1、课题 2 海水的综合利用1了解海水晒盐的原理和工艺流程。2掌握电解饱和食盐水的反应，了解 氯碱工业的工艺流程及 产品。3掌握海水提镁和海水提溴的原理和 简单过程。4简单了解从海水中提取重水的工 艺流程。20 世纪 90 年代以来，发达国家 氯碱产品结构正以强劲的 势头向高技术化、高附加 值化、精细化、专用化方向挺进。我国化学工业也要走精细化道路。思考：氯碱工业中，如何通过食盐来生产烧碱和氯气？答案：电解饱和食盐水，化学方程式 为 2NaCl2H 2O 2NaOHH 2Cl 2。一、海水中盐的开发和利用1海水制盐(1)海水的成分。海水中含有多种盐类，主要是_、_、_等，以_的含量最高。(2)海水
2、制盐的方法。海水制盐的方法有_、_、_等，其中_和_在制盐的同时也可以得到淡水。(3)蒸发法。目前，海水制盐的方法仍以蒸发法(即_法) 为主。海水引入贮水池，待澄清后流入蒸发池，经过风吹、日晒，海水逐渐_，达到饱和析出_，分离后所得的母液叫_。2食盐资源的利用(1)电解饱和食盐水的原理。饱和食盐水中的离子：存在 Na 、Cl 、H 、OH 四种离子。通电后，Na 和 H向_极移动，Cl 和 OH 向 _极移动。电极反应式：阴极：_( 还原反应) ；阳极：_( 氧化反应) ；总反应式：_。(2)氯碱生产的基本装置电解槽。目前，比较先进的电解槽是_电解槽。精制的饱和食盐水进入_室，纯水(加一定量的
3、 NaOH 溶液)加入_室。通电时，H 2O 在阴极表面生成_，饱和食盐水中的_穿过离子交换膜进入_室，导出的阴极液中含有_。Cl 在阳极表面放电生成_。自主思考：电解前，向阴极区和阳极区的溶液中分别滴加酚酞试液，电解过程中会观察到什么现象？为什么？电解食盐水制 NaOH 时，若不将两极产物分开，会发生哪些反应？可能发生什么危险？二、海水提溴1常用方法_。2工艺流程(1)氯化：向海水中通入 Cl2，离子方程式为_。(2)吹出：用_将氯化生成的 Br2 吹出，也可以用_ 使溴和水蒸气一起蒸出。(3)吸收：用还原剂二氧化硫使溴单质变为 HBr，再用氯气将其氧化成溴产品，化学方程式：_、_。三、海水
4、提镁海水提镁的基本反应原理可表示如下：1所用操作方法a_；b._ _；c._ _。2离子方程式或化学方程式_；_；_。自主思考：将 MgCl2 溶液浓缩得到 MgCl26H2O 晶体，然后将晶体在 HCl 气流中加热烘干得无水 MgCl2，为什么？四、从海水中提取重水1重氢与重水的符号氢的同位素氘叫做_，符号为_或_；重水的分子式为_。2重氢与重水的应用两个氘核可融合成_，同时释放出大量能量，这一过程称作_；D 2O 可作原子能反应堆的_ 和_。自主思考：提取重水的方法有哪些？哪种方法比较成功？答案:一、1.(1) 氯化钠 氯化镁 硫酸钙 氯化钠(2)蒸发法 电渗析法 冷冻法 电渗析法 冷冻法
5、(3)盐田 蒸发浓缩 食盐晶体 苦卤2(1)阴 阳 2H 2e =H2 2Cl 2e =Cl2 2NaCl2H 2O 2NaOH H2Cl 2(2)离子交换膜 阳极 阴极 H2 Na 阴极 NaOH Cl2自主思考提示：阴极区溶液变为红色。由于 H 被消耗，破坏了附近水的电离平衡，使 OH 浓度增大，c(OH )c (H )，溶液呈碱性，即生成 NaOH。发生的反应有：Cl 22NaOH= =NaClNaClOH 2O，Cl2H 2 2HCl。H2和 Cl2 混合可能会有爆炸的危 险。二、1.吹出法 2.(1)Cl22Br =Br22Cl (2)空气 水蒸气 (3)SO2Br 22H 2O=H
6、2SO42HBr Cl 22HBr= =Br22HCl三、1.过滤 浓缩结晶烘干 电解2Mg 2 2OH =Mg(OH)2 Mg(OH)22H =Mg2 2H 2O MgCl2 MgCl 2自主思考提示：Mg(OH) 2 是中强碱，MgCl 2 能发生一定程度的水解反应，在 HCl 气流中加热烘干抑制了 MgCl2 的水解，能得到较纯净的无水 MgCl2。四、1.重氢 H D D2O212氦核 热核聚变 中子减速剂 传热介质自主思考提示：提取重水的方法有蒸馏法、 电解法、化学交 换法和吸附法等。硫化氢水双温交换法是比较成功的生产方法。一、海水中盐的开发与利用1海水制盐的方法(1)海水制盐的方法
