高中化学 第2单元课题2 第二课时海水中提取溴、镁和重水同步导学课件 新人教版选修2

第二课时海水中提取溴、镁和重水 1了解海水提溴、海水提镁的原理及步骤。 2了解海水提取重水的常用方法。 一、海水提溴 1原理 从海水中提取的溴约占世界溴年产量的 。 常用的方法叫 ，反应原理为 。 2提取过程 (1) ：氯气置换溴离子之前，要使 ，使pH ，用氯气置换溴离子的反应为： 。1/3空气吹出法空气吹出法 Cl22Br=2ClBr2海水酸化海水酸化3.5氯化氯化Cl22Br=2ClBr2 (2) ：当Br被氧化成Br2后，用 将其吹出，也可用水 与溴一起蒸出。 (3) ：空气吹出的 混合不易分离，常用 做还原剂回收溴，再用氯气将其氧化得到溴产品，有关化学方程式是： _。吹出吹出空气空气蒸气蒸气溴和大量的空气溴和大量的空气二氧化硫二氧化硫Br2SO22H2O=2HBrH2SO4Cl22Br=2ClBr2吸收吸收 二、海水提镁 1原理 电解熔融的MgCl2就可以得到金属镁和氯气。 2提取过程 三、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)。蒸馏蒸馏电解电解化学交换化学交换吸附吸附硫化氢硫化氢水双温交换法水双温交换法H2O(l)HDS(g)=HDO(l)H2S(g) 一、海水提溴海水提溴的主要反应原理和工艺流程如何？ 师生互动 【提示】(1)主要反应原理：Cl22Br=Br22Cl (2)工艺流程溴的吸收富集方法有哪些？举例说明。 师生互动 【提示】溴的吸收富集 (1)纯碱吸收法：海水中的溴离子被氧化为溴单质后，用热空气或水蒸气吹出，通过Na2CO3溶液使溴富集后，再将得到的溶液用稀硫酸酸化，用有机溶剂萃取溴单质。发生反应： 3Br23Na2CO3= 5NaBrNaBrO33CO2 5NaBrNaBrO33H2SO4=3Br23Na2SO43H2O (2)SO2吸收法：用空气吹出的溴和大量的空气混合在一起，不易分离，用还原剂SO2吸收后，再用氯气氧化HBr即得到溴单质。(2009年天津高考)海水是巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列。从海水中提取食盐和溴的过程如下： (1)请列举海水淡化的两种方法：_、_。 (2)将NaCl溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有H2、_、_或H2、_。 (3)步骤中已获得Br2，步骤中又将Br2还原为Br，其目的为_。 (4)步骤用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式为_，由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是 _。 (5)某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提取纯溴的方法，查阅了有关资料，Br2的沸点为59 ，微溶于水，有毒性和强腐蚀性。他们参观生产过程后，绘制了如下装置简图： 请你参与分析讨论： 图中仪器B的名称：_。 整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因为_。 实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件：_。 C中液体产物颜色为_，为除去该产物中仍残留的少量Cl2，可向其中加入NaBr溶液，充分反应后，再进行的分离操作是_。 【答案】(1)蒸馏法、电渗析法、离子交换膜法(任意两种) (2)Cl2NaOHNaClO (3)富集溴元素 (4)Br2SO22H2O= 4HSO422Br 强酸对设备的严重腐蚀 (5)冷凝管 Br2腐蚀橡胶 控制温度计b的温度，并收集59 时的馏分 深红棕色分液(或蒸馏) 【点评】本题综合考查了利用海水制取Cl2、Br2等物质的反应原理及实验能力。 1.(1)向溴化钠溶液中通入适量氯气，产生的现象是_，反应的化学方程式是_；向碘化钾溶液中加入适量溴水，产生的现象是_，反应的化学方程式是_。 (2)由上述两个化学反应可知，氯气、溴、碘三种单质的氧化性强弱关系是_；这样的化学反应原理，在海水的综合利用中的应用是_。 (3)下列海产品中可以考虑用于工业上大量提取碘的是_。 贝壳紫菜鱼海带 【解析】Cl2与NaBr、Br2与KI反应的化学方程式分别是(1)Cl22NaBr=Br22NaCl，(2)Br22KI=2KBrI2，Br2、I2的水溶液分别呈橙色、紫褐色。在反应(1)中Cl2是氧化剂，Br2是氧化产物，故氧化性Cl2Br2；在反应(2)中Br2是氧化剂，I2是氧化产物，故氧化性Br2I2。以适当的氧化剂将Br、I氧化的化学反应原理可以应用于从海水中提取溴和碘。在贝壳、紫菜、鱼、海带中，紫菜和海带中碘元素的含量较多。 【答案】(1)溶液由无色变为橙色Cl22NaBr=Br22NaCl溶液由无色变为紫褐色Br22KI=2KBrI2 (2)Cl2Br2I2从海水中提取溴和碘(3) 二、海水提镁利用海水资源提取金属镁的生产步骤如何？ 学生交流 【提示】生产步骤 (1)加熟石灰(2)过滤(3)加盐酸(4)浓缩、结晶、脱水、干燥(5)熔融电解海水提镁的工艺流程和有关反应原理怎样？ 师生互动 【提示】(1)工艺流程 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。 师生互动 【提示】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)2的溶解度小于Ca(OH)2，则最大程度地将Mg2转化为Mg(OH)2沉淀。 向Mg(OH)2沉淀中加入盐酸，使沉淀溶解平衡右移，Mg(OH)2溶解。 (2)水解平衡原理的应用 在MgCl26H2O脱水变为MgCl2时，由于MgCl22H2OMg(OH)22HCl水解平衡的存在，提供HCl气体环境，增大c(HCl)，抑制了MgCl2的水解，避免了Mg(OH)2的生成。以卤水为原料，用下列方法制取镁，其中可行的是() A直接电解卤水在阴极得镁 B向卤水里加钠可置换出镁 C卤水与石灰水混合，过滤，洗涤，取沉淀煅烧得氧化镁，用氢气还原氧化镁得镁 D卤水与石灰水混合，过滤，洗涤，取沉淀加盐酸溶解得MgCl2溶液，将溶液加热蒸发浓缩，再冷却结晶，晶体在氯化氢气氛中加热脱水得无水MgCl2。电解熔融MgCl2得镁 【解析】A项电解，阴极生成H2；B项中Na首先与水反应，不能置换出Mg；C项中H2不能把Mg还原出来；所以只有D合理。 【答案】D 【点评】海水提镁工业中：为提高反应中Mg2的浓度，将海水浓缩或用提取食盐后的盐卤。 电解熔融MgCl2生成的Cl2可用于制盐酸，循环使用，节省成本。 所得Mg(OH)2沉淀中含有的CaSO4杂质在加盐酸前应除去，以保证MgCl2的纯度。 2.海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示： (1)若在空气中加热MgCl26H2O，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MgCl26H2O时，能得到无水MgCl2，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：_。 【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。 (1)海水提取镁的关键是制得无水MgCl2，由于MgCl2为强酸弱碱盐，故MgCl26H2O晶体加热脱水时，因Mg2的水解不能得到无水MgCl2，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Mg2的水解。 (2)除去Mg(OH)2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)2和易溶的CaCl2而除去。 (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。 海水中溶存着80多种元素，其中不少元素可以提取利用，具有重要的开发价值。据计算，每立方千米海水中含3 750万吨固体物质，其中除了氯化钠约3 000万吨外，镁约450万吨，钾、溴、碘、钍、钼、铀等元素也不少。若把这一立方千米海水中的物质提炼出来，其价值约等于10亿美元。目前海水提镁和提溴在国外已形成产业。海水提钾、 碘、铀、重水等尚处于研究阶段。 