高中化學 2.2海水的綜合利用課件 新人教版選修2.ppt

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說說海水資源的廣闊性。 提示 海洋占地球表面積的71%，具有十分巨大的開發(fā)潛力。僅以海水資源為例，海水水資源的利用和海水化學資源的利用具有非常廣闊的前景。 說說海水資源的多樣性。 提示 海水中含有豐富的水資源。另外，海水中溶解和懸浮有大量的無機物和有機物、H、O、Cl、Na等11種元素超過總量的99%，微量元素計80多種。雖然海水中元素種類很多，總儲量很大，但富集程度卻很低。 海水淡化的主要方法：_______、_________、___________。,課題2 海水的綜合利用,1．,2．,3．,蒸餾法,電滲析法,離子交換法,1．了解海水曬鹽的原理與工藝。 2．掌握電解飽和食鹽水的反應，了解離子交換膜法制堿技 術的原理。 3．了解吹出法從海水中提取溴的原理和方法。 4．了解海水中提取鎂的原理和工藝流程。 5．了解硫化氫——水雙溫交換法從海水中提取重水的方法。,鹽的種類 海水含有多種鹽類，以_______最多，約占海水鹽類總量的_____，還含有_______ 、 _______等。 海水曬鹽的原理 海水制鹽以______________為主，主要原理是太陽照射后，水分蒸發(fā)，達到飽和濃度時，依次以固體形態(tài)析出。,1.,2．,氯化鈉,80%,氯化鎂,硫酸鈣,蒸發(fā)法(鹽田法),氯堿生產的核心技術——電解 氯堿工業(yè)就是以_____為原料制取______、___和___，再進一步生產一系列的化工產品。 (1)電解 使電流通過___________而在陰、陽兩極引起___________ ___________叫做電解。 (2)電解飽和食鹽水 電解飽和食鹽水時陽極反應為__________________，陰極反應為________________，電解飽和食鹽水的化學方程式 是_____________________________________。,1.,NaOH,Cl2,H2,電解質溶液,氧化還原反,反應的過程,2Cl－－2e－===Cl2↑,2H＋＋2e－===H2↑,食鹽,(1)氯堿工業(yè)完成電解反應的主體設備是_______。比較先進的電解制堿技術是_____________。 (2)離子交換膜電解槽是由多個單元槽___________組成的，每個單元槽主要由_____、 _____、 __________、 _________和_________等組成。,2．氯堿生產的基本裝置,電解槽,離子交換膜法,串聯或并聯,陽極,陰極,離子交換膜,電解槽框,導電銅棒,(1) _____：用氯氣置換____生成____。在pH為3.5的酸性條件下效果最好，在氯化之前要將海水 。 (2) _____：將氯化生成的Br2用空氣或水蒸氣吹出。 (3) _____：為了從空氣中回收Br2，還要使用還原劑。目前，比較多的是用_____作還原劑，使Br2轉化為_______，再用_____將其氧化得到Br2。Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。,吹出法,氯氣,空氣,水蒸氣,Br2,氯化,Br－,Br2,吹出,吸收,SO2,氫溴酸,氯氣,酸化,工業(yè)規(guī)模海水提鎂的一種方法是，將海水抽入_______(沉淀槽，如課本圖2－14所示)中，加入_______ (或用海洋中的牡蠣殼燒成石灰粉末)，使海水中的鎂轉變成_________ _____；加入____轉化成__________，_____、____，然后______________得到鎂和氯氣；氯氣可用來制鹽酸，再循環(huán)使用。 海水制鹽分離出食鹽后的_____中含有MgCl2，也可以從鹵水中提取鎂。,反應槽,石灰乳,Mg(OH)2,沉淀,MgCl2溶液,過濾,烘干,電解熔融MgCl2,鹵水,鹽酸,你了解海水中有哪些可以利用的資源嗎？ 提示 浩瀚的海洋是個巨大的資源寶庫，它不僅孕育著無數的生命，還蘊藏著豐饒的礦產；而海水本身含有大量的化學物質又是寶貴的化學資源。 