鲁科版高中化学必修1
第四节 海水中的化学元素
一、教材分析
(一)知识脉络:本节教材内容以海水中化学资源的开发利用为线索展开,简单介绍了海水中化学元素的种类和存在形式,重点介绍了金属镁的提取原理、重要的化学性质和主要用途;然后通过实验探究,得出溴和氯、碘的氧化性强弱关系,以此为启示,介绍溴单质的提取原理和主要用途。
(二)知识框架
(三)新教材的主要特点:
本节内容既承载了元素化合物知识,又使学生认识到开发利用海洋的重要性和艰巨性。既关注了知识的获取、情感态度价值观的培养,又关注了海水化学资源综合利用的方向。体现了新课程的基础性和时代性。
二.教学目标
(一)知识与技能目标
1、通过观察思考,交流研讨等教学活动,使学生认识镁单质的还原性和重要用途。
2、通过实验探究、交流研讨等教学活动,使学生认识到氯、溴、碘单质的氧化性和氧化性递变顺序及溴单质和溴的化合物的重要用途。
3、了解海水中微量元素的存在和应用及在工业生产和高科技领域的潜在价值,认识到综合开发利用海水化学资源的重要意义。
(二)过程与方法目标
通过对氯、溴、碘单质的氧化性和氧化性递变次序的活动探究,学会应用氧化还原反应原理设计实验,探究物质氧化性或还原性相对强弱的方法。
(三)情感态度与价值观目标
通过对海水中化学资源的开发利用的学习,使学生认识到海洋对人类的重要性,学会关注和珍惜自然资源。
三、教学重点、难点
(一)知识上重点、难点
重点:金属镁的还原性;氯、溴、碘单质的氧化性和氧化性递变次序。
难点:氯、溴、碘单质的氧化性和氧化性递变次序。
(二)方法上重点、难点
学会应用氧化还原反应原理设计实验,探究物质氧化性或还原性相对强弱的方法。
四、教学方法:实验探究、交流研讨
五、课时安排:2课时
六、教学过程
第1课时
一、海水——化学元素宝库
1.海水中的元素:有80多种。
常量元素(在每升海水中的含量均大于1mg):氯、钠、镁、硫、钙、钾、碳、锶、溴、硼、氟。
微量元素:锂、碘、铀。
说明:常量元素的总量占海水所溶解物质总量的99.9%。
溴被人们称为“海洋元素”,因为地球上99%以上的溴都蕴藏在大海中。
问题:海水中含量最高的元素是
2.氯化钠、锂、碘、铀的重要用途
氯化钠:食用、生理盐水、化工原料
锂:热核反应的重要材料之一,是锂电池、特种合金等的原料之一。
碘:碘酒消毒,人体必需元素 铀:核燃料
3.氯碱工业
(1)概念:工业上用电解饱和食盐水的方法来制取NaOH、Cl2和H2,并以它们为原料生产一系列化工产品,称为氯碱工业。
(2)原料:饱和食盐水
(3)原理:2NaCl + 2H2O 2NaOH + Cl2↑+ H2↑
(4 ) 设备:离子交换膜法电解槽
【交流·研讨】
粗食盐水中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、 Fe3+、 SO42-等杂质,不符合电解要求,思考如何除去杂质,使食盐水得到精制?
