第2课时 海水资源的开发利用
课后·训练提升
1.下列方法中能将海水淡化的是( )。
①在海水中加入硝酸银,滤掉生成的沉淀
②蒸馏海水,将蒸汽冷凝
③将海水加压,使水分子通过半透膜以滤去盐分
④将海水曝晒,滤掉析出的盐
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
答案B
解析①中加入硝酸银虽然将Cl-除去,但同时生成NaNO3,达不到海水淡化的目的。②是一种使用最早、最广泛的海水淡化方法。③中使用了新型高分子材料半透膜,也是一种海水淡化方法。④中将海水曝晒,并不能除尽海水中的盐分,滤掉析出的盐后得到的是含盐的饱和溶液,不能将海水淡化。
2.关于证明海带中存在碘元素的实验,以下操作正确的是 ( )。
A.海带中的碘可以直接用四氯化碳提取
B.在蒸发皿中灼烧海带使之变为海带灰
C.将海带灰溶于水中,滴加淀粉溶液,溶液变蓝
D.为了将I-氧化,加入的氧化剂最好选择H2O2
答案D
解析A项,海带中的碘是以化合态形式存在,不是碘单质,不能直接用四氯化碳提取,错误;B项,蒸发皿是蒸发浓缩溶液的仪器,灼烧固体应在坩埚内进行,所以海带应在坩埚中灼烧为海带灰,错误;C项,将海带灰溶于水中形成含碘离子的溶液,滴加淀粉溶液,溶液不变蓝,错误;D项,过氧化氢作氧化剂不引入新的杂质,为了将I-氧化,加入的氧化剂最好选择H2O2,正确。
3.世界上60%的镁是从海水中提取的,其主要步骤如下:①把贝壳制成石灰乳;②在海水中加入石灰乳,过滤,洗涤沉淀物;③将沉淀物与盐酸反应,结晶、过滤;④在氯化氢热气流中干燥晶体;⑤电解上述晶体的熔融物。下列说法不正确的是( )。
A.镁元素在元素周期表中位于第三周期、第ⅡA族
B.向洗涤液中滴加碳酸钠溶液可检验沉淀是否洗涤干净
C.在氯化氢热气流中干燥晶体的目的是防止生成Mg(OH)2
D.步骤⑤也可以采用电解该晶体水溶液的方法
答案D
解析在HCl热气流中干燥晶体的目的是防止MgCl2与H2O反应生成Mg(OH)2,C项正确;不能用电解MgCl2水溶液的方法制取金属镁,D项错误。
4.从淡化海水中提取溴的流程如下。
淡化海水低浓度Br2含Br-的溶液Br2的浓溶液液溴
下列有关说法不正确的是( )。
A.X试剂可用Na2SO3饱和溶液
B.步骤Ⅲ发生的离子反应为2Br-+Cl22Cl-+Br2
C.工业上每获得1 mol Br2,至少需要消耗Cl2 22.4 L
D.步骤Ⅳ中涉及蒸馏操作
答案C
解析亚硫酸根离子可以和具有氧化性的溴单质发生氧化还原反应,故可以用Na2SO3饱和溶液来吸收溴单质,A项正确;氯气具有氧化性,可将溴离子氧化为溴单质,即2Br-+Cl22Cl-+Br2,B项正确;根据离子方程式2Br-+Cl22Cl-+Br2可知,每获得1 mol Br2,步骤Ⅰ和步骤Ⅲ至少需要消耗标准状况下Cl2 44.8 L,C项错误;从溴水中提取溴的方法中涉及蒸馏操作,D项正确。
5.海洋是一个巨大的化学资源宝库,下面是海水资源综合利用的部分流程图。
(1)步骤⑤中已获得Br2,步骤⑥中又用SO2的水溶液将Br2吸收,其目的是 。
(2)写出步骤⑥中发生反应的离子方程式: 。
(3)把溴吹入SO2的水溶液的气体X最可能是 (填字母)。
A.乙烯 B.空气 C.氩气 D.CO2
(4)由海水提溴过程中的反应可得出Cl-、SO2、Br-还原性由弱到强的顺序是 。
(5)步骤⑧中可由MgCl2溶液得到MgCl2晶体,此步过程包括 、 、
。
