br2＋3Na2SO4＋3H2O ⑷2FeBr3＋3Cl2＝2FeCl3＋3Br2 16．⑴420m3 420m3 ⑵3602kg 17．單質(zhì)鐵 鋁與鐵制水管中微量Fe2＋的發(fā)生反應(yīng)置換出單質(zhì)鐵 對人體無害，因為鐵是人體必需元素. 18．⑴C、E ⑵⑤→①②→⑥⑦〔或⑦⑥〕→④③ ⑶ A 稀NaOH溶液 B濃H2SO4 C 固體NaCl D MgCl26H2O E濃H2SO4 ⑷吸收尾氣，防止污染環(huán)境；白霧 19．ⅠA 物理變化 NaCl 585t NaOH+SO3==NaHSO3 NaHSO3 + HCl==NaCl+ H2O + SO2 ↑ O H—C－H NaHSO3 ＋ → HOCH2SO3Na 20．⑴ 1：10 ⑵ 4.48molL－1