海水中的化學(xué)元素

1、海水中蘊(yùn)含著豐富的元素，元素周期表中列出的110多種元素，有80多種在海水中能找到。這些元素大部分以鹽的形式存在，其中NaCl的含量較高，食鹽主要是用海水曬鹽的方法獲得，氯堿工業(yè)就是以食鹽為原料進(jìn)行生產(chǎn)的。從海水中還可以提取出MgCl2，然后電解MgCl2得到金屬鎂，還能提煉出溴、碘等，可以說，海水是一個(gè)巨大的化學(xué)資源寶庫(kù)。 【重點(diǎn)難點(diǎn)】重點(diǎn)：從海水中獲取NaCl、Mg、Br2。難點(diǎn)：氯堿工業(yè)，提取鎂、溴的化學(xué)原理。 【知識(shí)講解】地殼中含有豐富的元素，而海水占地球表面的70以上，其中蘊(yùn)含的元素更豐富，研究海水中的化學(xué)資源，就能從海水中得到很多有用的物質(zhì)。一、海水化學(xué)元素寶庫(kù) 1、海水中含豐富的

2、元素 元素周期表中的110多種元素，海水中含有80多種，而且海水的量又比較多，故有些元素的含量極其豐富，有很大的開采、使用價(jià)值。2、海水中各種元素的來源 海水中的這些元素，是通過河流、大氣及海底火山活動(dòng)等途徑，從地球的其他圈層進(jìn)入海洋的。由陸地河流和大氣進(jìn)入海洋的物質(zhì)，90是由江河輸入海洋的，10由冰和大氣塵埃輸入。雖然來源不同，輸入海洋的物質(zhì)的數(shù)量隨地理位置和時(shí)間的不同而有所變化，但海水的浩大，還能使某一海區(qū)海水的性質(zhì)趨于一致。3、海水中的常量元素和微量元素 (1)常量元素：每升海水中含量大于 1mg 的元素為常量元素。 常見的常量元素有Cl、Na、Mg、S、Ca、K、C、Sr、Br、B、F

3、這11種元素，它們的總量占海水所溶解物質(zhì)總量的99.9。Cl、Na兩種元素的含量最高，海水中 NaCl 的含量特別豐富。(2)微量元素：每升海水中含量低于1mg的元素稱為微量元素。 雖然微量元素的含量較低，但由于海水的質(zhì)量很大，故含的這些元素的質(zhì)量也很可觀，還是有很大的開采價(jià)值，如：海水中鋰元素的含量達(dá)到2.5×1011噸，而鋰可用于制造心臟起博器中的鋰電池，是熱核反應(yīng)的重要材料之一。鈾元素(235U)用做制原子彈和核反應(yīng)堆的燃料，1kg235U全部裂變釋放的能量相當(dāng)于2500噸優(yōu)質(zhì)煤燃燒釋放出的能量，故鈾的使用價(jià)值相當(dāng)大?？芍?，用海水為原料提取一些重要的物質(zhì)，是工業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)方向，

4、現(xiàn)在應(yīng)用較廣的為海水提取鹽、提取Mg和溴。二、海水曬鹽 1、海水中鹽的含量 海水中所含的元素大部分以鹽的形式存在，整個(gè)海洋中溶解鹽類物質(zhì)高達(dá)5×1017噸之多，其中NaCl的含量80以上，我們的生活用鹽、工業(yè)用鹽都是從海水中提取出來的。2、海水曬鹽的原理 由于NaCl的溶解度隨溫度的升高而變化不大，故實(shí)驗(yàn)室從飽和食鹽水中獲得NaCl一般不采用冷卻熱飽和溶液法，而是采用蒸發(fā)溶劑法，同樣，工業(yè)生產(chǎn)食鹽也是利用該原理，海水曬鹽就是把水分揮發(fā)掉而析出NaCl晶體。3、食鹽對(duì)人體的作用 食鹽常用于生活中的調(diào)味品，是因?yàn)樗侨梭w所必需的物質(zhì)，對(duì)人體的血液循環(huán)和新陳代謝有重要作用。 若人體缺鹽就會(huì)