答案(1)富集溴 (2)Br2+SO2+2H2O4H++2Br-+S (3)B (4)Cl-解析(1)步骤⑤中已获得Br2,低浓度的Br2溶液在提取时消耗过多的原料和能源,步骤⑥中又将Br2还原为Br-,目的是转化为HBr后被氧化剂氯气氧化为溴单质,用于富集溴。
(2)步骤⑥中二氧化硫与溴单质发生氧化还原反应,离子方程式为Br2+SO2+2H2O4H++2Br-+S。
(3)把溴吹入SO2的水溶液的气体X,廉价且不与溴反应。乙烯与溴发生加成反应,氩气生产成本高,二氧化碳与水反应且成本较高,所以工业上最适宜选用空气。
(4)由还原剂的还原性强于还原产物的还原性知,2Br-+Cl2Br2+2Cl-,反应中还原剂Br-的还原性强于还原产物Cl-的还原性;Br2+SO2+2H2OH2SO4+2HBr,反应中还原剂SO2的还原性强于还原产物Br-的还原性,因此可得出Cl-、SO2、Br-还原性由弱到强的顺序是Cl-第2课时 海水资源的开发利用
一、海水水资源的开发利用
1.海水资源的特点。
多样性 除O、H外,加上Na、Cl、Br、Mg等11种元素为常量元素,总量超过99%;其他元素为微量元素
分散性 海水中元素的种类很多,总储量很大,但许多元素的富集程度很低
2.海水水资源的利用。
(1)海水水资源的分布和成分。
(2)海水水资源的利用方法。
微训练海水淡化是海岛地区获得淡水的重要手段,海水淡化指的是除去海水中的盐分以获得淡水的工艺过程。下列方法中不可用来进行海水淡化的是( )。
A.蒸馏法 B.过滤法
C.电渗析法 D.反渗透法
答案:B
解析:通过过滤不能把海水中的氯化钠等物质除去,不能使海水淡化。
二、海水化学资源的开发利用
1.海水化学资源的开发利用。
方法 操作方法
海水制盐 ①方法:把海水引到盐滩上,利用日光和风力使水分蒸发,得到食盐
②原理:蒸发海水,使食盐浓缩结晶
方法 操作方法
海水提溴 ①方法及流程:氧化(用氯气将溴离子氧化为单质溴)、吹出(用热空气将生成的单质溴吹出)、吸收(在吸收塔中用二氧化硫将单质溴还原为氢溴酸而进行富集)、蒸馏
(在蒸馏塔中用氯气将氢溴酸氧化为单质溴蒸馏分离)
②主要离子方程式:
微解读从海带中提取单质碘的过程如下:
发生的主要反应为2I-+H2O2+2H+═I2+2H2O。
2.新能源的开发。
(1)从海水中提取的铀和重水是开发核能的重要原料。
(2)潮汐能、波浪能等新型能源的开发和利用。
微判断(1)海水中各种化学资源的开发必须都要发生化学反应。( )
(2)实验室从海带中提取单质碘的方法是:取样→灼烧→溶解→过滤→结晶。( )
(3)海水中含有储量巨大的金属元素,可以直接富集获取。
( )
(4)海带中含有碘,能使淀粉变蓝。( )
(5)用SO2水溶液吸收溴蒸气,是利用了SO2的还原性。( )
×
×
×
×
√
问题探究
水是生命之源,地球上可供人类饮用的淡水很少,97%以上的是海水,海水必须经过淡化才能饮用。蒸馏法是海水淡化历史久远且技术成熟的重要方法。
乌拉尔联邦大学的工程师开发了一种新的海水淡化技术,使用旋转中空圆柱体和太阳能收集器来提高太阳能蒸馏器内的蒸发效率,所提议的方法将显著降低海水淡化成本,并将产量提高四倍。
(1)利用太阳能蒸馏淡化海水的原理是什么
提示:利用太阳能将海水中的水从液态转化为气态,再将气态冷却成为液态,以获得淡水。
(2)利用太阳能淡化海水有哪些突出的优点 会面临哪些实际困难
提示:利用太阳能进行海水淡化使用的是可再生能源,且操作简单。该方法不需要化学品或其他能源,没有污染物的释放。一些设备需要大量的维护,且成本较高;该技术海水淡化的效率受到天气的影响等。
重难归纳
1.海水水资源的利用。
(1)利用途径:海水淡化和直接利用海水进行循环冷却等。
