資源簡介

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必修第二冊
第八章
化學與可持續發展
第一節
自然資源的開發利用
第2課時
海水資源的開發和利用
中國水資源現狀
海洋約占地球表面積的71% 。海水中水的儲量約
為1.3×109億噸，占地球總水量的97%。
（中國水資源現狀） 中國是一個干旱缺水嚴重的國家。淡水資源總量為28000億立方米，占全球淡水資源的6％，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，僅為世界平均水平的1／4、美國的1／5，在世界上名列121位，是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。因此，開發海水資源具有重要意義。
廣闊的海洋資源
海水
水的儲量 13億億噸
海水含鹽量 5x108億噸
海水中金元素儲量 5500萬噸
海水中溴元素儲量 70億噸
海水中鎂元素儲量 1767萬億噸
海水中重水儲量 200萬億噸
海水中鋰元素儲量 2470億噸
海水中鈾元素儲量 40億噸
海水中銣元素儲量 1900億噸
海水中鋇元素儲量 27億噸
海水中鋅元素儲量 70億噸
一.海水水資源的利用
1. 海水資源的特點
2. 利用途徑及海水淡化方法
分離出鹽分
廣闊性
多樣性
分散性
離子交換法
反滲析法
電滲析法（高二學）
海水淡化
提取出淡水
海水循環冷卻
海水水資源的利用
蒸餾法
歷史最久
（一）.蒸餾法
1.原理：
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.
2.裝置及儀器名稱
太陽能
蒸發裝置
蒸餾
燒瓶
溫度計
直形冷凝管
牛角管或尾接管
錐形瓶
1.實驗前，還需要檢查？
2.為了防止液體暴沸，需要加入？
裝置的氣密性
沸石或碎瓷片
3.先加藥品還是先檢查氣密性？
4.水銀球的位置？為什么？
先檢查裝置氣密性
蒸餾燒瓶的支管口處
需要檢測氣體的溫度
如果溫度計水銀球位于支管口之上，蒸氣還未達到溫度計水銀球就已從支管流出，測定沸點時，將使數值偏低
5.開始時，先點燃酒精燈還是先通冷凝水（如自來水）？
6.結束時，先熄酒精燈還是
停止通冷凝水（如自來水）？
先通冷凝水再點燃酒精燈。
確保蒸餾出來的氣體立即冷卻，變為液體。
如果等蒸汽通過冷凝管時才通冷凝水，
極易造成冷凝管破裂。
先熄滅酒精燈，
再停止通冷凝水
7.冷凝水 （如自來水）的進出口方向？為什么？
下進上出
冷凝管的水下進上出才能確保下端冷凝水溫度低，上端冷凝水溫度高，達到更好的冷凝效果，
要是冷凝水上進下出的話，會引起重力影響，冷凝水會聚集在管道下，這樣管道內的空氣將無法排出，出現受熱不均勻，嚴重的會導致冷凝管開裂。
7.能不能用球形冷凝管？
不能
1.裝置：將一根空氣冷凝管作為內芯，在其外面焊有一較粗的外套管(水冷管)，在外套管的兩端各焊接一個小嘴是用以連接冷凝水的進出口(下嘴用以連接冷卻水源，上嘴用以作冷卻水的出口)。
2.作用：冷凝
3.對象：適用于沸點為140℃以下物質分離，
比如蒸餾、分餾（多步蒸餾）操作，
主要用于傾斜式蒸餾裝置。
直形冷凝管
1.裝置：用球泡狀管作內芯管，其他部分與直形冷凝管相同。
與直形管相比，球形冷凝管有凹槽，斜放時會有校多液體殘留在凹槽中。冷卻面積更大，冷凝效率高。
2.作用：冷凝回流。蒸氣冷凝后又流回反應體系，節約試劑，
并使反應進行更徹底。
3.對象：多用于垂直蒸餾裝置，適用于各種沸點的液體。
球形冷凝管
1.裝置：它的內芯管為螺旋形，增加了玻璃管的長度，冷卻面較球泡形更大，其它部分與球形相同。
2.作用：冷凝回流
3.對象：收集沸點較低的液體。
同樣由于內芯管為蛇形，蒸餾時積留的液體更多，
