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9 / 9第10课时 海水提镁从海水中提取重水学案【学习目标】1 .掌握海水提镁的原理与工艺流程。2 . 了解从海水中提取重水的工艺流程。【重点难点】1 .海水提镁的原理与工艺流程2 .海水中提取重水的工艺流程课前预习【情景材料】我国的镁矿储量世界第一，是世界上最大的镁生产和出口国，2003年，原镁产量占全球的63%目前主要是通过煨烧陆地天然菱镁矿来制取镁，用这种方法制得的氧化镁， 纯度不高，还要消耗大量的能源，并且对环境污染很大。海水提镁自本世纪 40年代开创以来，发展极快，目前世界上生产的镁已有60%取自海水中，英国、美国、日本在这方面走在前列。因为这种方法不仅可以得到高纯度的镁，而且能耗 低、没有污染。我国近几年也开始了研究工作，相信在不久的将来即可实现海水提镁的工业化 生产。海水中的镁主要是氯化镁，浓度很小，那么人们如何利用自然资源从海水中把氯化镁提 取出来，又怎样将氯化镁中的镁还原出来呢？【预习内容】 根据教材有关内容填写下列空白: 一、海水提镁1 .原理电解熔融的MgC2就可以得到金属镁和氯气。2 .提取过程, 通电而立槽7 过滤、烘干、熔血3 .主要化学反应或离子反应制备石灰乳： 、。沉淀mc2+：制备MgCl2：电解MgCb:二、从海水中提取重水提取重水的方法有 法、法、法和 法，其中常用的一种是 ,交换按下列反应进 行：,重水D2O可作原 子反应堆的中子减速剂和传热介质（重水堆）。预习内容答案一、石灰乳Mg（OH 盐酸 MgCl 2 Mg + Cl 22+2+-2CaCOCaB CO T CaO+ H2O=Ca(OH) Mg + Ca(OH)2=Mg(OH) J + CaMg(OH+ 2HCl=MgCb+ 2Ho MgCl 2(熔融)通电Mg+ Cl 2 T硫化氢一水双温交换法二、蒸储 电解化学交换吸附H2O(l) + HDS(g)=HDO(l) + HS(g)堂中互动【问题探究1】海水提镁的工艺流程和有关反应原理怎样？【教师点拨】海水资源提取金属镁的生产步骤：加熟石灰一过滤一加盐酸一浓缩、结晶、脱水、干燥一熔融电解。分析解答：贝壳建缘CaO 上右灰乳沉淀、海水Mg(OII)2 过滤MgCh-6H.0u：tn raM 电解 ri HCI气体【即学即练1】海水中镁的总储量约为2.1 X1015t,目前世界上 60%勺镁来自海水。工业规模海水提镁的流程如下图所示:贝壳烧成石灰翅气化镁沏码槽 _海水(主要含NaI加人盐酸MgSO4 )氯化镂过滤器合成捻酸 h =三三熔融煎化镁试回答下列问题:(1)海水提镁的过程中、反应的化学方程式：(2)由氯化镁溶液制取无水氯化镁固体，其操作过程是为了使MgSO完全车专化为 Mg(OH),则加入的生石灰须过量，然后分离得Mg(OH)沉淀,考虑Ca(OH)2溶解度，应该用 法分离。(4)金属镁、铝的工业冶炼方法既有相似之处，又有不同之别，下表是氧化镁和氯化镁的熔沸点数据：物质氧化镁氯化镁熔点()2852714沸点()36001412工业上炼镁采用电解熔融氯化镁，而冶炼铝则用电解熔融的A12Q,其原因是 声温1. (1) CacOCaa CO f 一 诵由MgCH 熔融)=Mg+ Cl 2 T(2)先加热蒸发、冷却结晶得到MgCb 6H2O,然后在HCl气氛中加热得到无水 MgCb(3)低温过滤(4)MgCl2的熔点较MgO勺熔点低，熔融 MgCl2消耗较少的能量，节约能源，降低成本；AlCl 3是共价化合物，熔融不导电，只能电解熔融(熔于冰晶石中)Al 2Q生产铝。【解析】(1)贝壳的主要成分是 CaCQ高温CaCO解生成CaO和CO, CaO H2O生成的 Ca(OH)2又与Mg生成Mg(OH, Mg(OH加HCl在一定条件下生成无水 MgCb,电解MgC2 (熔 融)在阴、阳极上分别得 Mg和C12。