5、使人頭暈、無力，長(zhǎng)期缺鹽會(huì)導(dǎo)致心臟病，但過多地?cái)z入食鹽又可能引發(fā)腎臟疾病和高血壓病等。可見，NaCl是人體不可缺少的物質(zhì)，NaCl不僅對(duì)人體有用，在工業(yè)生產(chǎn)中，它也是一種很重要的工業(yè)原料。4、氯化鈉在工業(yè)上的應(yīng)用 實(shí)驗(yàn) 如圖，U形管中注入飽和食鹽水，并滴入幾滴酚酞試液，然后插入電極，接通電源。 現(xiàn)象：a、b兩極都有氣泡產(chǎn)生，a極產(chǎn)生的氣體為無色氣體，收集后在酒精燈火焰上點(diǎn)燃，有尖銳的爆鳴聲，b 極產(chǎn)生的氣體為黃綠色氣體，能使?jié)駶?rùn)的淀粉KI試紙變藍(lán)。同時(shí)a極區(qū)溶液變紅。 分析：a極產(chǎn)生了可燃性氣體，為H2，同時(shí)，溶液變紅，說明有OH-生成，b極產(chǎn)生的為黃綠色的Cl2，這就是電解食鹽水的反應(yīng)，該反

6、應(yīng)是氯堿工業(yè)的生產(chǎn)原理。 (1)氯堿工業(yè)的原理： a極(陰極)：2H+2e-H2，H+被消耗，H2O電離的OH-增多，溶液呈堿性，使酚酞呈紅色。 b極(陽(yáng)極)：2Cl-2e- Cl2 總反應(yīng)：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2 (2)氯堿工業(yè)的應(yīng)用 通過氯堿工業(yè)，可制得H2、Cl2、NaOH，Cl2、NaOH可作為重要的工業(yè)原料合成其它物質(zhì)。 (3)NaCl制取金屬鈉 2NaCl(熔融)2NaCl2工業(yè)上利用該反應(yīng)制取金屬鈉和Cl2，電極反應(yīng)為陽(yáng)極：2Cl-2e-Cl2，陰極：2Na+2e-2Na。 三、鎂和海水提取鎂 海水中鎂元素的總儲(chǔ)量約為2×1015噸，故鎂主要從海水中提取

7、。 1、海水提取鎂的原理 (1)海水加堿 (Ca(OH)2)：Mg2+2OH-Mg(OH)2 (2)沉淀過濾，加入鹽酸：Mg(OH)22HClMgCl22H2O (3)蒸發(fā)結(jié)晶得MgCl2·6H2O晶體，然后電解熔融的MgCl2：MgCl2(熔融)MgCl2 另一種方法為：以光鹵石(KCl·MgCl2·6H2O)為原料，用結(jié)晶法從光鹵石溶液中提出KCl，剩下的溶液濃縮成MgCl2·6H2O，同樣用電解MgCl2(熔融)的方法制金屬M(fèi)g。 2、鎂的重要性及用途 (1)鎂的物理性質(zhì)： 鎂為銀白色金屬，密度較小，鎂鋁合金機(jī)械性能好，強(qiáng)度高，故該合金常用于制飛機(jī)

8、、火箭的重要原料，故Mg又稱為“國(guó)防金屬”。 (2)鎂的化學(xué)性質(zhì)：?jiǎn)钨|(zhì)鎂為活潑金屬，能做還原劑 實(shí)驗(yàn)：把兩根鎂條，用砂紙擦去表面的氧化物，然后用坩堝鉗夾住，在酒精燈上點(diǎn)燃，觀察現(xiàn)象，然后分別伸進(jìn)盛有CO2、N2的集氣瓶中，觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象：鎂條在空氣中燃燒，發(fā)出耀眼的強(qiáng)光，生成白色粉末，伸進(jìn)盛有CO2、N2的鎂條也都繼續(xù)燃燒。分析：Mg與O2、CO2、N2在點(diǎn)燃的條件下都發(fā)生反應(yīng)，方程式分別為 2MgO22MgO 2MgCO22MgOC 3MgN2Mg3N2Mg常溫下在空氣中，其表面會(huì)被空氣中的氧氣氧化生成致密的氧化膜(MgO)，對(duì)Mg起到保護(hù)作用，Mg與N2生成的Mg3N2可以水解生成Mg(O

9、H)2、NH3，這些反應(yīng)在物質(zhì)轉(zhuǎn)化方面起到很重要的作用。Mg與酸反應(yīng)能放出H2，有時(shí)Mg也能與一些鹽溶液反應(yīng)：Mg粉撒入NH4Cl溶液中能放出氣體，反應(yīng)為：Mg2NH4Cl2NH3 MgCl2H2 Mg的單質(zhì)及常見化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下圖所示 四、溴和海水提溴 地球上99的溴元素以Br-形式存在于海水中，故人們把溴稱為“海洋元素”，同時(shí)海水中也含一定量的碘元素，從海水中提取Br2、I2是生產(chǎn)Br2、I2的重要方法。1、海水提溴： (1)濃縮：海水中Br-的濃度較低，需蒸發(fā)水分進(jìn)行濃縮，或者利用海水曬鹽后剩余的部分(又稱苦鹵)做制取Br2 的原料。 (2)氧化：苦鹵中通Cl2，把Br-氧化，反應(yīng)為

