人教版必修2 第4章第1節(jié) 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源（第2課時(shí)） 學(xué)案.doc

第1節(jié) 開發(fā)利用金屬礦物和海水資源第2課時(shí) 海水資源的開發(fā)利用【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1、了解海水資源及其開發(fā)利用的主要方法；2、掌握從海水中提取溴和碘的化學(xué)反應(yīng)原理和實(shí)驗(yàn)方法；3、認(rèn)識(shí)開發(fā)利用海水資源所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題和預(yù)防措施。【要點(diǎn)梳理】要點(diǎn)一、海水的淡化水是生命之源，世界上缺水的地區(qū)越來(lái)越多，水荒目前已成為世界性的問(wèn)題，是制約社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。海水淡化已成為獲得淡水資源重要的途徑。海水利用包括海水直接利用、海水淡化和海水綜合利用，以及海水農(nóng)業(yè)等。海水淡化是海水利用的重點(diǎn)。要點(diǎn)詮釋：海水淡化的方法主要有：（1）蒸餾法：把海水燒到沸騰，水蒸發(fā)為蒸汽，鹽留在鍋底，蒸汽冷凝為蒸餾水，即是淡水。這種古老的海水淡化方法，消耗大量能源，產(chǎn)生大量鍋垢，很難大量生產(chǎn)淡水。現(xiàn)代多級(jí)閃急蒸餾淡化使古老的蒸餾法煥發(fā)了青春。水在常規(guī)氣壓下，加熱到100才沸騰成為蒸汽。如果使適當(dāng)加溫的海水進(jìn)入真空或接近真空的蒸餾室，便會(huì)在瞬間急速蒸發(fā)為蒸汽。利用這一原理，做成多級(jí)閃急蒸餾海水淡化裝置。此種淡化裝置可以造得比較大，真空蒸發(fā)室可以造得比較多，連接起來(lái)，成為大型海水淡化工廠。這種淡化工廠，可以與熱電廠建在一起，利用熱電廠的余熱加熱海水。水電聯(lián)產(chǎn)，可以大大降低生產(chǎn)成本。現(xiàn)行大型海水淡化廠，大多采用此法。如果太陽(yáng)能蒸發(fā)淡化法能夠投入實(shí)用，古老的蒸餾淡化技術(shù)又會(huì)上一個(gè)節(jié)能的新臺(tái)階。海水蒸餾原理示意圖（2）電滲析法：使用一種特別制造的薄膜來(lái)實(shí)現(xiàn)。在電力作用下，海水中鹽類的陽(yáng)離子穿過(guò)陽(yáng)膜跑向陰極方向，不能穿過(guò)陰膜而留下來(lái)；陰離子穿過(guò)陰膜跑向陽(yáng)極方向，不能穿過(guò)陽(yáng)膜而留下來(lái)。這樣，鹽類離子被交換走的管道中的海水就成了淡水，而鹽類離子留下來(lái)的管道里的海水就成了被濃縮了的鹵水。（3）反滲透法：使用的薄膜叫“半透膜”，半透膜的性能是只讓淡水通過(guò)，不讓鹽分通過(guò)。如果不施加壓力，用這種膜隔開咸水和淡水，淡水就自動(dòng)地往咸水那邊滲透。我們通過(guò)高壓泵，對(duì)海水施加壓力，海水中的淡水就透過(guò)膜到淡水那邊去了，因此叫做反滲透。（4）冷凍法：即冷凍海水使之結(jié)冰，在液態(tài)淡水變成固態(tài)冰的同時(shí)鹽被分離出去。這種方法具有難以克服的弊端，需要消耗許多能源，但得到的淡水味道卻不佳，難以使用。此外，離子交換法、太陽(yáng)能法、壓氣蒸餾法、流通電容吸附法、露點(diǎn)蒸發(fā)法等也是正在發(fā)展中的海水淡化技術(shù)。要點(diǎn)二、從海水中提取溴在海水中，溴總是以溴化鎂和溴化鈉的形式存在。提取溴的方法常用空氣吹出法，即首先濃縮海水，使溴鹽富集；加酸使海水酸化（調(diào)節(jié)化學(xué)平衡，防止氯的各價(jià)酸生成），通入氯氣，溴離子被氧化成單質(zhì)溴；使溴蒸汽和so2、水蒸汽反應(yīng)產(chǎn)生hbr；再把hbr用氯氣氧化得到br2。