(2)对MgCb溶液加热蒸发得到 MgCb- 6H2O,由于MgCl2 - 6H2。在受热条件下易水解，为防止水 解应在HCl气氛中加热脱水转化为无水 MgCl2O因为Ca(OH)2的溶解度是随温度升高而降低，为了减少Ca(OH)2与Mg(OH)共沉，所以在低温下过滤，所得 Mg(OH1纯度较高。(4)AlCl 3是共价化合物，熔化后不导电，故可电解熔化的Al 2Q得铝单质；而从表可看出MgO的熔点较MgCb高，虽然电解两种物质均可得到单质镁，但熔化MgO比MgC2消耗更多的能量，从经济角度考虑，一般多用电解熔融MgCb法制Mg【问题探究2】海水提镁整个生产过程中涉及到平衡理论的应用问题，请你指出并加以阐述。【教师点拨】从沉淀溶解平衡原理的应用和水解平衡原理的应用角度分析。分析解答：工业生产中平衡原理的应用(1)沉淀溶解平衡原理的应用向海水中加入沉淀剂Ca(OH)2,由于c(OH )增大，Mg(OH的溶解度小于 Ca(OH,则最大程度地将MJ+转化为Mg(OH沉淀。向Mg(OH沉淀中加入盐酸，使沉淀溶解平衡右移，Mg(OH溶解。(2)水解平衡原理的应用在MgCb 6HO脱水变为 MgCb时，由于 MgCb+2HO- Mg(OH)+2HCI水解平衡的存在，提供HCl气体环境，增大 c(HCl),抑制了 MgC2的水解，避免了 Mg(OH的生成。【即学即练2】世界上60%勺镁是从海水中提取的，其主要步骤如下：把贝壳制成石灰乳在海水中加入石灰乳，过滤，洗涤沉淀物将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤在氯化氢热气流中干燥晶体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3周期，HA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抑制MgCl2水解D. 步骤也可以采用电解该晶体水溶液的方法电解2.D【解析】D项中操作的反应方程式是MgC2+2HO=Mg（OH）4 + H4 + CI2T ,即电解MgCl2溶液得不到镁。练案A 组（课堂反馈满分 50 分）一、选择题（每小题 5 分，共 35 分）1 .D2O可做原子能反应堆的（）A. 中子减速剂B. 中子加速剂 C. 传热介质D. 全是1 .AC【解析】DO可作原子能反应堆的中子减速剂和传热介质（这种反应堆称勾重水堆）。2 . 为了探索月球上是否有生命存在的痕迹，需要分析月球岩石中是否包藏有碳氢化合物。 （ 当然这仅仅是探索的第一步）。科学家用笊盐酸（即DCl）和重水（D2O）溶液处理月球的岩石样品，对收集的气体加以分析。结果只发现有一些气体状态的碳氘化合物。这个实验不能用普通盐酸的理由是 （）A. 普通盐酸的酸性太强B. 普通盐酸具有挥发性C. 普通盐酸无法和岩石中的碳化物反应D. 无法区别岩石中含有的是碳化物还是碳氢化合物2. D【解析】此处用 DCl和D2O的目的，是利用 D区别于H,便于区别月球岩石中含有碳化物还 是碳氢化合物。故选D。3. 从海水中提取下列物质，可以不涉及化学变化的是（ ）A. Mg B. NaCl C.Br2 D.K3.B【解析】海水中不存在单质镁，故生成金属镁必然发生了化学变化，同理C、D也是如此，海水中存在NaCl,可直接蒸发海水得到NaCl,是物理变化过程，不涉及化学变化。4. 从海水中提取镁，正确的方法是（）NaOH 电解A.海水 Mg（OH MgHCl 电解B.海水 MgCl2溶液一-MgCl2 晶体 MgC.海水吃lLMg （OH）2上 Mga石灰乳盐酸 电解D.