資源簡介

(共20張PPT)
第八章 化學與可持續發展
第一節 自然資源的開發利用
課時2 海水資源的開發利用
課堂導入
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海洋約占地球表面積的71%，其中蘊含著豐富的水資源、生物資源、能源資源和化學資源。
海水資源的開發利用
海水資源具有以下特點：
廣闊性，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%；
多樣性，海水中溶解和懸浮著大量的機物和有機物。海水中含量最多的O、H兩種元素，加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11種元素，其總含量超過99%，其他元素為微量；
分散性，許多元素的富集程度低。例如，海水中金元素的總儲量約為5×106t，而1t海水中金元素的含量僅為4×10-6g。
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海水中水的儲量豐富，水資源的利用主要包括海水淡化和直接利用海水進行循環冷卻等途徑。海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法和離子交換法等，其中蒸餾法的歷史最久，技術和工藝也比較成熟，缺點是成本較高。
海水資源的開發利用
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蒸餾：利用各成分的沸點不同，分離互溶液態混合物的物理分離方法。
海水資源的開發利用
注意事項：
①蒸餾燒瓶要墊上石棉網；
②蒸餾燒瓶內液體不超過容積的二分之一；
③加沸石或碎瓷片，防止暴沸；
④冷凝管的水流方向由下至上；
⑤溫度計水銀球應在蒸餾燒瓶的支管口處。
電滲析法：在電場的作用，強行將離子向電極處吸引，使電極中間部位的離子濃度大為下降，從而制得淡水的。
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陽樹脂柱： HR + Na+ = NaR + H+
陰樹脂柱： ROH + Cl- = RCl + OH-
混樹脂柱：H+ + OH- = H2O
海水資源的開發利用
離子交換法：利用陽、陰離子交換樹脂上的可交換的H+和OH-與水中其他的陽離子和陰離子的交換作用，將水中的離子除去而達到制備水的目的。
優點是設備簡單、操作簡便、出水量大、成本低；缺點是可除去水中絕大部分的鹽類、堿和游離酸，但不能完全除去有機物和非電解質。
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反滲透法：一種利用高分子膜(反滲透膜)進行物質分離的過程，可以從水中除去90%以上的溶解鹽類以及99%以上的膠體。
海水資源的開發利用
直接利用海水進行循環冷卻：火力發電廠和核電站用于循環冷卻的循環海水。
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除了水資源的利用之外，海水中還還能有豐富的化學資源，例如可以從海水中提取食鹽、鎂、溴、鉀等其它的化工產品。
海水資源的開發利用
我國海水制鹽具有十分悠久的歷史，目前海水中制得的氯化鈉除了食用之外，還可以作為用于生產燒堿、純堿、鈉、氯氣、鹽酸等物質的化工原料。
海水
鹽田
飽和食鹽水
粗鹽
NaCl
引入
風吹日曬
結晶
提純
蒸發結晶
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海水資源的開發利用
氯化鈉的實際用途：
1. 電解飽和食鹽水，可以生成氫氧化鈉、氫氣和氯氣(氯堿工業)：
2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2↑ + Cl2↑
2. 電解熔融氯化鈉，制備鈉和氯氣：
2NaCl(熔融) = 2Na + Cl2↑
3. 制備鹽酸：
H2 + Cl2 = 2HCl
4. 制漂白劑：
2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O
5. 制備純堿：
NaCl + CO2 + H2O + NH3 = NH4Cl + NaHCO3↓
2NaHCO3 = Na2CO3 + CO2↑ + H2O
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海水資源的開發利用
海水中溴的含量較高，還可以用空氣吹出法從海水中提溴。
每1000g海水中僅僅含1.28gMg2+，0.067gBr-，而經過攤曬分離出氯化鈉的海水即苦鹵(濃縮的海水)，苦鹵中的離子濃度會大大提高。
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海水資源的開發利用
你能寫出氧化過程和吸收過程所涉及的離子反應方程式嗎？
氧化：2Br- + Cl2 = 2Cl- + Br2
吸收：SO2 + Br2 + 2H2O = 4H+ + SO42- + 2Br-
為什么在氧化得到溴單質后，還要將其吹出還原，再氧化得到溴單質？
第一步氧化得到的溴單質中雜質較多，因此吹出還原再氧化的過程實際是提純的過程；
第一步得到溴單質含量較低，所以需要富集。
地球上99%的溴以Br-的形式存在于海水中，被稱為“海洋元素”。溴及其化合物被廣泛應用，如含溴阻燃劑、殺蟲劑溴甲烷、感光劑溴化銀、藥物合成中間體、染料等。
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海水資源的開發利用
除了溴，從海水中還可以提取鎂，你能寫出相關的化學反應方程式或離子反應方程式嗎？
① CaCO3 = CaO + CO2↑
② CaO + H2O = Ca(OH)2
③ Mg2+ + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + Ca2+
④ Mg(OH)2 + 2H+ = Mg2+ + 2H2O
⑤ MgCl2·6H2O = MgCl2 + 6H2O
⑥ MgCl2(熔融) = Mg + Cl2↑
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海水資源的開發利用
海水中可以利用的不僅僅是水資源和其中含有的化學元素，還可以利用生物資源，例如海帶中含有較為豐富的碘元素，如何從海帶中提取碘單質呢？
關鍵反應：
2I- + 2H+ + H2O2 = I2 + 2H2O
你還記得萃取的實驗操作需要哪些儀器嗎，若是需要進行海帶中提碘的整體操作，你會進行哪些操作？
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海水資源的開發利用
操作步驟：
①用剪刀剪碎海帶，用酒精潤濕，放入坩堝中；
②灼燒海帶至完全生成灰，停止加熱，冷卻；
③海帶灰轉移到小燒杯中，加蒸餾水，攪拌、煮沸、過濾；
④在濾液中滴加稀H2SO4及H2O2，然后加入幾滴某溶液。
你知道坩堝和蒸發皿的相同之處和不同之處有哪些嗎？
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海水資源的開發利用
相同之處：
都可用于物質的蒸發、濃縮或結晶。
不同之處：
①形狀不同：坩堝類似于圓臺狀，蒸發皿是半橢圓的形狀；
②用途不同：蒸發皿是用來把溶液中的水分等蒸發掉的， 而坩堝多用來灼燒固體的，或者高溫加熱一下固體的；
③制作材料不同：蒸發皿一般為瓷制品，也可用玻璃、石英、鉑或銅等制成，坩堝一般由陶瓷或石英制得；
④耐受溫度不同：坩堝可以承受800℃的溫度，蒸發皿一般不超過400 ℃。
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海水資源的開發利用
海水中還有豐富的能源資源，如可以從海水中提取鈾和重水用來開發核能，開發利用潮汐能、波浪能等新型能源。
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正誤判斷
1. 海水淡化的方法中，蒸餾法成本最低。
4. 海水中提取金屬需要加還原劑，非金屬需要加氧化劑。
2. 海水中含量最多的元素為鈉元素和氯元素。
3. 海水資源的利用過程中一定會發生化學反應。
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×
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√
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下列有關海水提鎂的說法中不正確的是 (　　)
A.貝殼在海水提鎂的生產流程中，主要經歷了CaCO3→CaO →Ca(OH)2的過程
B.利用OH－將海水中的Mg2＋轉化為Mg(OH)2沉淀，然后電解Mg(OH)2制備純鎂
C.工業生產中是利用電解MgCl2制備鎂
D.在海水提鎂的工業流程中，氯氣可以循環利用，用于制備鹽酸，再溶解Mg(OH)2
B
課堂小結
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