資源簡介

第8章 化學與可持續發展
第一節 自然資源的開發利用
第2課時 海水資源的開發利用
導入一
從太空觀察,地球上有七片陸地“漂浮”在一大片藍色的海洋之中。
海洋是生命的搖籃,海水不僅是寶貴的水資源,而且蘊藏著豐富的化學資源。海洋約占地球表面積的 71 %,海水中水的儲量約占地球上總水量的 97 %,約為 1.3×1018 t。海洋中含有的元素種類很多,總計含有80 多種元素,但許多元素的富集程度很低。海水中水資源和其他化學資源具有十分巨大的開發潛力,如何對海水資源進行綜合利用呢?
導入二
閱讀教材,思考下列問題:
1.海水中有哪些可以利用的資源?
2.海水中主要含有哪些化學元素?
3.海水中的元素有什么特點?
思路一
一、海水中水資源的開發利用
閱讀教材,思考以下問題:
1.海水中水資源的利用主要途徑有哪些?
2.海水淡化的方法有哪些?
播放視頻“海水淡化工廠流程”。
一、海水中水資源的開發利用
模擬蒸餾法淡化海水。
(1)主要儀器的名稱:A________,B_________,C________。
(2)冷卻水的流向:_____口進,_____口出。
(3)B中加入碎瓷片的目的是_________________。
冷凝管
蒸餾燒瓶
錐形瓶
a
b
防止液體暴沸
一、海水中水資源的開發利用
注意事項
1.蒸餾燒瓶須墊陶土網加熱;所盛液體不能超過蒸餾燒瓶容量的 。
2.溫度計的水銀球在蒸餾燒瓶支管口處;量程應高于餾分的最高沸點。
3.冷凝水的流向是下口進入、上口流出。
4.加入碎瓷片的目的是防止液體暴沸。
一、海水中水資源的開發利用
歸納總結-海水淡化的方法及原理
一、海水中水資源的開發利用
小試牛刀
1.判斷正誤。
(1)海洋約占地球表面積的71%,因此地球不缺水,人類可以任意使用,不用
節約。( )
(2)海水淡化的方法中,蒸餾法成本最低。 ( )
(3)海水中含量最多的兩種元素為 Na元素和Cl元素。 ( )
(4)海水中各種化學資源的開發過程中,必須都要發生化學反應。 ( )
(5)蒸餾操作時,溫度計水銀球的位置應在蒸餾燒瓶支管口處,測量蒸氣的
溫度。 ( )
×
×
×
×
√
一、海水中水資源的開發利用
2.下列敘述不正確的是 ( )
A.蒸餾完畢后,應先停止加熱,待裝置冷卻后,停止通水,再拆卸蒸餾
裝置
B.蒸餾時的接收裝置如圖
C.冷卻水應該從冷凝管的下口進水、上口出水
D.做蒸餾實驗時,在蒸餾燒瓶中應加入沸石,以防暴沸,如果在沸騰前
發現忘記加沸石,應立即停止加熱,冷卻后補加
B
一、海水中水資源的開發利用
3.海水淡化可采用膜分離技術。如圖所示,對淡化膜右側的海水
加壓,水分子可以透過淡化膜進入左側淡水池,而海水中的各種
離子不能通過淡化膜,從而得到淡水。下列對加壓后右側海水成
分變化分析正確的是( )
A.溶質質量增加 B.溶液質量不變
C.溶劑質量減少 D.溶質質量分數不變
C
二、海水中化學資源的開發利用
2.海水提溴。
從海水中制得的氯化鈉有什么用途?
從海水中制得的氯化鈉可以供食用,還可以作為化工原料用于生產燒堿、純堿、鈉、氯氣、鹽酸等。
二、海水中化學資源的開發利用
制備這些化工原料的反應原理各是什么?