10、：Cl22Br-2Cl-Br2(3)提?。築r2仍溶解在溶液中，先用熱空氣把Br2吹出(因?yàn)锽r2易揮發(fā))，用Na2CO3溶液吸收吹出的Br2： 3Br23CO32-5Br-BrO3-3CO2然后在上述溶液中再加H2SO4酸化，重新生成Br2。5Br-BrO3-6H3Br23H2O 海水中碘元素的含量約有9.3×103噸，其中海藻灰中(NaI)含量較高，可用濃H2SO4把NaI中I氧化為I2。 2NaI2H2SO4(濃)Na2SO4I2SO22H2O2、Br2、I2單質(zhì)的性質(zhì)： (1)Br2、I2的物理性質(zhì) 實(shí)驗(yàn)：觀察Br2、I2單質(zhì)的顏色、狀態(tài)、聞氣味。取少量Br2、I2單質(zhì)，分別

11、加入H2O、酒精、CCl4、汽油中，觀察溶解情況，加熱溴、碘單質(zhì)。實(shí)驗(yàn)記錄 總結(jié)：Br2、I2的物理性質(zhì)： Br2為深紅棕色的液體，碘為紫黑色晶體，都不易溶于水，易溶于酒精、CCl4、汽油、苯等有機(jī)溶劑。溴易揮發(fā)，碘易升華。 (2)萃?。築r2、I2在有機(jī)溶劑中溶解程度遠(yuǎn)大于在水中的溶解，故有機(jī)溶劑能從溴水、碘水中把Br2、I2奪取過去，這種現(xiàn)象為萃取。 實(shí)驗(yàn)：向盛有溴水、碘水的兩支試管中，分別加入CCl4、振蕩，靜止后觀察現(xiàn)象。 現(xiàn)象：兩支試管中都出現(xiàn)分層現(xiàn)象，上層為無色的水層，下層為有機(jī)層(CCl4的密度大于水)且溴在CCl4中為橙紅色，I2在CCl4為紫紅色。 結(jié)論：不溶于水的有機(jī)溶劑(

12、苯、CCl4、汽油)能從溴水、碘水中萃取Br2、I2，利用此方法可以從水溶液中分離出 Br2、I2。 (3)Br2、I2的化學(xué)性質(zhì) Br2、I2的化學(xué)性質(zhì)與Cl2很相似，能與金屬單質(zhì)(Na、Mg、Fe等)、非金屬單質(zhì)(H2)、H2O、堿溶液反應(yīng)，體現(xiàn)出同族元素性質(zhì)的相似性，Cl2、Br2、I2差異性是什么呢？主要體現(xiàn)在三者氧化性的不同，Cl2、Br2、I2的氧化性存什么樣的關(guān)系呢？ 活動(dòng)·探究Cl2、Br2、I2氧化性的比較。實(shí)驗(yàn)：把氯水分別滴入NaBr溶液、NaI溶液中，滴入CCl4溶液，把溴水滴入NaI溶液中，滴入CCl4溶液，觀察現(xiàn)象可知，Cl2、Br2、I2的氧化性強(qiáng)弱為Cl

13、2Br2I2海水是一個(gè)巨大的化學(xué)資源寶庫(kù)，但有些元素從海水中提取還較為困難，需要科學(xué)家們繼續(xù)探索。 【本節(jié)小結(jié)】： 海水的綜合利用可用下圖體現(xiàn)出來： 【例題分析】例1、從海水中獲得Br2的過程是把Cl2通入加熱到90，pH3.5的鹵水中，將Br-氧化為Br2，用空氣吹出生成的Br2，被Na2CO3溶液吸收得到NaBr、NaBrO3混合溶液，再用硫酸酸化混合液，即可得到Br2。寫出有關(guān)的離子方程式。 (1)Na2CO3溶液吸收Br2_。(2)用硫酸酸化混合液制取Br2_。解析：海水中的溴元素含量很高，主要以Br-的形式的存在，但濃度太小，苦鹵中Br-含量較高，故先用氧化劑(Cl2)把Br-氧化為

14、Br2。題中介紹了Br2從溶液中脫離出來的方法，然后再重新生成Br2，題目涉及了Br2反應(yīng)的歧化反應(yīng)和生成Br2的歸中反應(yīng)，考查的較為靈活。 答案：(1)3Br23CO32-5Br-BrO3-3CO2 (2)5Br-BrO3-6H3Br23H2O 例2、閱讀下面一段化學(xué)史短文后，回答有關(guān)問題： 庫(kù)式圖是法國(guó)的一位化學(xué)家。1811年的某一天，他偶然發(fā)現(xiàn)海藻灰與濃硫酸作用后，放出一股美麗的紫色氣體，這種氣體冷凝后不形成氣體，而變成暗黑色的帶有金屬光澤的晶體，他發(fā)現(xiàn)這種物質(zhì)與氧、碳都不易反應(yīng)。但卻能和氫、磷等非金屬、鈉、鎂等金屬反應(yīng)。回答 (1)寫出這種新元素的名稱_。(2)寫出海藻灰與濃硫酸作用得