海水資源包括：能量、生物、化學、礦物、及空間資源。利用潮汐能量發(fā)電，各種化學物質被綜合利用，海洋生物為人類提供食物和保健用品；海水還是人類未來重要的淡水來源、新的能源和人類的空間資源。 海水制鹽的方法主要有哪些？ 提示 鹽田法、電滲析法和冷凍法。其中鹽田法是歷史最悠久、最經濟有效的方法。,【慎思1】,【慎思2】,利用電解食鹽水的反應制NaOH，應采取哪些措施？為什么？ 提示 Cl2與NaOH溶液能發(fā)生反應生成NaClO： Cl2＋2NaOH===NaCl＋NaClO＋H2O 電解食鹽水制NaOH，應將幾種產物分開，否則會產生其他物質。 而且H2與Cl2混合可能會有爆炸的危險。,【慎思3】,氯堿工業(yè)產品只有NaOH、Cl2和H2的說法是否正確？ 提示 不正確；電解飽和食鹽水可得到NaOH、Cl2、H2三種產品，但氯堿工業(yè)產品是指在工業(yè)上應用電解飽和食鹽水的產物所制得的產品。如應用Cl2可制得產品聚氯乙烯、氯化橡膠、一氯甲烷、氯仿、氯苯等。 海水中的Br－的濃度太低，應如何處理？ 提示 一般不直接用海水提溴，而是用海水曬鹽后的母液提溴。,【慎思4】,【慎思5】,海水中Mg2＋的濃度很小，如何實現Mg2＋的富集和分離？ 提示 海水中Mg2＋的濃度很小，直接加沉淀劑不利于Mg2＋的沉淀，可以先把海水濃縮，再加入Ca(OH)2(石灰乳)使Mg2＋沉淀，然后過濾。,【慎思6】,1．電解食鹽水實驗裝置 飽和食鹽水,離子放電順序及電極反應式：陰極H＋優(yōu)先于Na＋放電，2H＋＋2e－===H2↑(還原反應)；陽極Cl－優(yōu)先于OH－放電，2Cl－－2e－===Cl2↑(氧化反應)。 實驗的解釋：加入酚酞試液陰極區(qū)域變紅的原因，由于H＋被消耗，使得該極區(qū)域OH－濃度增大(實際上是破壞了附近的水的電離平衡)，由于KW為定值c(H＋)因電極反應而降低，導致了c(OH－)增大而使酚酞試液變紅。濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍的原因，潮濕的氯氣可以置換出碘化鉀中的碘(反應為Cl2＋2KI===2KCl＋I2)從而使淀粉變藍。 電解食鹽水的總反應可表示為：,2．,3．,4．,下圖中能驗證氯化鈉溶液(含酚酞)電解產物的裝置是 ( )。,【例1】?,解析 在直流電源和電解池的閉合電路中，電子從電源負極流向電解池的陰極。電解飽和食鹽水，在陽極上生成Cl2，可用碘化鉀淀粉溶液作試劑檢驗Cl2；在陰極上生成H2，可用向下排空氣法收集，采用點燃的操作方法檢驗H2；在陰極區(qū)生成NaOH溶液，可用酚酞試液作試劑檢驗NaOH。 答案 D,用U形管、石墨電極、低碳鋼電極、鉛蓄電池和導線等組裝電解槽，電解飽和食鹽水(電解是成功的)。回答下列問題： (1)石墨電極上的氣態(tài)產物是____________，低碳鋼電極上的氣態(tài)產物是__________。 (2)NaOH生成于________(填“陽極區(qū)”或“陰極區(qū)”)。請對你的判斷作出簡要的解釋___________________________ _________________________________________________。 (3)如果將鉛蓄電池的正、負極對調后再連接，電解的化學方程式是_________________________________________。,【體驗1】?,解析 在電解池中，石墨是惰性電極，它用作電解池的陽極，接電源的正極，低碳鋼是活性電極，它用作電解池的陰極，接電源的負極。電解裝置如右圖所示。 飽和NaCl溶液中有Na＋和H＋兩種陽離子，H＋放電能力較強；有OH－和Cl－兩種陰離子，Cl－放電能力較強。電極反應式如下：,飽和食鹽水,石墨電極(陽極)：4Cl－－4e－===2Cl2↑ 低碳鋼電極(陰極)：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－或2H＋＋2e－===H2↑ 在電解的過程中，陰極區(qū)生成OH－，溶液里的Na＋受電場力的作用移向陰極區(qū)，在陰極區(qū)生成了NaOH。 