解答:先加入过量的BaCl2溶液使SO42-完全沉淀,再加入过量的NaOH 溶液除去Fe3+和Mg2+,再加过量的Na2CO3溶液除去Ca2+和Ba2+,过滤后,向滤液中加入盐酸调pH为7即可。
例1:中国食盐产量居世界首位。下列实验室中的操作类似“海水晒盐”原理的是
A.蒸馏 B.蒸发 C.过滤 D.搅拌
例2:医生建议患甲状腺肿大的病人多食海带,这是由于海带中含有丰富的 ;碘缺乏病是目前已知的导致人类智力障碍的主要原因。为解决这一全国性的问题,我国已经开始实施“智力工程”,最经济的可行措施是 。 答案:碘元素;食盐加碘(盐)。
二、镁和海水提镁
1. 海水提镁的方法
(1)海水提镁的3个环节:
①碱的制取——贝壳高温分解产生CaO,再与水反应得碱。
②Mg2+的浓缩——海水加碱,得氢氧化镁沉淀,将沉淀分离出来,再加盐酸,得到浓的MgCl2溶液。
③Mg的制取——MgCl2溶液经过蒸发、浓缩、干燥,得到MgCl2固体,电解熔融的MgCl2得到Mg。
(2)相关化学(或离子)方程式:
①CaCO3CaO+CO2↑;CaO+H2O=Ca(OH)2
②Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓; Mg(OH)2+2H+= Mg2++2H2O
③MgCl2Mg+Cl2↑
2.镁的性质
(1)物理性质:镁是一种银白色金属,密度小于水,熔点较低,硬度较小,有良好的导电、导热性和延展性,与其他金属易构成性能优良的合金。
(2)化学性质
①与非金属单质反应
2Mg + O2 2MgO 3Mg + N2 Mg3N2 Mg + Cl2 MgCl2
②与酸反应
与镁与非氧化性酸,如稀硫酸、盐酸等反应生成氢气:Mg + 2H+ =Mg2+ + H2 ↑
与镁与氧化性酸,如浓硫酸、硝酸等反应,但不生成氢气:
Mg + 2 H2SO4(浓) = MgSO4 + SO2↑+ 2H2O
③与某些氧化物反应2Mg + CO2 2MgO + C
感悟:(1)“二氧化碳不支持燃烧”的说法不是绝对的。二氧化碳对大多数可燃物是良好的灭火剂,而对于K、 Ca、 Na、 Mg等可燃物则是助燃剂。
(2)镁是活泼的金属,易被氧化,但镁又具有抗腐蚀性能。这是因为在常温下,镁在空气中与氧气反应,生成一层致密的氧化物薄膜,这层氧化物薄膜能够阻止金属的继续氧化,故镁有抗腐蚀性能。
例3:铝镁合金因坚硬、轻巧、美观、洁净、易于加工而成为新型建筑装饰材料,主要用于制作窗框、卷帘门、防护栏等,下列与这些用途无关的性质是
A.不易生锈 B.导电性好 C.密度小 D.强度高
例4:镁不仅能在O2中燃烧,它还能在不支持燃烧的氮气、能灭火的CO2中燃烧。与CO2性质相似,镁亦能在SO2和灼热的水蒸气中燃烧,写出有关反应的化学方程式并指出实验时观察到的现象。
(1)Mg+SO2: ①反应方程式:_______________;②实验现象:_________ _____ _。
(2)Mg+H2O(g) ①反应方程式:_______________;②实验现象:_______________。
答案:(1)①2Mg+SO22MgO+S Mg+SMgS
②Mg在SO2中燃烧,产生白色固体,也产生黄色固体
(2)①Mg+H2O(g) MgO+H2 ②Mg在H2O(g)燃烧,生成白色固体
第2课时
三、溴和海水提溴
1.与溴关系密切的一组元素——卤素F、Cl、Br、I
2.溴单质和碘单质的物理性质
(1)实验探究溴和碘的物理性质:重点色、态、味及溶解性。
物理性质 溴单质 碘单质
颜色 深红棕色 紫黑色
状态 液体 固体
溶解性和溶液颜色 水中 可溶;橙黄色 难溶;黄褐色
酒精中 易溶;橙红色 易溶;褐色
四氯化碳中 易溶;橙红色 易溶;紫红色
(2)特性:
溴:溴是常温下唯一呈液态的非金属,易挥发;
保存时应盛放在棕色、磨砂玻璃塞、细口瓶中,通常还加入少量水,形成水封,减少挥发。
碘:1、易升华;用于物质分离和提纯
2、遇淀粉变蓝,这是碘的特性。常用于I2和I-的检验。
(3)萃取
实验探究溴水和碘水中加入CCl4的现象
实验表明,用CCl4可以提取溴水中的溴以及碘水中的碘,这种分离方法叫萃取。