主要反應(yīng)方程式如下：cl2+ 2br-br2+ 2cl-br2+ so2+ 2h2o2hbr + h2so4 2hbr + cl22hcl+ br2要點(diǎn)三、從海水中提取碘直接從海水中提取碘，利用曬鹽后的鹵水也可制取碘，所采用的方法有活性炭吸附法、淀粉吸附法、硝酸銀或硫酸銅沉淀法、離子交換樹脂法等。某些海藻具有吸附碘的能力，如干海帶中碘的含量一般為0.30.5，比海水中碘的濃度高10萬(wàn)倍。從海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)流程如下： 涉及到的主要反應(yīng)方程式為：2i-+h2o2+2h+=i2+2h2o要點(diǎn)四、從海水中提取鎂鎂在海水中的含量?jī)H次于氯和鈉，總儲(chǔ)量約為1.81015噸，主要以氯化鎂和硫酸鎂的形式存在。從海水中提取鎂并不復(fù)雜，先把石灰乳注入到盛有海水的容器中，使海水中的氯化鎂變?yōu)闅溲趸V沉淀，從海水中濾出的氫氧化鎂再加鹽酸，使之生成氯化鎂，并將其溶液煮沸、濃縮、烘干成無(wú)水氯化鎂，經(jīng)過(guò)電解熔融氯化鎂，便得到金屬鎂和氯氣。主要反應(yīng)方程式如下：ca(oh)2+mgcl2cacl2+mg(oh)2mg(oh)2+ 2hclmgcl2+ 2h2omgcl2(熔融)mg + cl2要點(diǎn)五、海水資源的開發(fā)前景我國(guó)海水制鹽具有悠久的歷史。目前，從海水中制得的氯化鈉除食用外，還用作工業(yè)原料，如生產(chǎn)燒堿、純堿、金屬鈉以及氯氣、鹽酸、漂白粉等含氯化工產(chǎn)品。從海水中制取鎂、鉀、溴及其化工產(chǎn)品，是在傳統(tǒng)海水制鹽工業(yè)上的發(fā)展。鈾和重水目前是核能開發(fā)中的重要原料，從海水中提取鈾和重水對(duì)一個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō)具有戰(zhàn)略意義。海水是一個(gè)遠(yuǎn)未完全開發(fā)的巨大化學(xué)資源寶庫(kù)，從海水中獲得其他物質(zhì)和能量具有廣闊的前景。例如：化學(xué)在開發(fā)海洋藥物方面也將發(fā)揮越來(lái)越大的作用。潮汐能、波浪能等也是越來(lái)越受到重視和開發(fā)的新型能源。要點(diǎn)六、自然資源的開源節(jié)流人類社會(huì)的發(fā)展對(duì)自然資源的依賴性越來(lái)越大，緩解當(dāng)前能源和資源緊張問(wèn)題的途徑是開源和節(jié)流兩個(gè)方面。（1）海洋資源的開發(fā)海洋資源是指能在海水中生存的生物、溶解于海水中的化學(xué)元素和淡水、海水運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的能量、海水中貯存的熱量、深層海底蘊(yùn)藏的資源（特別是海底各種固態(tài)礦物）、以及在深層海水中形成的壓力差、海水與淡水之交所具有的濃度差等。按照資源的屬性，海洋資源又可分為“生物資源”、“礦產(chǎn)資源”、“化學(xué)資源”和“動(dòng)力資源”四種。（2）太陽(yáng)能的開發(fā)太陽(yáng)能是一種尚未完全開發(fā)的能源。太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)化途徑之一：這是太陽(yáng)能的自然轉(zhuǎn)化過(guò)程，仿制和開發(fā)一個(gè)與植物光合作用相近的化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，是解決能源問(wèn)題的研究方向之一。（3）太空能源的開發(fā)太空其他星球上也可能存在極為豐富的可供人類生存所需的能源，我們的探月過(guò)程目標(biāo)之一就是探測(cè)3he在月球上的儲(chǔ)量?！