7、主要有三种，即蒸发法、电渗析法和冷冻法。(2)由海水制食盐的方法主要是蒸发法( 盐田法)，即海水晒盐，其流程如下图：海水 贮水池 蒸发池2食盐用于氯碱工业(1)食盐水的精制：(2)生产装置：离子交换膜电解槽主要由阳极(用金属钛网制成，涂有钛、钌等氧化物涂层) 、阴极(由碳钢网制成，上面涂有镍涂层) 、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。(3)主要生产过程：(4)原理：阳极(用石墨) ：2Cl 2e =Cl2阴极(用铁) ：2H 2e =H2总反应式：2NaCl2H 2O离子交换膜只允许阳离子通过，而阻止阴离子和气体通过，避免了两极 产物混合，从而得到较
8、纯净的 NaOH、Cl2、H2。采用饱和食盐水是为了减少 Cl2 的溶解。充入阴极区的水中加入少量 NaOH，是 为了增强导电性。二、海水提溴1从海水中提取溴的反应原理海水中的溴主要以 Br 的形式存在。从海水中提取溴的反应原理就是利用氧化剂把Br 氧化成单质：2Br Cl 2=Br22Cl 。2主要工艺流程(1)氯化：就是用氯气置换溴离子，使其成为溴单质。(2)吹出：生成的溴溶解在水中，浓度很低，将其分离出来的方法是向溴水中通入热空气或水蒸气，利用溴易挥发的性质将其吹出。这其实是溴的富集过程。(3)吸收：用空气吹出的溴和大量的空气混合在一起，不容易分离，将其分离的方法是用还原剂将空气中的溴还
9、原为氢溴酸，再用氯气将其氧化成溴单质，然后用水蒸气将其蒸出，经冷凝得到溴单质。目前常用的还原剂为 SO2。海水中的 Br 浓度太低，一般不直接利用海水提溴，而是利用海水晒盐后的母液提溴。氯气氧化 Br 在 pH3.5 的酸性条件下效果最好。三、海水提镁从海水中提取镁的基本步骤与原理是：第一步：先将海边大量存在的贝壳煅烧成生石灰，并将生石灰制成石灰乳。CaCO3 CaOCO 2CaOH 2O=Ca(OH)2第二步：将石灰乳加入到海水沉淀池中得到氢氧化镁沉淀。MgCl2Ca(OH) 2=Mg(OH)2CaCl 2第三步：将氢氧化镁与盐酸反应生成六水合氯化镁，将六水合氯化镁在氯化氢的气氛中加热脱水(
10、干燥)，使其转化为无水氯化镁。Mg(OH)22HCl= =MgCl22H 2OMgCl26H 2O=MgCl26H2OMgCl26H2O MgCl26H 2O第四步：电解熔融的氯化镁就可以得到金属镁和氯气。MgCl2 MgCl 2海水提镁的工厂应建在海边，便于 获取海水和贝壳(CaCO 3)。电解 MgCl2时产生的 Cl2 又可作 为制盐酸的原料，制得的盐酸再与 Mg(OH)2 反应制取 MgCl2 后进入循 环，提高了 综合经济效益。知识点 1 海水中盐的开发与利用【例题 1】 氯碱厂电解饱和食盐水制取 NaOH 的工艺流程示意图如下：依据上图完成下列填空：(1)在电解过程中，与电源正极相
11、连的电极上所发生反应的化学方程式为_；与电源负极相连的电极附近，溶液 pH_(填“不变”“ 升高”或“下降”) 。(2)工业食盐含 Ca2 、Mg 2 等杂质，精制过程中这些离子发生反应的离子方程式为_。(3)如果粗盐中 SO 含量较高，必须添加钡试剂除去 ，该钡试剂可以是24 24SO_。aBa(OH) 2 bBa(NO 3)2 cBaCl 2(4)为有效除去 Ca2 、Mg 2 、SO ，加入试剂的合理顺序为 _。24a先加 NaOH，后加 Na2CO3，再加钡试剂b先加 NaOH，后加钡试剂，再加 Na2CO3c先加钡试剂，后加 NaOH，再加 Na2CO3(5)脱盐工序中利用 NaOH
12、 和 NaCl 溶解度上的差异，通过 _、冷却、_(填写操作名称)除去 NaCl。(6)在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止 Cl2 与 NaOH 反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl 2 与 NaOH 充分接触，产物仅是 NaClO 和 H2，相应的化学方程式为_。解析：(1)电解食盐水时，阳极反应是 2Cl 2e =Cl2 ，阴极反 应是2H 2e =H2，消耗 H ，即 产生 OH ，所以溶液的 pH 升高。(2)精制过程中，加入 Na2CO3 除去 Ca2 (Ca2 CO =CaCO3)；加入 NaOH 除去23Mg2 Mg2 2OH =Mg(OH)2 ，由于 Mg