海水 Mg（OH MgCl2溶液fMgCl2（熔融） Mg4 .D 【解析】本题要求我们既要知道镁是由电解熔融的氯化镁得到的，还要知道生产中从海水中提取氯化镁的途径及原料的合理使用，即利用海边富有的贝壳资源生产氢氧化钙以变废为宝。5 .从海水中提取金属镁的生产步骤有：浓缩结晶加熟石灰加盐酸过滤熔融电解，正确的生产顺序是（）A. B. C. D.5 .C【解析】海水中含有 Mg+,加入Ca(OH)2可生成 Mg(OH1沉淀：MgT+20H =Mg(OH)J , 过滤可得到 Mg(OH)固体。根据金属的冶炼方法知应电解含M才的熔融化合物。若直接加热Mg(OH,则Mg(OH发生分解生成 MgO Mg(OH)u_MgOF H2O, MgO熔点高，很难熔融；工业上 不采用电解熔融 MgO的方法，而是将 Mg(OH)转化为MgCb, MgCl2熔点低，电解熔融 MgC2可 得金属镁：MgC2(熔融)学Mg+ CI2 T。6 .从海水中提取镁，可按如下步骤进行：把贝壳制成石灰乳；在引入的海水中加入石灰乳，沉降、过滤、洗涤沉淀物；将沉淀物与盐酸反应，结晶过滤、在HCl气体氛围中干燥产物：将得到的产物熔融电解得到镁。下列说法不正确的是() A.此法的优点之一是原料来源丰富B.步骤的目的是从海水中提取镁盐C.步涉及化合、分解和复分解反应D.第到第步的反应都是氧化还原反应高温I6 .D【解析】镁及其化合物的性质。 CaCO 3CaO+COT CaO+H2O=Ca(OH2MgCl 2+Ca(OH)2=CaCl2 + Mg(OHJ Mg(OH)z+2HCl= MgC2+2HO。涉及分解反应和化合反应，均 不是氧化还原。都是复分解反应，也不是氧化还原。7 .海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源等 (如下图所示)。f粗盐工精盐一氯碱工业海水f Mg(OH)? MgCl2 - 6 H Fe”等杂质，加入的药品顺序为N&CO溶液一 NaOHB液一 BaCl 2溶液一过滤后加盐酸7 .A【解析】本题考查海水的综合开发与利用。海水中含有大量的氮、磷等元素能引起赤潮,项正确；结晶出的 MgCl2 - 6H2O需要在HCl气氛中制无水 MgCb,否则由于水解而最终得到氧化 镁，B选项错误；反应为 Br2+SO+ 2H2O=HSO+2HBr,澳元素被还原，C选项错误；粗盐 提纯的顺序中要注意两点，一是NaCO溶液在BaCl2溶液后加入，二是盐酸最后加入，D选项错误。二、填空题(共15分)8 .(6分)从海水中可提取多种化工原料，下面是工业上对海水成分综合利用的示意图。机捻鲤息产凡石灰乳WGHk加盐酸上 浓维结晶, 迫帆卸Cls试回答下列问题：(1)写出用海滩上的贝壳制Ca(OH)2的化学方程式 。(2)写出电解饱和 NaCl溶液的化学方程式(3)将电解生成的氯气通入石灰乳中可制得漂白粉，写出其反应的化学方程式(4)用海滩上的贝壳制Ca(OH)2而不从异地山中开凿石灰石制取，主要考虑到什么问题?8 .(1)CaCO 3Z：Ca0+C0tCaO+H2O=Ca(OH)(2)2NaCl+2H 2O2NaOH+HT +Cl 2 T(3)2Cl 2+2Ca(OH片CaCl2+Ca(ClO) 2+2H2O(4)就地取材，降低成本。【解析】海水中存在着大量的资源，海水的综合利用是工业上获取资源的重要手段。工业生产讲究生产效益，最经济的办法是最好的办法。9 .(9分)海水中含有丰富的化学元素，下面是某化工厂从海水中提取NaCl、Mg(以MgCl2形式存在)和B2(以NaBr的形式存在)及综合利用的生产流程简图：请回答：(1)Mg(OH) 2中加入盐酸后，要获得MgCb6H2O晶体，需要进行的实验操作依次为 A.蒸储B .灼烧C .过滤D .蒸发E.冷却结晶(2)利用MgCl2 6H2O可制得无水氯化镁，应采取的措施是 。(3)目前工业上主要采用隔膜法电解饱和食盐水，下列关于隔膜电解槽的叙述错误的。