15、到該元素的單質(zhì)的化學(xué)方程式_。 解析：海藻灰中含有碘化物，如KI、NaI等。跟濃硫酸反應(yīng)能生成HI，HI進(jìn)而被濃硫酸氧化為I2。答案：(1) 碘。 (2)H2SO4(濃)KIKHSO4HI H2SO4(濃)NaINaHSO4HI 8HIH2SO44I2H2S4H2O例3、從海水中可提取多種化工原料，下面是工業(yè)上對(duì)海水的幾項(xiàng)綜合利用的示意圖： 請(qǐng)回答一下問題：(1)粗鹽中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等雜質(zhì)離子，精制時(shí)所用試劑為：鹽酸、BaCl2溶液、NaOH溶液、Na2CO3溶液，加入試劑的順序是_。(2)寫出電解飽和食鹽水的總反應(yīng)式：_。 (3)用海灘上的貝殼制 Ca(OH)2的有關(guān)反應(yīng)

16、式是_。 (4)寫出制取Mg(OH)2的化學(xué)方程式_。(5)工業(yè)上冶煉鎂時(shí)采用電解MgCl2而不采用電解MgO，其原因是_。(6)電解無水MgCl2可制得金屬鎂和氯氣，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_。 解析：(1)加入試劑的順序是：BaCl2溶液、NaOH溶液、Na2CO3溶液、鹽酸。(2)2NaCl2H2O2NaOHCl2H2 (3)CaCO3CaOCO2，CaOH2OCa(OH)2(4)Ca(OH)2MgCl2CaCl2Mg(OH)2 (5)原因?yàn)椋篗gCl2熔點(diǎn)低于MgO，因此用電解熔融MgCl2的方法制取金屬鎂比較節(jié)省能源。 (6)2Cl22Ca(O

17、H)2CaCl2Ca(ClO)22H2O 【達(dá)標(biāo)練習(xí)】 1、0.1mol鎂粉分別在足量的O2、CO2、N2中燃燒，生成固體的質(zhì)量依次為W1、W2、W3。下列關(guān)系式中正確的是()A、W2W1W3 B、W1W2W3 C、W1W2W3 D、W3W2W12、鎂條在下列氣體中不能燃燒的是（） A、N2 B、O2 C、CO2 D、H23、下列溶劑能溶解Br2、I2，但不能把I2和Br2從碘水或溴水中萃取出來的是（）A、汽油 B、苯 C、四氯化碳 D、酒精 4、下列海水中的元素屬于微量元素的是（） A、氟 B、氯C、溴 D、碘 5、下列不屬于氯堿工業(yè)產(chǎn)品的是（） A、H2B、Na2CO3 C、NaOH D、

18、Cl26、為實(shí)現(xiàn)中國(guó)2000年消除碘缺乏病的目標(biāo)，衛(wèi)生部規(guī)定食鹽必須加碘，其中碘以碘酸鉀(KIO3)形式存在，已知酸性溶液中IO3-可與I-發(fā)生：IO3-5I-6H+3I23H2O反應(yīng)，據(jù)此反應(yīng)，可用試紙和一些生活中常見的物質(zhì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，證明在食鹽中存在IO3-?？晒┻x用的物質(zhì)有：自來水；藍(lán)色石蕊試紙；碘化鉀粉試紙；淀粉；食糖；食醋；白酒。進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)時(shí)必須使用的物質(zhì)是（）A、 B、 C、 D、7、甲、乙、丙三種溶液各含有一種X-(X-為Cl-、Br-、I-) 離子，向甲中加淀粉溶液和氯水，則溶液變?yōu)槌壬偌颖芤海伾珶o明顯變化，則甲、乙、丙依次含有（） A、Br-、Cl-、I- B、Br-、I-、Cl-C、I-、Br-、Cl- D、Cl-、I-、Br-8、點(diǎn)燃的鎂條可以像在CO2中那樣在SO2中繼續(xù)燃燒，但反應(yīng)比鎂和CO2反應(yīng)更加劇烈。反應(yīng)結(jié)束后，在盛SO2的的廣品瓶中可能存在的生成物是(寫化學(xué)式)_，反應(yīng)化學(xué)方程是_。9、在已知提取氯化鈉、溴、鎂等化學(xué)物質(zhì)的富碘鹵水