(3)制鹽酸:H2 + Cl2 HCl。
(4)制漂白劑(“84”消毒液):2NaOH+Cl2 NaClO+NaCl+H2O。
(5)制純堿:NaCl+CO2+H2O+NH3 NH4Cl+NaHCO3↓、
2NaHCO3 Na2CO3+ CO2↑+H2O。
(2)制鈉和氯氣:2NaCl(熔融) 2Na+Cl2↑。
電解
(1)氯堿工業:2NaCl+2H2O H2↑+Cl2↑+2NaOH。
電解
二、海水中化學資源的開發利用
資料卡片-海洋元素
百川奔流歸大海。陸地上的水溶解著一切可以溶解的物質并匯集到海洋。由于水分的蒸發,海水中聚集的各種元素越來越多。人類已經發現或人工制造的一百多種元素中,海洋中就含有 80 多種。
元素在自然界中基本沒有單質狀態存在,它的化合物常常和氯的化合物混雜在一起,但是數量很少,在一些礦泉水、鹽湖水(如死海)和海水中含有溴。地球上 99 % 的溴元素以Br- 的形式存在于海水中,整個大洋水體的溴儲量可達 100 萬億噸,人們也把溴稱為“海洋元素”。
二、海水中化學資源的開發利用
2.海水提溴。
溴及其化合物在醫藥、農藥、染料和阻燃劑等的生產中有廣泛的應用。目前,人們主要從海水和鹽湖水中提取溴。
如何從海水中提取溴元素呢? 播放視頻“海水提溴”。
二、海水中化學資源的開發利用
工業上常用的一種海水提溴技術叫做“吹出法”,其過程主要包括氧化(用氯氣氧化海水中的溴離子)、吹出(用空氣將生成的溴吹出)、吸收(用二氧化硫作還原劑使溴轉化為氫溴酸,使其與空氣分離)、蒸餾(再用氯氣將氫溴酸氧化為溴后蒸餾分離)等環節。
“吹出法”的工藝流程如下:
二、海水中化學資源的開發利用
歸納“吹出法”的生產流程及主要反應化學方程式。
(1)濃縮。
(2)氧化:2NaBr + Cl2 2NaCl + Br2。
(3)吹出:用空氣將溴單質吹出。
(4)吸收:Br2 + SO2 + 2H2O 2HBr + H2SO4(富集溴元素)。
(5)氧化:2HBr + Cl2 2HCl + Br2。
(6)蒸餾。
二、海水中化學資源的開發利用
從海水中獲得其他物質和能量也具有廣闊的前景。例如,鈾和重水是核能開發中的重要原料,從海水中提取鈾和重水具有一定的戰略意義;潮汐能、波浪能等新型能源的開發和利用也越來越受到重視。
海水資源的綜合利用:
二、海水中化學資源的開發利用
小試牛刀
1.下圖為海水提鎂的工藝流程,寫出下列步驟中的化學方程式。
(1)分解貝殼(主要成分是CaCO3)、制備Ca(OH)2: _________________,
______________________。
CaCO3 CaO+CO2↑
CaO+H2O Ca(OH)2
二、海水中化學資源的開發利用
(2)沉淀 Mg2+ :_____________________________(離子方程式)。
(3)制備 MgCl2:_____________________________。
(4)制取 Mg:________________________________。
Mg2+ +2OH- Mg(OH)2↓
Mg(OH)2+2HCl MgCl2+2H2O
MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑
電解
二、海水中化學資源的開發利用
2.海帶中含有碘元素。從海帶中提取碘的實驗過程如下圖所示:
(1)實驗步驟①會用到下列儀器中的________(填序號)。
a.酒精燈 b.漏斗 c.坩堝 d.泥三角
(2)步驟③操作的名稱是_________。
(3)步驟④中反應的離子方程式為________________________。
acd
過濾
2I- +H2O2+2H+ I2+2H2O
二、海水中化學資源的開發利用
(4)請設計一種檢驗水溶液中是否含有碘單質的方法:_____________
__________________________________________________________
_________________________________________________。
(5)海帶灰中含有的硫酸鹽、碳酸鹽等,在實驗步驟_____(填序號)中
實現與碘分離。
取適量水溶液于
試管中,向試管中滴加2滴淀粉溶液,觀察溶液是否變藍,若溶液變藍,則說明水溶
液中含有碘單質,若溶液不變色,則溶液中不含碘單質
⑤
思路二
一、海水資源中水資源的開發利用
資料卡片
海水中水的儲量約為 1.3×1018 t,約占地球上總水量的 97 %,陸地上只分布了 3 %的淡水,其中有 69 %是人類難以利用的兩極冰川,這樣算來人類可用淡水只占全球水總量的 0.77 %。
如何利用海水中的水資源?