A.隔膜的作用是防止氯气和氢氧化钠、氯气和氢气接触而发生反应8 .电解之前应除去 Cs2+、Mg以防止电解时生成 Ca(OH)2、Mg(OH堵塞隔膜C.阴极产物为氢氧化钠和氢气D.电解槽的阳极用金属铁网制成(4)母液中常含有 MgCl2、NaCl、MgSO KCl等，可进一步加工制得一些重要的产品。若将母液加热升温到60 c以上，随着水分的蒸发，会逐渐析出晶体，此晶体的主要成分是 过滤上述晶体后，将滤液降温到30 c以下，又逐渐析出晶体，用一定量的冷水洗涤该晶体，最后可得到比较纯净的 晶体。9 .(1)D、E、C(2)在HCl气流中脱水，防止 MgC2水解D(4)MgSO4、NaCl KCl【解析】(1)由溶液中提纯易溶于水的晶体，常用蒸发、冷却结晶的方法。(2)MgCl 2 6H2O制无水氯化镁，如果直接加热MgCl2 6H2O不能得到，应将 MgC2 6H2O在干燥的HCl气流中加热得无水 MgCl2。(3)隔膜法电解槽的阳极用碳棒制成，阴极为铁网，所以D错误。(4)将母液加热升温到 60 c以上，由图象可知 MgSO勺溶解度随着温度的升高而降低，所以随着水分的蒸发，会有 MgSO晶体和氯化钠析出，然后将滤液降温到30 c以下，又逐渐析出KCl晶体。B组(课后拓展)1.海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法错误的是A.历史最悠久的海水淡化方法是蒸储法B.海水中的笊(含HDO 0o)发生聚变的能量，足以保证人类上亿年的能源消费，HDOW H2O化学性质不同C.从海水中可以得到 NaCl电解熔融NaCl可制备金属钠石次乳， HC1D.从海水中提取镁可以采用下列方法：海水* Mg(OH)2 MgC2溶液一MgCl2-MgCl2(熔解)* Mg1.B【解析】从海水中提取淡水和工业上利用NaCl和MgCb的问题.同位素是中子数不同的同种元素的不同原子，物理性质不同，化学性质相同。2.海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：海水里水、重结晶皿心心粗盐-精推母液 Mg(OH)2盐酸、浓缩贝壳里2CaO石灰乳脱水 电解MgCl2 6H2O MgCl2 * Mg若在空气中加热 MgC2 6H2O,生成的是 Mg(OH)Cl或MgO写出相应反应的化学方程式。用电解法制取金属镁时，需要无水氯化镁。在干燥的HCl气流中加热 MgC2 - 6H2O时，能得到无水MgCb,其原因是 。(2)Mg(OH) 2沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去？写出实验步骤。(3)实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃 棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的：溶解时：。过滤时：。蒸发时：。2 .(1)MgCl 2 - 6H2OJMg(OH)Cl+HClT+ 5H2OTMgCl2 - 6H2O MgO 2HC1T+ 5H2OT 或 Mg(OH)Cl MgO HCl T干燥的HCl气流抑制了 MgCE的水解，且带走 MgCl2 6屋O受热产生的水蒸气，故能得到无水MgCl2(2)加入MgCl2溶液，充分搅拌、过滤，沉淀用水洗涤(3)溶解时：搅拌，加速溶解过滤时：使待滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外洒 蒸发时：搅拌，防止因局部过热使液滴或晶体飞溅【解析】本题以无机物和电解原理为载体，较全面地考查了基本概念，基本原理，元素化合物 和化学实验的基础内容，思维要求较高，考查了学生的推理能力、综合应用能力和实验操作能 力。