我国对海水化学元素的提取都有 一些研究，已列为未来的发展产 业。 研究性学习海水中提取碘的实验探究 海带中含有丰富的碘元素，其主要的存在形式为化合态(有机碘化物)。经灼烧后，灰烬中的碘可转化为能溶于水的无机碘化物。碘离子具有较强的还原性，可被一些氧化剂氧化生成碘单质。例如，H2O22H2I=I22H2O，生成的碘单质在四氯化碳中的溶解度大约是其在水中溶解度的85倍，且四氯化碳与水互不相溶，因此可用四氯化碳把生成的碘单质从水溶液中萃取出来。 1从海水可获得的在常温下为液体的单质是() AMgBK CBr2 DI2 【解析】本题主要考查海洋中的元素及物质存在的状态，海水中除含H、O两种元素外，还含有Cl、Na、K、Ca、Mg、S、C、F、B、Br、Sr等元素，显然可制取所要求的4种单质，其中只有Br2单质为液体，故本题答案为C。 【答案】C 2某实验室仅有如下仪器或用具：烧杯、铁架台、铁圈、三脚架、漏斗、分液漏斗、石棉网、酒精灯、玻璃棒、量筒、蒸发皿、圆底烧瓶、火柴、冷凝器、锥形瓶，从缺乏仪器或用具的角度看，不能进行的实验项目是() A蒸发 B萃取 C液体过滤 D制蒸馏水 【解析】缺乏滤纸，无法做成过滤器，故不能进行液体过滤。 【答案】C 【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。 【答案】D 4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)。科学家用氘盐酸(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 【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。 【答案】D 5溴的氧化性介于氯和碘之间，利用这一性质解决下面的问题。 (1)你认为：将含有下列哪种分子或离子的试剂加入到含有Br的溶液中，可以将Br氧化为Br2() AI2 BI CCl2 DCl (2)如果把氯气缓慢地通入含有相同物质的量浓度的Br、I的混合溶液里，_先被氧化，原因是_ _。 (3)把滤纸用淀粉和碘化钾的混合溶液浸泡，晾干后就是实验室常用的淀粉碘化钾试纸。这种试纸润湿后遇到氯气发生的变化是_， 原因是_。 【解析】(1)因为氧化性Cl2Br2，所以Cl2可以氧化Br； (2)因为氧化性Cl2Br2I2，所以还原性：ClBrBr (3)试纸变蓝色Cl2将I氧化成了I2，I2与淀粉作用变蓝色 6海水中镁的总储量约为2.11015t，目前世界上60%的镁来自海水。工业规模海水提镁的流程如下图所示： 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_。 (3)为了使MgSO4，完全转化为Mg(OH)2，则加入的生石灰须过量，然后分离得Mg(OH)2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： 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Al2O3，其原因是_ _。物质物质氧化镁氧化镁氯化镁氯化镁熔点熔点()2 852714沸点沸点()3 6001 412 【解析】(1)贝壳的主要成分是CaCO3，高温CaCO3分解生成CaO和CO2，CaO与H2O生成的Ca(OH)2又与Mg2生成Mg(OH)2，Mg(OH)2加HCl在一定条件下生成无水MgCl2，电解MgCl2(熔融)在阴、阳极上分别得Mg和Cl2。 (2)对MgCl2溶液加热蒸发得到MgCl26H2O，由于MgCl26H2O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MgCl2。 (3)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)2共沉，所以在低温下过滤，所得Mg(OH)2纯度较高。 (4)AlCl3是共价化合物，熔化后不导电，故可电解熔化的Al2O3得铝单质；而从表可看出MgO的熔点较MgCl2高，虽然电解两种物质均可得到单质镁，但熔化MgO比MgCl2消耗更多的能量，从经济角度考虑，一般多用电解熔融MgCl2法制Mg。