將鉛蓄電池的正、負極對調后再連接，石墨電極(惰性電極)變成了陰極，低碳鋼電極(活性電極)變成了陽極，電極反應如下： 石墨電極(陰極)：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－ 低碳鋼電極(陽極)：2Fe－4e－===2Fe2＋ 電解總化學反應方程式：,答案 (1)Cl2(或氯氣) H2(或氫氣) (2)陰極區(qū) OH－在陰極區(qū)生成，溶液里的Na＋受電場力的作用移向陰極區(qū)，OH－與Na＋在陰極區(qū)組成了NaOH,1．食鹽水的精制,粗鹽(含泥沙、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SO42－等),加入NaOH，除去Mg2＋、Fe3＋ 加入BaCl2，除SO42－ 加入Na2CO3，除Ca2＋及過量的Ba2＋，過濾 加入鹽酸，除去過量的CO32－ 加熱消除CO2，調整pH,陽離子交換塔,精制鹽水,,2.主要生產過程 3.原理,離子交換膜法電解原理示意圖,陽極（用石墨）：2Cl－－2e－===Cl2↑ 陰極（用鐵）：2H＋＋2e－ === H2↑ 總反應式：2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑,陰極室,陽極室,,（1）離子交換膜電解槽主要由陽極（用金屬鈦網制成，涂有鈦、釕等氧化物涂層）、陰極（由碳鋼網制成，上面涂有鎳涂層）、離子交換膜、電解槽框和導電銅棒等組成，每臺電解槽由若干個單元槽串聯或并聯組成。 （2）離子交換膜的特性：只允許陽離子通過，而阻止陰離子和氣體通過。 （3）電解時精制的飽和食鹽水進入陽極室，把純水（加入一定量的NaOH溶液）加入陰極室。 （4）電解的結果：在陽極室中生成Cl2；在陰極室中生成H2和燒堿。,4. 離子交換膜法制燒堿,離子交換膜法制堿技術具有設備占地面積小、能連續(xù)生產、生產能力強、產品質量高、能適應電流波動、能耗低、污染小等優(yōu)點，是氯堿工業(yè)的發(fā)展方向。,5. 優(yōu)點,下列關于離子膜電解槽電解飽和食鹽水的敘述不正確的是 （ ）。 A.精制飽和食鹽水注入陽極室 B.Cl－和OH－透過陽離子膜進入陽極室 C.陰極區(qū)溶液使酚酞試液顯紅色 D.陽極產生使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{的氣體 解析 明確離子交換膜的功能是只允許陽離子和水分子通過而不允許陰離子通過，因此Cl－和OH－不能透過離子交換膜。A正確，B不正確。 答案 B,【例2】?,下列說法不正確的是 （ ）。 A.電解飽和食鹽水的工廠可以生產鹽酸 B.電解飽和食鹽水在陰極區(qū)有NaOH生成 C.用離子交換膜法制燒堿不會對環(huán)境造成污染 D.氯堿工業(yè)產品可用于造紙、金屬冶煉等行業(yè) 解析 電解飽和食鹽水可得到NaOH、H2、Cl2，H2＋Cl2 2HCl，HCl溶于水可得鹽酸，NaOH可用于造紙，H2還可以用于冶煉金屬，離子交換膜法制燒堿在陰極區(qū)可得到30%的NaOH溶液。 答案 C,【體驗2】?,1.工藝流程 2．主要反應原理：Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－,(1)純堿吸收法：海水中的溴離子被氧化為溴單質后，用熱空氣或水蒸氣吹出，通過Na2CO3溶液使溴富集后，再將得到的溶液用稀硫酸酸化，用有機溶劑萃取溴單質。發(fā)生反應： 3Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑ 5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O (2)SO2吸收法：用空氣吹出的溴和大量的空氣混合在一起，不易分離，用還原劑SO2吸收后，再用氯氣氧化HBr即得到溴單質。,3．溴的吸收富集,福建有廣闊的海岸線，建設海峽西岸經濟區(qū)，海水的綜合利用大有可為。