镜湫屠}】類型一：海水的淡化例1、若實(shí)行海水淡化來(lái)供應(yīng)飲用水，下列方法在原理上完全不可行的是（ ）a加入明礬，使海水的鹽分沉淀而淡化b利用太陽(yáng)能，將海水蒸餾淡化c將海水緩慢凝固以獲取淡化的飲用水 d將海水通過(guò)離子交換樹脂，以除去所含的鹽分【思路點(diǎn)撥】本題考查海水淡化的方法?！敬鸢浮縜【解析】明礬凈水是利用al3+水解生成的al(oh)3膠體的吸附作用而除去水中的一些泥沙，并不能除去海水中的陰、陽(yáng)離子而使海水淡化，a項(xiàng)錯(cuò)誤；利用太陽(yáng)能使海水蒸餾淡化，是有研究?jī)r(jià)值的一種淡化途徑，b項(xiàng)正確；海水緩慢凝固后可結(jié)成冰，在這個(gè)過(guò)程中可以除去海水中的離子而淡化，c項(xiàng)正確；將海水通過(guò)離子交換樹脂使海水淡化是一種已被應(yīng)用的海水淡化方法，d項(xiàng)正確。【總結(jié)升華】淡化海水常用的方法有蒸餾法、離子交換法和電滲析法，同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)的過(guò)程中要注意這些方法的原理。舉一反三：【變式1】以下說(shuō)法正確的是（ ）a海洋約占地球表面積的71%，所以地球上不缺水，人類可以隨意使用水資源，不必節(jié)約b海水淡化的主要方法有蒸餾法、電滲析法、離子交換法c海水淡化的各種方法中，蒸餾法的成本比較低d以上說(shuō)法都正確【答案】b【解析】海水含鹽量高，無(wú)法直接飲用，而淡水資源非常有限，因此要節(jié)約水資源；海水淡化的各種方法中，蒸餾歷史最久，技術(shù)和工藝也比較完善，但成本較高?！咀兪?】許多國(guó)家十分重視海水資源的綜合利用，不需要化學(xué)變化就能夠從海水中獲得的物質(zhì)是（ ） a食鹽 b鎂 c氫氣 d淡水【答案】ad 【解析】a可從海水中獲得氯化鈉，不需要化學(xué)變化就能夠從海水中獲得的物質(zhì)，故a正確；b可從海水中獲得氯化鎂，電解熔融氯化鎂得到鎂和氯氣，是化學(xué)變化，故b錯(cuò)誤；c可從海水中獲得氯化鈉，配制成飽和食鹽水，然后電解，即得燒堿、氫氣和氯氣，是化學(xué)變化，故c錯(cuò)誤；d把海水用蒸餾等方法可以得到淡水，故d正確。類型二：從海水中提取溴例2、全球海水中的溴的儲(chǔ)量豐富，約占地球溴總儲(chǔ)量的99 %，故溴有“海洋元素”之稱，海水中溴含量為65 mgl1。其工業(yè)提取法有：（1）空氣吹出純堿吸收法。方法是將氯氣通入到富含溴離子的海水中，使溴置換出來(lái)，再用空氣將溴吹出，用純堿溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到單質(zhì)溴。該方法涉及的反應(yīng)有：_（寫出化學(xué)方程式）；3br2+3co32-=bro3-+5br-+3co2；bro3-+5br-+6h+=3br2+3h2o。其中反應(yīng)中氧化劑是_，還原劑是_。（2）空氣吹出so2吸收法。該方法基本同（1），只是將吹出的溴用so2來(lái)吸收，使溴轉(zhuǎn)化為氫溴酸，然后再用氯氣氧化氫溴酸即得單質(zhì)溴。寫出溴與二氧化硫反應(yīng)的化學(xué)方程式_。（3）溶劑萃取法。該法是利用單質(zhì)溴在水中和萃取劑中溶解度的不同的原理來(lái)進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)室中萃取用到的玻璃儀器名稱是_。下列可以用于海水中溴的萃取的試劑是_。乙醇 四氯化碳 硝酸【思路點(diǎn)撥】本題概括了三種從海水中提溴的工業(yè)方法，綜合考查了相關(guān)的無(wú)機(jī)反應(yīng)、離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)及化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作的基礎(chǔ)知識(shí)。