13、(OH)2 的溶解度小于 MgCO3 的溶解度，所以Mg2 与 OH 、CO 混合时 ，主要生成 Mg(OH)2 沉淀。23(3)除去 SO 应选择 Ba2 ，如加入 Ba(NO3)2，溶液中会引入杂质 NO ，而加入 BaCl224 3或 Ba(OH)2 均不会增加新的杂质。(4)除杂质时加入 Ba2 和 OH 无先后之分，但 Na2CO3 一定在 BaCl2 之后加入，因为 CO还能除去多余的 Ba2 。23(5)脱盐工序的目的是分离 NaOH 和 NaCl，由于 NaCl 溶解度小，因而 NaCl 首先析出，其操作过程是蒸发、冷却、结 晶， 经过滤得到 NaCl 晶体。(6)如无隔膜会发
14、生如下反应：Cl 22NaOH= =NaClNaClOH 2O，电解食盐水溶液的化学方程式为 2NaCl2H 2O 2NaOHH 2Cl 2 ，两反应的化学方程式相加得NaCl H2O NaClOH 2。答案：(1)2Cl 2e =Cl2 升高(2)Ca2 CO =CaCO3 、Mg 2 2OH =Mg(OH)223(3)ac (4)bc(5)蒸发 过滤(6)NaClH 2O NaClOH 2点拨：离子交换膜的优点是只允许阳离子(如 Na )通过，而阻止阴离子(如 Cl )和气体分子( 如 Cl2、H2)通过，从而避免 Cl2 与 NaOH 反应影响产 品的质量。在化工生 产的其他工艺中有时也
15、用到离子交换膜。知识点 2 海水提溴【例题 2】 全球海水中溴的储量丰富，约占地球溴总储量的 99%，故溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为 65 mgL1 ，其工业提取法有：(1)空气吹出纯碱吸收法。方法是将氯气通入到富含溴离子的海水中，使溴置换出来，再用空气将溴吹出，用纯碱溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到单质溴。该方法涉及的反应有：_(写出化学方程式 )；3Br 23CO =BrO 5Br 3CO 2；23 3BrO 5Br 6H =3Br23H 2O。 3其中反应和的氧化剂分别是_、_。(2)空气吹出 SO2 吸收法。该方法基本同 (1)，只是将吹出的溴用 SO2 来吸收，使溴转化为氢
16、溴酸，然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质溴。写出溴与二氧化硫反应的化学方程式：_。(3)溶剂萃取法。该法是利用单质溴在水中和萃取剂中溶解度不同的原理来进行的，实验室中萃取用到的实验仪器名称是_，下列可以用于海水中溴的萃取的试剂是_(填序号)。乙醇 四氯化碳 硝酸解析：工业提取溴的原理：将氯气通入到富含溴离子的海水中，使溴置 换出来，然后用某种溶液吸收，再提纯即可。方法(3)是利用物理方法，用有机溶剂溶解，因 为溴易溶于有机溶剂，本题中作为海水中溴的萃取 剂的只能是四氯化碳。答案：(1)Cl 22Br =2Cl Br 2 Br2 BrO 3(2)Br2SO 22H 2O=2HBrH 2SO4(3)分
17、液漏斗、烧杯 点拨：本题考查了工业提溴的三种方法，其中第 (1)(2)种都是空气吹出法，Br 2 的吸收剂常用 SO2。要掌握空气吹出 SO2 吸收法的各步反应的方程式。知识点 3 海水提镁【例题 3】 海水是一种丰富的资源，工业上从海水中可提取多种物质，广泛应用于生活、生产、科技等方面。下图是某工厂对海水资源进行综合利用的示意图。回答下列问题：(1)流程图中操作 a 的名称为_。(2)工业上从海水中提取的 NaCl 可用来制取纯碱，其简要过程如下：向饱和食盐水中先通入气体 A，后通入气体 B，充分反应后过滤得到晶体 C 和滤液 D，将晶体 C 灼烧即可制得纯碱。气体 A、B 是 CO2 或