一、海水資源中水資源的開發利用
展示鹽場曬鹽的圖片。
海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法、反滲透法等,其中蒸餾法的歷史最久,技術和工藝也比較成熟,但成本比較高。
海水中含量最多的為 H、O兩種元素,還有Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11種元素,其他為微量元素,如Au。地球上99%以上的溴蘊藏在大海中,因此溴又被稱為“海洋元素”。
二、苦鹵的開發利用
用從苦鹵中提取出的溴元素制成了藥品和用品。那么海水中的溴元素是以什么形態存在的? Br- 如何轉化成溴單質? 從工業生產的角度看,選擇哪種氧化劑合適?
從經濟因素的角度考慮,選擇氯氣。
二、苦鹵的開發利用
“海水提溴”工廠的工藝設備示意流程圖:
寫出“海水提溴”整個過程中反應的離子方程式。
Cl2+2Br- 2Cl- +Br2、Br2+SO2+2H2O 2Br- +SO42- +4H+
三、海水中的微量元素的提取
資料卡片
碘在海水中的濃度僅有 0.0006 mg·L-1,故從海水中提取碘比較困難。某些藻類可以從周圍海水中富集碘,如海帶中含有高達 0.5 % 的碘,約比海水中的碘濃度提高了 10 萬倍! 工業生產中普遍以海帶為原料間接從海水中提取碘。
干海帶中碘的存在形式為含碘的有機化合物,海帶灼燒后的灰燼中碘元素以 I- 的形式存在。
三、海水中的微量元素的提取
我們從以下幾個方面思考一下,如何從海帶中提取碘單質。
(1)海帶中的碘元素如何轉移到溶液中?
(2)使 I- 轉化為 I2,采用什么方法?
(3)常見氧化劑有Cl2、KMnO4、H2O2,選哪種氧化劑比較好? 為什么?
(4)請你根據學過的知識思考:檢驗碘元素的方法有哪些?
(5)如何從水溶液中分離出碘單質?
三、海水中的微量元素的提取
總結
課堂練習
1.從海水中提取溴常用的一種工藝涉及以下過程:①氧化,用 Cl2將海
水中的 NaBr氧化為 Br2;②將海水濃縮;③提取,用Cl2將 HBr氧化為Br2
得到產品;④富集,用空氣和水蒸氣將Br2吹入吸收塔與吸收劑中的SO2
的水溶液反應生成 HBr。則正確的步驟為 ( )
A.②①③④ B.①②③④
C.③②①④ D.②①④③
D
課堂練習
2.下列關于海水資源綜合利用的說法中,正確的是( )
A.海水蒸發制海鹽的過程只發生化學變化
B.海水提取溴的過程中,用氯氣作還原劑
C.從海水中可以得到 MgCl2,可電解 MgCl2溶液制備 Mg
D.適量食用含碘豐富的海產品可預防甲狀腺腫大
D
課堂練習
3.海水中有取之不盡的化學資源,從海水中可提取多種化工原料。
如圖是某工廠綜合利用海水資源的示意圖:
請回答下列問題:
課堂練習
(1)粗鹽中含有 Ca2+ 、Mg2+ 、SO42- 等雜質,精制后可得飽和 NaCl溶
液。精制過程中,通常在溶液中依次加入過量的BaCl2溶液、過量的
NaOH 溶液和過量的 Na2CO3溶液進行過濾,最后向濾液中加入鹽酸
至溶液呈中性。寫出加入鹽酸后濾液中可能發生反應的離子方程
式：____________________________________。
OH- +H+ H2O、CO32-+2H+ H2O+CO2↑
(2)海水中提取食鹽后的母液中含有 K+ 、Na+ 、Mg2+ 等。從離子反
應的角度考慮,向母液中加入石灰乳的作用是____________________。
將 Mg2+ 沉淀為 Mg(OH)2
課堂練習
(3)海水中的鎂元素處于_______(填“游離態”或“化合態”),從
海水中提取氯化鎂的反應_____(填“是”或“不是”)氧化還原反
應,用電解法冶煉金屬鎂的反應_____(填“是”或“不是”)氧化還
原反應,原因是_____________________________________。
(4)電解熔融的氯化鎂所得的鎂蒸氣冷卻后即為固體鎂,可以冷卻鎂
蒸氣的氣體氛圍為____(填序號)。
A.H2 B.CO2
C.空氣 D.O2
化合態
不是
是
該反應過程中元素的化合價發生了變化
A
謝謝！

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