【答案】（1）cl2+ 2br-= 2cl-+ br2 br2 br2（2）br2+ so2+ 2h2o = 2hbr + h2so4 （3）分液漏斗、燒杯 【解析】工業(yè)上提取溴的原理：將氯氣通入到富含溴離子的海水中，把溴置換出來(lái)，然后被某些溶液吸收，再提純即可得到，cl2+ 2br-= 2cl-+ br2，溴與二氧化硫反應(yīng)的化學(xué)方程式：br2+ so2+ 2h2o = 2hbr + h2so4，方法（3）是利用物理方法，用有機(jī)溶劑溶解，因?yàn)殇逡兹苡谟袡C(jī)溶劑，作為海水中萃取溴的溶劑只能是四氯化碳?！究偨Y(jié)升華】從海水中提取溴的基本原理是使溴離子轉(zhuǎn)變成溴單質(zhì)，過(guò)程中經(jīng)歷氧化還原的變化過(guò)程，同學(xué)們還應(yīng)掌握如何除去溴單質(zhì)中的雜質(zhì)。舉一反三：【變式1】目前，從海水中提取的溴占世界溴年產(chǎn)量的1/3左右，常用的方法之一是用氧化劑把br氧化成單質(zhì)溴，再通入熱空氣把溴蒸氣吹出，這一反應(yīng)中常使用的氧化劑是（ ）ao2bcl2 c濃硫酸 d濃硝酸 【答案】b【解析】把br氧化成br2，常用的氧化劑是cl2。類型三：從海水中提取碘例3、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(shí)驗(yàn)室從海藻中提取碘的流程如下圖：（1）指出從海藻中提取i2的實(shí)驗(yàn)操作名稱： ， ；的離子方程式 。（2）提取碘的過(guò)程中，可供選擇的有機(jī)溶劑是（ ）a甲苯、酒精 b四氯化碳、苯c汽油、乙酸 d汽油、甘油（3）為使海藻中i-轉(zhuǎn)化為碘的有機(jī)溶液，實(shí)驗(yàn)室里有燒杯、玻璃棒、集氣瓶、酒精燈、導(dǎo)管、圓底燒瓶、石棉網(wǎng)以及必要的夾持儀器。尚缺少的儀器是 。（4）從含碘的有機(jī)溶劑中提取碘，還要經(jīng)過(guò)蒸餾，指出下列蒸餾裝置中的錯(cuò)誤之處 。（5）進(jìn)行蒸餾操作時(shí)，使用水浴加熱的原因是 ，最后晶態(tài)碘在 中。【思路點(diǎn)撥】本題考查的是鹵素的性質(zhì)及分離物質(zhì)的方法：過(guò)濾、萃取、分液、蒸餾等操作?！敬鸢浮浚?）過(guò)濾 萃取 2i-+cl2=i2+2cl- （2）b （3）分液漏斗 （4）沒(méi)有石棉網(wǎng)；溫度計(jì)插入液面以下；冷凝器進(jìn)、出水方向顛倒 （5）萃取劑沸點(diǎn)較低，i2易升華 圓底燒瓶【解析】（1）從懸濁液中分離i-，應(yīng)用過(guò)濾；從i2的水溶液中把它提取出來(lái)，用萃取。 （2）a中酒精，c中乙酸，d中甘油，都是易溶于水的物質(zhì)，所以不能用于萃取碘水中的碘。 （3）萃取分液所必需的儀器是分液漏斗。 （4）蒸餾的三點(diǎn)錯(cuò)誤：沒(méi)有石棉網(wǎng)；溫度計(jì)插入液面以下；冷凝器進(jìn)、出水方向顛倒。 （5）根據(jù)（2）b選項(xiàng)中的兩種萃取劑的沸點(diǎn)數(shù)據(jù)：苯80、四氯化碳77，用水浴加熱即可使之沸騰，而避免高溫下i2的升華。最后i2殘留在圓底燒瓶中。【總結(jié)升華】本題各個(gè)小問(wèn)題間沒(méi)有關(guān)聯(lián)性，同學(xué)們?cè)谧鲱}過(guò)程中可酌情考慮做題順序，提高得分率。舉一反三：【變式1】海帶中含有豐富的碘。為了從海帶中提取碘，某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)并進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)：請(qǐng)?zhí)顚懴铝锌瞻祝?