海水中溴含量約為65 mg·L－1，從海水中提取溴的工業(yè)流程如下： (1)以上步驟Ⅰ中已獲得游離態(tài)的溴，步驟Ⅱ又將之轉變成化合態(tài)的溴，其目的是___________________________ _____________________________________________。,【例3】?,(2)步驟Ⅱ通入熱空氣或水蒸氣吹出Br2，利用了溴的________。 A．氧化性 B．還原性 C．揮發(fā)性 D．腐蝕性 (3)以上流程Ⅱ中涉及的離子反應如下，請在下面短線上填入適當的化學計量數： __________Br2＋__________CO32－===__________BrO3－＋__________Br－＋__________CO2↑ (4)上述流程中吹出的溴蒸氣，也可先用二氧化硫水溶液吸收，再用氯氣氧化后蒸餾。寫出溴與二氧化硫水溶液反應的化學方程式：________________________________。,(5)實驗室分離溴還可以用溶劑萃取法，下列可以用作溴的萃取劑的是__________。 A．乙醇 B．四氯化碳 C．燒堿溶液 D．苯 解析 (1)由于海水中Br－的含量低，步驟Ⅰ中獲得游離態(tài)的溴后，步驟Ⅱ中又將其轉化為化合態(tài)的溴，其目的是富集溴。(2)步驟Ⅱ中用熱空氣或水蒸氣吹出Br2，主要是利用了溴的揮發(fā)性。(3)利用得失電子守恒、電荷守恒和質量守恒配平該離子方程式。(4)溴與二氧化硫水溶液反應的化學方程式為：SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr。(5)乙醇能與水互溶，不能用作萃取劑。,答案 (1)富集(或濃縮)溴 (2)C (3)3 3 1 5 3 (4)SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4 (5)BD,用空氣或H2O(g)將溴吹出，而不用CCl4萃取，因后者工藝復雜，設備投資大，經濟效益低且對環(huán)境污染嚴重。,(1)向溴化鈉溶液中通入適量氯氣，產生的現象是____________，反應的化學方程式是________________； 向碘化鉀溶液中加入適量溴水，產生的現象是__________ ________________________________________________， 反應的化學方程式是______________________________。 (2)由上述兩個化學反應可知，氯氣、溴、碘三種單質的氧化性強弱關系是________________________________； 該化學反應原理，在海水的綜合利用中的應用是________ ________________________________________________。 (3)下列海產品中可以考慮用于工業(yè)上大量提取碘的是__________。 ①貝殼 ②紫菜 ③魚 ④海帶,【體驗3】?,解析 Cl2與NaBr、Br2與KI反應的化學方程式是①Cl2＋2NaBr===Br2＋2NaCl，②Br2＋2KI===2KBr＋I2，Br2、I2的水溶液分別呈橙色、深黃色。在反應①中Cl2是氧化劑，Br2是氧化產物，故氧化性Cl2Br2；在反應②中Br2是氧化劑，I2是氧化產物，故氧化性Br2I2。以適當的氧化劑將Br－、I－氧化的化學反應原理可以應用于從海水中提取溴和碘。在①貝殼、②紫菜、③魚、④海帶中，紫菜和海帶中碘元素的含量較多。 答案 (1)溶液由無色變?yōu)槌壬?Cl2＋2NaBr===Br2＋2NaCl 溶液由無色變?yōu)樯铧S色 Br2＋2KI===2KBr＋I2 (2)Cl2Br2I2 從海水中提取溴和碘 (3)②④,1．生產步驟 (1)加熟石灰 (2)過濾 (3)加鹽酸 (4)濃縮、結晶、脫 水、干燥 (5)熔融電解 2．工藝流程,(1)制備石灰乳 CaO＋H2O===Ca(OH)2 (2)沉淀Mg2＋ Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋Ca2＋ (3)制備MgCl2 Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O (4)電解MgCl2,3．