(2)海水淡化:海水淡化的方法主要有蒸馏法、反渗透法和电渗析法等。其中蒸馏法的历史最久,技术和工艺也比较成熟,但成本较高。
(3)海水淡化三种方法的原理。
方法 原理
蒸馏法 将海水加热至沸腾,然后将水蒸气冷凝而得到蒸馏水
电渗
析法 在外加直流电场作用下,利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性,使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到除盐的目的
反渗
透法 向海水施加大于渗透压的压力,利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜,将海水与淡水分隔开
2.海水蒸馏。
(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→接通冷凝水→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凝水→整理仪器。
(2)海水蒸馏实验的注意事项。
①烧瓶加热时,一定要垫陶土网,防止烧瓶炸裂。
②烧瓶中的海水量不能超过烧瓶容积的 。
③冷凝管内的冷凝水要从下口入、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,后停止通入冷凝水。
典例剖析
【例1】下图是实验室蒸馏装置示意图,可利用此装置将海水淡化。下列说法中不正确的是( )。
A.蒸馏时温度计水银球应位于蒸馏烧瓶的支管口处
B.蒸馏时冷却水的流向应由上而下
C.利用此法淡化海水获得淡水质量高,但能耗大
D.蒸馏法需使用直形冷凝管
答案:B
解析:蒸馏时温度计测量的是水蒸气的温度,而不是溶液的温度,所以温度计水银球应位于蒸馏烧瓶支管口处;冷却水流向是由下而上,以提高冷凝效果;蒸馏法需要消耗大量能源;蒸馏法需使用直形冷凝管。
学以致用
1.海水淡化可使用蒸馏法。以自来水为原料制取蒸馏水的实验装置如图所示,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 。
答案:(1)①温度计的水银球插入液体中 ②冷凝水进出口方向反了
(2)蒸馏烧瓶 直形冷凝管
(3)碎瓷片(或沸石)
问题探究
海水中溶解和悬浮着大量的无机盐和有机物。目前,从海水中获取食盐仍主要采用盐田蒸发法。海带中含有丰富的碘元素,利用海带制取单质碘是目前获取碘的重要途径。
(1)利用风能和太阳能使盐田中海水蒸发,得到粗食盐。这种古老方法有什么优点
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)下面的流程图为检验海带中碘元素的实验步骤。
①写出加入稀硫酸酸化的H2O2时发生反应的离子方程式。
②根据什么现象证明海带中有碘元素
提示:①反应的离子方程式为2I-+H2O2+2H+═I2+2H2O。
②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。
重难归纳
1.海水提溴。
(1)工艺流程。
(2)基本操作。
2.从海带中提取碘。
(1)海带中碘元素的检验。
①反应原理:2I-+2H++H2O2═I2+2H2O,淀粉遇I2变蓝色。
②流程:
(2)海带中提碘。
①工艺流程:
②主要化学原理:Cl2+2I-═2Cl-+I2。
3.海水制盐及其重要应用。
(1)海水制盐的原理。
先将海水引入盐田,在太阳能和风力的作用下蒸发水,食盐等结晶析出,即制得粗盐。
粗盐中含泥沙等不溶性杂质和氯化镁等可溶性杂质,经溶解、过滤将泥沙除去,然后利用化学反应除去可溶性杂质。