（1）步驟灼燒海帶時(shí)，除需要三腳架外，還需要用到的實(shí)驗(yàn)儀器是 （從下列儀器中選出所需的儀器，用標(biāo)號(hào)字母填寫在空白處）。 a燒杯 b坩堝 c表面皿 d泥三角 e酒精燈f干燥器 （2）步驟的實(shí)驗(yàn)操作名稱是 ；步驟的目的是從含碘苯溶液中分離出單質(zhì)碘和回收苯，該步驟的實(shí)驗(yàn)操作名稱是 。 （3）步驟反應(yīng)的離子方程式是_。 （4）步驟中，某學(xué)生選擇用苯來(lái)提取碘的理由是_。 （5）請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一種檢驗(yàn)提取碘后的水溶液中是否還含有單質(zhì)碘的簡(jiǎn)單方法： _。 【答案】（1）bde （2）過(guò)濾蒸餾 （3）2imno24h=mn2i22h2o （4）苯與水互不相溶且苯比水的密度小，碘在苯中的溶解度比在水中大 （5）取少量提取碘后的水溶液于試管中，加入幾滴淀粉試液，觀察是否出現(xiàn)藍(lán)色（如果變藍(lán)，說(shuō)明還有單質(zhì)碘）【解析】（1）該實(shí)驗(yàn)是對(duì)固體海帶加熱灼燒，與三腳架一起使用的常常是泥三角、坩堝和酒精燈。（2）步驟是由海帶灰懸濁液得含碘離子的溶液，因此一定要進(jìn)行過(guò)濾，步驟是從碘的苯溶液中分離碘和回收苯，應(yīng)通過(guò)蒸餾的方法。（3）結(jié)合“碘離子含碘水溶液”，再聯(lián)想實(shí)驗(yàn)室中cl2的制備不難寫出的離子方程式為2imno24h=mn2i22h2o。（4）因碘不易溶于水而易溶于有機(jī)溶劑苯，且苯不溶于水易與水溶液分層，這是選取萃取劑的原則。 （5）根據(jù)淀粉溶液遇碘單質(zhì)變藍(lán)這一現(xiàn)象，可以取少量提取碘之后的溶液，加入淀粉溶液看是否變藍(lán)來(lái)檢驗(yàn)。 類型四：從海水中提取鎂例4、從海水中提取鎂，可按照如下步驟進(jìn)行：把貝殼制成石灰乳；在引入的海水中加入石灰乳、沉降、過(guò)濾、洗滌沉淀物；將沉淀物與鹽酸反應(yīng)，結(jié)晶、過(guò)濾、干燥產(chǎn)物；將所得產(chǎn)物熔融后電解。關(guān)于提取鎂，下列說(shuō)法不正確的是（ ）a此法的優(yōu)點(diǎn)之一是原料豐富b進(jìn)行步操作的目的是從海水中富集氯化鎂c第步電解時(shí)會(huì)產(chǎn)生氯氣d以上過(guò)程中涉及的反應(yīng)有分解反應(yīng)、化合反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)和置換反應(yīng)【思路點(diǎn)撥】仔細(xì)分析題中從海水中提取鎂的每個(gè)步驟的原因是什么、分別設(shè)計(jì)了哪些反應(yīng)，便可順利做題?！敬鸢浮縟 【解析】a貝殼和海水是海水中提取鎂的主要原料，自然界中來(lái)源豐富廉價(jià)，故a正確；b把貝殼制成石灰乳用于沉淀鎂離子；在引入的海水中加入石灰乳，沉降、過(guò)濾、洗滌沉淀物氫氧化鎂；將沉淀物氫氧化鎂與鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂，結(jié)晶過(guò)濾、在hcl氣體氛圍中干燥產(chǎn)物得到氯化鎂，故b正確；c第步電解熔融的氯化鎂，陰極產(chǎn)生鎂，陽(yáng)極生成氯氣，故c正確；d以上提取鎂的過(guò)程中涉及化合反應(yīng)為貝殼制成石灰乳利用的氧化鈣和水反應(yīng)生成氫氧化鈣、分解反應(yīng)為貝殼分解生成氧化鈣和水，氯化鎂電解生成氯氣和鎂；復(fù)分解反應(yīng)是氫氧化鈣和氯化鎂反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀，氫氧化鎂沉淀溶于