概念:利用混合物中一种溶质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同,用一种溶剂把溶质从它与另一溶剂所组成的溶液中提取出来的分离方法叫萃取
主要仪器:萃取所用的仪器是分液漏斗。
条件: 1、萃取剂与原溶剂互不相溶;
2、萃取剂与溶质不反应;
3、溶质在萃取剂中溶解度远大于原溶剂中的溶解度。
注意: 1、分液漏斗使用前要检验是否漏水;
2、倒转时要关闭玻璃塞和活塞,并不时旋开活塞放气;
3、分液时要先打开玻璃塞,使液体容易流下;
4、下层液体要从下口放出,上层液体要从漏斗上口倒出。
3.氯、溴、碘单质氧化性的强弱
实验探究氯、溴、碘氧化性的强、弱:
实验项目 实验操作 实验现象 实验结论
氯置换溴 将少量氯水加入盛有NaBr溶液的试管中 溶液由无色变为橙黄色 氯可以置换出溴Cl2+2NaBr=2NaCl+Br2
氯置换碘 将少量氯水加入盛有KI溶液的试管中 溶液由无色变为褐色 氯可以置换碘Cl2+2KI=2NaCl+I2
溴置换碘 将少量溴水加入盛有KI溶液的试管中 溶液由无色变为褐色 溴可以置换碘Br2+2KI=2NaBr+I2
结论 氯、溴、碘的氧化性:Cl2>Br2>I2;还原性:Cl-① 碘的氧化性较弱,遇变价金属得低价化合物。如碘与铁反应生成FeI2
② 氯、溴、碘的单质都能与H2反应,生成HX、HCl、HBr、HI都易溶于水,且都是强酸。
③ 氯、溴、碘的单质都能与水反应:X2+H2O=HX+HXO,但反应程度依次减弱。
④ AgBr为浅黄色难溶物;AgI为黄色难溶物。二者见光都易分解。
⑤ 卤素离子的检验:在含有Cl-、Br-、I-的溶液中加入硝酸银溶液分别生成白色、浅黄色、黄色的卤化银沉淀,若再加入稀硝酸.沉淀不溶解(AgF能溶于水)。
?4.海水提溴与海洋的综合利用
(1)海水提溴:溴单质的氧化性介于氯和碘之间,因此海水提溴可以选取氯气作氧化剂。大体分为三个步骤:
浓缩:海水中的Br-的浓度很小,大约0.067g/L,海水晒盐剩下的苦卤中的Br-浓度较大,可作提取溴的原料。
氧化:向苦卤中通入氯气。Cl2+2Br-=2Cl-+Br2
提取:向溶有溴的苦卤中鼓入热空气或水蒸气,使溴挥发而分离出来。
溴的用途很广泛。可用于制造燃料的抗爆剂、感光材料、杀虫剂、镇静剂等。
(2)海水的综合利用
例5:a、b、c、d四个集气瓶中装有Cl2、H2、HCl、HBr中的任一种气体。若a、d两瓶气体混合见光爆炸,a、b两瓶气体混合瓶壁出现暗红色小液滴。则c瓶装的气体是
A.HBr B.HCl C.Cl2 D.H2
例6:从海水里提取溴的过程中,有如下反应:5NaBr+NaBrO3+3H2SO4=3Br2+3Na2SO4+3H2O。与上述反应在原理上最相似的反应是
A.2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl B.2KI+Br2=I2+2KBr
C.2H2S+SO2=3S+2H2O D.Cl2+H2O=HCl+HClO
四、常见题型:
题型一、有关镁及其化合物的简单计算
典例1:把等质量的金属镁分别放在:①纯氧气(O2)中;②二氧化碳气体中;③空气中。完全燃烧后,得到的固体物质的质量分别对应的是w1g,w2g和w3g。以上三者的关系正确的是
A.w1>w2>w3 B.w3>w1>w2
C.w3>w2>w1 D.w2>w1>w3
1.下列物质分别与100mL 2mol/L的盐酸恰好反应时,所得溶液的溶质的物质的量浓度的大小关系是:①镁粉 ②氧化镁 ③氢氧化镁 ④碳酸镁
A.①>②>③>④ B.①>②=④>③
C.①>④>③=② D.④>①>②=③
题型二、卤素单质的氧化性
典例2:在100 mL含等物质的量HBr和H2SO3的溶液里通入0.01 mol Cl2,有一半Br-变为Br2(已知Br2能氧化H2SO3)。原溶液中HBr和H2SO3的浓度都等于
A.0.0075 mol·L-1 B.0.18 mol·L-1
C.0.075 mol·L-1 D.0.08 mol·L-1
2.向NaBr、NaI、Na2SO3混和液中,通入一定量氯气后,将溶液蒸干并充分灼烧,得到的固体剩余物质的组成可能是