(2)食盐的综合应用原理。
(3)食盐的综合应用示意图。
4.海水提镁。
(1)主要反应的原理。
(2)工艺流程。
典例剖析
【例2】海水中溴元素以Br-形式存在,工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如图。
(1)步骤①反应的离子方程式是 。
(2)步骤③反应的化学方程式是 。
从理论上考虑,下列也能吸收Br2的是 。
A.NaOH B.FeCl2
C.Na2SO3 D.H2O
(3)步骤⑤蒸馏的过程中,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)为什么不直接用“溴水混合物Ⅰ”而要用“溴水混合物Ⅱ”进行蒸馏得到液溴 。
答案:(1)2Br-+Cl2══Br2+2Cl-
(2)SO2+Br2+2H2O══H2SO4+2HBr ABC
(3)若温度过高,大量水蒸气随溴排出,所得气体中水蒸气的含量增加;温度过低,溴不能完全蒸出,产率太低
(4)“溴水混合物Ⅰ”中虽然含有溴单质,但浓度低,如果直接蒸馏,处理量大,生产成本高。而“溴水混合物Ⅱ”实际上将溴水浓缩了
解析:(2)只从理论上考虑,NaOH具有强碱性,能吸收Br2,Fe2+、
具有强还原性,也能吸收Br2,但Br2在水中的溶解度较小,用水不能将Br2充分吸收。(3)温度过高,大量水蒸气随溴排出,所得气体中水蒸气的含量增加;温度过低,溴不能完全蒸出,产率太低。(4)“溴水混合物Ⅰ”中虽然含有溴单质,但浓度低,如果直接蒸馏,处理量大,生产成本高。经过“空气吹出、SO2吸收、Cl2氧化”等步骤实际上是将溴水浓缩了。
学以致用
2.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.海水中含有镁元素,只需经过物理变化就可以得到单质镁
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NaCl溶液可得到金属钠
D.从海水中提取Br2、I2的过程中发生了氧化还原反应
答案:D
解析:海水中含有镁离子,镁元素由化合态转化为游离态需要发生化学变化才能实现,发生物理变化不能实现,A项错误;海水蒸发制海盐的过程是物理变化,利用了水能挥发的性质进行分离,没有发生化学变化,B项错误;海水蒸发制得粗盐,经提纯后再电解熔融氯化钠可以得到金属钠,2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑,电解氯化钠溶液不能得到金属钠,C项错误;溴、碘元素在海水中以化合态存在,将元素由化合态转化为游离态时发生电子转移,所以一定发生氧化还原反应,D项正确。
3.某同学为了验证海带中含有碘,拟进行如下实验,请回答下列问题。
(1)第1步:灼烧。将足量海带灼烧成灰烬。该过程中将使用到的硅酸盐质实验仪器有 (填字母,限填3项)。
A.试管 B.瓷坩埚 C.坩埚钳 D.铁三脚架
E.泥三角 F.酒精灯 G.烧杯 H.量筒
(2)第2步:I-溶液的获取。操作是 。
(3)第3步:氧化。操作是依次加入合适的试剂。下列氧化剂最好选用 (填字母)。
A.浓硫酸 B.新制氯水
C.KMnO4溶液 D.H2O2
理由是 。
(4)第4步:碘单质的检验。操作是取少量第3步的溶液,滴加
溶液,如果溶液显蓝色,则证明海带中含碘。
答案:(1)BEF
(2)将灰烬转移到烧杯中,加适量蒸馏水,用玻璃棒充分搅拌,过滤
(3)D 过氧化氢是绿色氧化剂,在氧化过程中不引进杂质、不产生污染(或不会进一步氧化单质碘)
(4)淀粉