海水提取镁的关键是制得无水MgCb,由于MgCl2为强酸弱碱盐，故 MgCb 6H2O晶体加热脱水时，因 M的水解不能得到无水MgCM工业生产中通常采用的方法是在不断通入干燥HCl气流的条件下加热脱水，以抑制M0+的水解。(2)除去Mg(OH)沉淀中混有的 Ca(OH)2时，可根据 Mg(OH)2与Ca(OH)2溶解度的差异，向混合物中加入MgCl2溶液，使溶解度相对较大的Ca(OH)2转变为难溶的 Mg(OH和易溶的CaCL而除(3)实验室中玻璃棒的主要用途为：搅拌，目的是加快物质的溶解，或使物质混合均匀；当 进行蒸发结晶操作时目的是防止因局部过热而导致液滴或晶体飞溅。引流，目的是使液体沿 玻璃棒流入接收仪器中，防止外洒，如：过滤、一定物质的量浓度溶液的配制等。3 .海水中有丰富的化学资源，从海水中可提取多种化工原料。下图是某工厂对海水资源综合利 用的示意图。造咱I由薛用诿 二 品埠 鼠缗1骷晶试回答下列问题：粗盐中含有Ca2+、M广、SO2-等杂质，精制后可得 NaCl饱和溶液，精制时通常在溶液中依 次加入过量的BaCl2溶液、过量的 NaOH液和过量的NaCO溶液，过滤后向滤液中加入盐酸 至溶液呈中性。请写出下列操作中发生的化学反应的离子方程式：粗盐溶液中加入过量的N&CO溶液： 。滤液中加入盐酸至溶液呈中性：。(2)母液中含有K+、Na+、Md+等阳离子，从上图中可以看出，对母液进行一系列的加工可制得金属镁。从离子反应的角度思考，在母液中加入石灰乳所起的作用是 ;若加 入石灰乳后所制取的产品中还混杂着熟石灰，那么将熟石灰从该产品中除去的方法是 石灰乳是生石灰与水作用形成的化合物，从充分利用当地海洋化学资源，提高生产与经济效 益的角度考虑，生产生石灰的主要原料是 。电解氯化镁的化学方程式是 ;从氧化还原反应的角度分析，该反应 中的还原剂是。电解无水氯化镁所得的镁蒸气在特定的环境里冷却后即为固体镁，下列物质中可以作镁蒸气 的冷却剂的是(填写代号)。A.H2B.CO2C.O2D.水蒸气(3)在该化工厂中，海水提取氯化钠后的母液经过提取氯化镁后形成了新的母液，向新母液中 加入一种常见的气态氧化剂，又制取了重要的化工原料澳单质。生成澳单质的化学反应的离子方程式是 ;生产中将澳单质从化合物 中分离出来的方法是；这种方法的成功应用是基于澳单质具有性。以下是对生产澳单质所用的气态氧化剂寻找供货源的设想，其中合理的是 (填写 代号)。 A.从外地购买B.在当地新建生产厂C.从本厂生产烧碱处循环D.从本厂生产镁单质处循环从多种经营综合开发，打造大而强的现代企业以及本厂生产所需要的原料等方面来看，你认 为该化工厂还可以再增加的生产项目是 。 3.(1)Ba2+CO2- =BaCOJ ,Ca2+CO2-=CaCOj 2H+CO2-=CO T +H2O,H+OH=HO (2)沉淀Mg2+或制取Mg(OH 加入MgCb后搅拌贝壳it M MgCl2Mg+C12 TMgCl2 AC12+2Br-=2C1-+Br2 通入热空气或水蒸气易挥发 CD 生产盐酸【解析】(1)最后加过量N&CO溶液有两个作用，一是除去溶液中的Ca2+,二是除去过量的Ba2+。由于NaCl溶液显中性，而除杂时 NaOH Ns2CO都过量，只要加盐酸至呈中性，说明 NaOH N&CO都恰好反应完全，生成 NaCl 了。(2)制得金属镁的一系列过程中发生的反应为：CaCO CaO+C21 ,CaO+H2O=Ca(OH2,MgC12+Ca(OH)=Mg(OH J +CaC12, Mg(OH) 2+2HC1=MgC2+2H2O,MgC12地Mg+C12 T(3)提取澳是利用活泼性更强的氯将澳置换出来。
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