18、NH3，则气体 A 应是_(填化学式)。滤液 D 中主要含有 NH4Cl、NaHCO 3 等物质，工业上是向滤液 D 中通入 NH3，并加入细小食盐颗粒，冷却析出不含有 NaHCO3 的副产品 NH4Cl 晶体，则通入 NH3 的作用是_。(3)镁是一种用途很广的金属材料，目前世界上 60%的镁从海水中提取。若要验证所得无水 MgCl2 中不含 NaCl，最简单的操作方法是_。操作 b 是在_氛围中进行，若在空气中加热，则会生成 Mg(OH)Cl，写出有关反应的化学方程式：_。解析：(1)将海水蒸发结晶得到粗盐，在提取粗盐后的母液中主要含有 Mg2 。(2)先通氨气的原因是氨气易溶于水，CO
19、2 微溶于水，若先通 CO2，则影响产率；从平衡的角度去分析，增加 NH 的浓度，有利于沉淀平衡向生成 NH4Cl 的方向进行，将 NaHCO3转化为 4Na2CO3 而不析出。 (3)采用焰色反应来检验；HCl 的作用是防止 MgCl2 的水解。答案：(1)蒸发结晶(或蒸发)(2)NH 3增加 NH 的浓度，有利于沉淀平衡向生成 NH4Cl 的方向进行，将 NaHCO3 转化为 4Na2CO3 而不析出(3)用铂丝蘸取少量固体，置于酒精灯火焰上灼烧，若无黄色火焰产生，则证明所得无水氯化镁晶体中不含氯化钠( 答焰色反应也可)HCl(气流) MgCl 26H2O Mg(OH)ClHCl 5H 2
20、O= = = = = 点拨：本题是工业流程题，读 懂流程是关键。从流程中分析出生产目的、生产原料、反应原理。题中涉及粗盐的精制、石灰工业、纯碱工业、工业提镁等，是一道综合性较强的题。1 下列说法不正确的是( )。A从海带中提取碘单质的过程涉及氧化还原反应B往淡水中加入 NaCl 等配成人造海水，可用于海产品的长途运输C赤潮主要是由工农业生产和生活废水引起沿海水域富营养化造成的D海洋经济专属区的资源开发可获得 Fe、Co、K、Au 、Mg、B 等金属2 某学生设计了一个“黑笔写红字”的趣味实验。如图所示，滤纸先用氯化钠、无色酚酞的混合液浸湿，然后平铺在一块铂片上，接通电源后，用铅笔在滤纸上写字，
21、会出现红色字迹。据此，下列叙述正确的是( )。A铅笔端作阳极，发生还原反应B铂片端作阴极，发生氧化反应C铅笔端有少量的氯气产生Da 点是负极，b 点是正极3 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 Br2(以 NaBr 的形式存在)及综合利用的生产流程简图：请回答：(1)海水制盐常用的方法是_。(2)Mg(OH)2 中加入盐酸后，要获得 MgCl26H2O 晶体，需要进行的实验操作依次为_。A蒸馏 B灼烧 C过滤 D蒸发 E冷却结晶(3)利用 MgCl26H2O 可制得无水氯化镁，应采取的措施是_。(4)目前工业上主要采用隔膜法电解
22、饱和食盐水，下列关于隔膜电解槽的叙述错误的是_。A隔膜的作用是防止氯气与氢氧化钠、氢气接触而发生反应B电解之前应除去 Ca2 、Mg 2 以防止电解时生成 Ca(OH)2、Mg(OH) 2 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(5)采用“空气吹出法”由母液提溴时，要经过氯化、吹出、吸收三个过程，常用吸收剂是 SO2。在吸收过程中发生反应的化学方程式为_。答案:1D D 项 中硼(B)元素是非金属元素，故不正确。2D 电解 NaCl 溶液时，阳极发生氧化反应：2Cl 2e =Cl2，阴极发生还原反应：2H 2e =H2。在阴极区，由于 H 放电，使 H2O 的电离平衡
23、H2O H OH 向右移动，从而使阴极区 c(H ) c(OH )，酚酞变红色。由题意知铅笔端出现红色字迹，说明铅笔端作阴极，发生了还原反应，则铂片端为阳极，a 点是负极，b 点是正极。故只有 D项正确。3答案：(1)蒸发法(盐田法) (2)DEC (3)在 HCl 气流中脱水，防止 MgCl2 水解 (4)D (5)SO2Br 22H 2O=H2SO42HBr,2HBrCl 2=2HClBr 2解析：(1)海水制盐的方法有蒸发法( 盐田法)、电渗析法、冷冻法等，其中以蒸发法为主。(2)由溶液中提纯易溶于水的晶体，常用蒸发、冷却结晶的方法。(3)MgCl26H2O 制无水氯化镁，如果直接加 热 MgCl26H2O 不能得到无水 MgCl2，应将MgCl26H2O 在干燥的 HCl 气流中加热得无水 MgCl2。(4)隔膜电解槽的阳极用碳棒制成，阴极为铁网，所以 D 错误。(5)用 SO2 作还原剂，使 Br2转化为 HBr，再用 Cl2 将 HBr 氧化得到溴产品。