解析:本题给出实验任务和步骤,考查学生对实验原理的理解,并考查学生根据实验目的选择正确试剂和操作完成规定实验的能力。灼烧固体通常在坩埚中进行,所以涉及的硅酸盐质仪器应有瓷坩埚、酒精灯、泥三角。灼烧所得灰烬含有可溶性的碘盐,欲得其溶液需溶解、过滤,滤液即为含I-的溶液。将I-氧化为I2,最好选用过氧化氢,因为过氧化氢作氧化剂,还原产物为H2O且无杂质生成,2I-+H2O2+2H+═I2+2H2O,加少量稀酸会促进反应。碘单质的检验常用淀粉溶液,淀粉遇碘单质变蓝色。
1.某同学设计实验从海带中提取碘。
①滴加稀硫酸和过氧化氢溶液
②在海带中加入少量酒精,点燃使其燃烧为灰烬,在灰烬中加水搅拌
③加四氯化碳振荡、分液 ④过滤 ⑤蒸馏
该实验的合理操作顺序是( )。
A.①③⑤②④ B.②①③④⑤
C.②④①③⑤ D.③①②⑤④
答案:C
2.从海水中提取镁的工艺流程可表示如下:
下列说法不正确的是( )。
A.用此法提取镁的优点之一是原料来源丰富
B.步骤④加盐酸的离子方程式为OH-+H+══H2O
C.步骤②结晶、过滤可制得粗盐
D.上述工艺流程中涉及化合、分解和复分解反应
答案:B
解析:海水中含有大量的镁元素,从海水中提取镁的优点之一是原料来源丰富,A项正确;步骤④中加入的盐酸,与氢氧化镁反应生成氯化镁与水,反应的离子方程式为Mg(OH)2+2H+═Mg2++2H2O,B项错误;步骤②是通过把海水引到盐滩上,利用日光和风力使水分蒸发,制得粗盐,C项正确;步骤①涉及CaCO3的分解反应得到CaO,CaO与H2O发生化合反应得到Ca(OH)2,步骤⑥是电解涉及分解反应,步骤③涉及MgCl2与Ca(OH)2发生的复分解反应得到Mg(OH)2和CaCl2,D项正确。
3.从淡化海水中提取溴的流程如图所示,下列有关说法错误的是( )。
A.X为SO2气体,也可将SO2换成Na2SO3
B.设备Y为蒸馏塔
C.在提取溴的过程中一定有Br-被氧化
D.工业上每获得1 mol Br2,需要消耗Cl2的体积最少为22.4 L(标准状况下)
答案:D
解析:亚硫酸钠与二氧化硫都具有还原性,A项正确;设备Y就是用来进行溴的蒸馏的,B项正确;要得到溴单质,一定要将溴离子氧化为溴单质,C项正确;因为溴离子要经过二次氧化,因此工业上每获得1 mol Br2,需要消耗Cl2的体积最少为44.8 L (标准状况下),D项错误。
5.海水是可以综合利用的。从海水中提取食盐和溴的过程如下:
(1)请写出一种海水淡化的方法: 。
(2)步骤Ⅰ获取Br2的离子方程式为 。
(3)步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2,使溴蒸气转化为氢溴酸以达到富集的目的。其反应的化学方程式为Br2+SO2+2H2O══H2SO4+2HBr,在该反应中,还原剂是 (填化学式)。若反应中生成4 mol HBr,则消耗 mol SO2。
答案:(1)蒸馏法(或电渗析法,反渗透法等)
(2)Cl2+2Br-══Br2+2Cl- (3)SO2 2
解析:海水淡化的方法有蒸馏法、电渗析法、反渗透法等。海水淡化后得到NaCl,电解其熔融态可生成Na和Cl2,利用生成的Cl2氧化浓缩海水中的Br-得到Br2,离子方程式为Cl2+2Br-═Br2+2Cl-,然后通入空气,吹出Br2,再用SO2吸收Br2,发生反应的化学方程式为Br2+SO2+2H2O══H2SO4+2HBr,该反应中氧化剂为Br2,还原剂为SO2,反应中每生成4 mol HBr,消耗2 mol SO2,最后再向含HBr的溶液中通入适量Cl2,蒸馏得到Br2。