主要化學反應,從海水中提純粗鹽后的母液中含有K＋、Na＋、Mg2＋等陽離子，對母液進行一系列的加工可制得金屬鎂。 (1)從離子反應的角度思考，在母液中加入石灰乳所起的作用是______________________________________________。 (2)石灰乳是生石灰與水作用形成的化合物，從充分利用當地海洋化學資源，提高生產與經濟效益的角度考慮，生產生石灰的主要原料是________________________________。 (3)電解熔融的無水氯化鎂所得的鎂蒸氣在特定的環(huán)境里冷卻后即為固體鎂，下列物質中可以用作鎂蒸氣的冷卻劑的是(填寫代號)________。 A．H2 B．CO2 C．空氣 D．O2 E．水蒸氣,【例4】?,解析 (1)Mg(OH)2難溶于水，Ca(OH)2微溶于水。在K＋、Na＋、Mg2＋等陽離子中，Mg2＋與石灰乳提供的OH－反應生成Mg(OH)2沉淀。 (2)“充分利用當地海洋化學資源”，它暗示的是利用貝殼中的CaCO3生產生石灰。 (3)鎂單質易被氧化，因此冷卻鎂蒸汽應在還原性的氛圍中冷卻，題給物質中只有H2不和Mg反應。 答案 (1)沉淀Mg2＋[或制取Mg(OH)2] (2)貝殼 (3)A,從海水中提取鎂，正確的方法是 ( )。,【體驗4】?,解析 本題要求我們既要知道鎂是由電解熔融的氯化鎂得到的，還要知道生產中從海水中提取氯化鎂的途徑及原料的合理使用，即利用海邊富有的貝殼資源生產氫氧化鈣以變廢為寶。 答案 D,海帶中含有豐富的碘元素，其主要的存在形式為化合態(tài)(有機碘化物)。經灼燒后，灰燼中的碘可轉化為能溶于水的無機碘化物。碘離子具有較強的還原性，可被一些氧化劑氧化生成碘單質。例如，H2O2＋2H＋＋2I－===I2＋2H2O，生成的碘單質在四氯化碳中的溶解度大，因此可用四氯化碳把生成的碘單質從水溶液中萃取出來。,【探究分析】,實驗探究五 海水中提取碘,海洋植物如海帶、海藻中含有大量的碘元素，碘元素以碘離子的形式存在。實驗室里從海藻中提取碘的流程如下圖所示。,【案例】?,(1)指出提取碘的過程中有關的實驗操作名稱： ①____________________；③____________________； 過程②中有關反應的離子方程式為____________________ ________________________________________________。 (2)提取碘的過程中，可供選擇的有機試劑是________。 A．甲苯、酒精 B．四氯化碳、苯 C．汽油、乙酸 D．汽油、甘油 (3)為使海藻灰中碘離子轉化為碘的有機溶液，實驗室現有燒杯、玻璃棒、集氣瓶、酒精燈、導管、圓底燒瓶、石棉網以及必要的夾持儀器、物品，尚缺少的玻璃儀器有________、________。,(4)從含碘的有機溶液中提取碘和回收有機溶劑，還需經過蒸餾，指出下圖所示實驗裝置中的錯誤之處： ①______________________________________________； ②______________________________________________； ③______________________________________________。,(5)進行上述蒸餾操作時，使用水浴加熱的原因是________ ________________________________________________， 最后晶態(tài)碘在__________里聚集。 (2)在這四組溶劑中，既易溶解碘單質又不溶于水的是B組中的四氯化碳和苯。 (5)水浴加熱有兩大優(yōu)點：一是受熱體受熱均勻；二是溫度變 化均勻、平緩。如果受熱不均勻，碘的有機溶液會因局部過熱而暴沸；如果溫度升高控制得不好，有機溶劑被蒸干之后，單質碘就會升華。,答案 (1)過濾 萃取分液 2I－＋Cl2===I2＋2Cl－ (2)B (3)普通漏斗 分液漏斗 (4)冷凝管內冷卻水的流向顛倒了 溫度計的感溫泡未在蒸餾燒瓶的支管口處 燒杯下未墊石棉網 (5)使蒸餾燒瓶內的物質均勻受熱；能控制碘的有機溶液均勻、平緩地升溫，不至于溫度過高 蒸餾燒瓶,