A.NaCl、Na2SO4 B.NaCl、NaBr、Na2SO4
C.NaCl、Na2SO4、I2 D.NaCl、NaI、Na2SO4
小结:
教后感:
课后练习:
1.下列过程属于人工固氮的是( )
A.分离液态空气制氮气 B.闪电时N2 转化为NO
C.合成氨 D.豆科作物根瘤菌将N2 转化为NH3
2.下列关于浓硫酸的叙述正确的是( )
A.浓硫酸具有吸水性,因而能使蔗糖炭化
B.浓硫酸在常温下可迅速与铜片反应放出二氧化硫气体
C.浓硫酸是一种干燥剂,能够干燥氨气、氢气等气体
D.浓硫酸在常温下能够使铁铝等金属钝化
3.镁粉在焰火、闪光粉、鞭炮中是不可少的原料,工业上制造镁粉是将镁蒸气在某气体中冷却,有下列气体:①空气,②CO2,③Ar,④H2,⑤N2其中可作为冷却气体的是( )
A.①② B.②③ C.③④ D.④⑤
4.能使淀粉碘化钾试纸变蓝的物质是( )
A.氯水 B.碘水 C.碘化钠溶液 D.溴化钠溶液
5.把7.4gNa2CO3 10H2O和NaHCO3组成的混合物溶于水,配成100mLD 溶液,其中c(Na+)=0.6mol/L.若把等质量的混合物加热到恒重时,残留物的质量是( )
A. 3.18g B. 2.21g C. 5.28g D. 4.22g
6.强热条件下,硫酸亚铁固体发生分解:2FeSO4=Fe2O3+SO2↑+SO3↑,如将此反应生成的气体通入BaCl2溶液中,则( )
A.析出BaSO3沉淀 B.析出BaSO4沉淀
C.逸出SO3气体 D.逸出SO2气体
7.采用不同的分类方法,可将非金属氧化物分为不同的类别。例如,从某种意义讲P2O5、SO2、SO3、CO2、Cl2O7等归为一类,则下列氧化物中与它们同属一类的是( )
A.CO B.NO C.N2O5 D.NO2
8.由碳、氧两种元素组成的气体中,碳与氧的质量比为3∶5,则该气体可能是( )
A.由CO或CO2单独组成的纯净物 B.由CO和CO2共同组成的混合物
C.由CO和O2共同组成的混合物 D.由CO2和O2共同组成的混合物
9.要除去碳酸氢钠溶液中混有的少量碳酸钠,最好采用
A.加入过量的澄清石灰水 B.加入适量的氢氧化钠溶液
C.将溶液加热蒸干并灼烧 D.通入足量的CO2气体
10.把CO2通入NaOH溶液中,当生成Na2CO3和NaHCO3的物质的量之比为2:1时,CO2和NaOH的物质的量之比为( )
A.3:2 B.3:4 C.3:5 D.1:2
11、如图所示,试管中集满干燥的氯气,胶头滴管中装有供反应的足量浓氨水。滴入浓氨水,开始时试管内发生的反应有氧化还原反应:NH3+Cl2→N2+HCl并产生红光和白烟。
请根据以上反应和现象回答下列问题:
(1)标志反应全部完成的现象是 。
(2)反应完毕后,将试管浸入水中并倒立着试管,取下滴管,有水进入试管.在室温时,进入试管内的水约占试管容积的 。
(3)反应中生成的白烟是 。
(4)用写出试管中反应的化学方程式 。
11、Na2SO3 长期放置会变成Na2SO4 。为了证明Na2SO3 是否变质,设计实验方案进行检验并据发生的反应现象判断:加入 出现白色沉淀,可能发生的有关反应的离子方程式
为 、
再加入
(1)若沉淀 ,说明未变质;反应离子方程式为
(2)若沉淀 ,说明部分变质;
(3 )若沉淀 ,说明全部变质。
12、某同学记了有关硝酸的事实,你知道这些事实分别表现了硝酸的哪些性质?请填下列空格:(1)久置的硝酸显黄:性质 反应方程式为
(2)铝制、铁制容器常温下可盛浓硝酸 : 性质
(3)铜片放入在硝酸中,溶液变蓝,试管口有红棕色气体产生:性质 、
有关反应的方程式为
(4)碳单质放入热的浓硝酸中产生大量的红棕色气体:性质
有关反应方程式为
(5)浓硝酸敞口放置在空气中,质量会减少:性质
13、实验室里常利用反应:3Cu+8HNO3 3Cu(NO3)2+2NO↑+4H2O来制取NO,当有19.2gCu参加反应时,计算:
(1)能生成多少升NO(标准状况下)
(2)消耗多少摩尔HNO3
(3)被还原的HNO3的质量
海水化学资源的综合利用
海水中的化学元素
海水提溴和含溴化合物的用途
种类、含量和存在形式
海水提镁及镁的性质、用途
氯、溴、碘单质之间氧化性的比较