故適用于做垂直式的連續長時間的蒸餾或回流裝置。
蛇形冷凝管
蒸餾法
是通過加熱海水使之沸騰汽化，再把蒸汽冷凝成淡水的方法。
蒸餾法海水淡化技術是最早投人工業化應用的淡化技術，
特點是即使在污染嚴重、高生物活性的海水環境中也適用，產水純度高。
蒸餾法淡化海水的實驗操作步驟？
3.海水蒸餾實驗的操作步驟：
連接裝置→檢查裝置氣密性→
向燒瓶中加入海水（試劑）和碎瓷片→
接通冷卻水→給燒瓶加熱→收集蒸餾水→
熄滅酒精燈→
待冷卻至室溫后停止通入冷卻水→整理儀器。
（一）.蒸餾法
加熱裝置 冷凝裝置 接收裝置
石棉網
加入沸石/碎瓷片，防暴沸
液體體積不應該超過容積的2/3,
不應少于1/3
溫度計水銀球處于支管口處
冷凝水：下進上出
牛角管伸入錐形瓶內
(最先使用，技術成熟，但成本高)
（二）.離子交換法
1.概念：利用離子交換樹脂作為吸附劑，將溶液中的待分離組分，依據其電荷差異，依靠庫侖力吸附在樹脂上，然后利用合適的洗脫劑將吸附質從樹脂上洗脫下來，達到分離的目的。即溶液中的某種離子與離子交換樹脂中的同性電荷離子發生離子交換。
2優點:成本低，工藝操作方便，提煉效率較高，設備結構簡單，以及節約大量的有機溶劑等。
3.缺點:不一定能找到合適的樹脂，生產周期長，生產過程中pH值變化較大。
（二）.離子交換法
4.離子交換樹脂的種類：
（1）陽離子交換樹脂
這類樹脂含有大量的強酸性基團，使樹脂中的H+與溶液中的陽離子互相交換。
（2）陰離子交換樹脂
這類樹脂含有大量的強酸性基團，使樹脂中的OH-與溶液中的陰離子互相交換。
（二）.離子交換法
離子交換樹脂可以把陰陽離子分別交換出來，使水得到純化。
HR + Na+ = NaR + H+
ROH + Cl— = RCl +OH—
H++OH- =H2O
（二）.離子交換法
目前正迅速發展，
需要不斷更新離子交換樹脂
法(目前正迅速發展，但需要不斷更新離子交換樹脂)。
（三）.反滲透法
1.反滲透的原理：當把相同體積的稀溶液和濃溶液分別置于一容器的兩側，中間用半透膜阻隔，稀溶液中的溶劑將自然地穿過半透膜，向濃溶液側流動，濃溶液側的液面會比稀溶液的液面高出一定高度，形成一個壓力差，達到滲透平衡狀態，此種壓力差即為滲透壓。若在濃溶液側施加一個大于滲透壓的壓力時，濃溶液中的溶劑會向稀溶液流動，此種溶劑的流動方向與原來滲透的方向相反，這一過程稱為反滲透。
（三）.反滲透法
2.半透膜：對透過的物質具有選擇性的薄膜稱為半透膜，
一般將只能透過溶劑而不能透過溶質的薄膜稱之為理想半透膜。
3.半透膜的分類：
（1）陽離子交換膜（簡稱陽膜）：只允許陽離子和水分子通過。
（2）陰離子交換膜（簡稱陰膜）：只允許陰離子和水分子通過。
（3）質子交換膜：只允許氫離子和水分子通過。
（三）.反滲透法
4.用途：可以淡化水。
過濾精度最高的膜分離技術。過濾精度達到0.0001um。過濾了自來水中的所有物質，沒有礦物質和微量元素，這種水是可以直接飲用的。水中的雜質如可溶性固體、有機物、膠體物質及細菌等則被反滲透膜截留，在截流液中濃縮并被去除。一級反滲透可去除原水中97%以上的溶解性固體。
工業上電解飽和食鹽水制備氯氣的反應原理：
請結合陽膜的選擇性，說說陽膜的作用？
(1)平衡電荷,形成閉合回路;
(2)防止Cl2和H2混合而引起爆炸;
(3)避免Cl2與NaOH反應,影響NaOH的產量;
（三）.反滲透法
四.電滲析法
高二學
成本低，但未能大量生產
海水中的化學元素
水的儲量 13億億噸
海水含鹽量 5x108億噸
海水中金元素儲量 5500萬噸
海水中溴元素儲量 70億噸
海水中鎂元素儲量 1767萬億噸
海水中重水儲量 200萬億噸
海水中鋰元素儲量 2470億噸
海水中鈾元素儲量 40億噸
海水中銣元素儲量 1900億噸
海水中鋇元素儲量 27億噸
海水中鋅元素儲量 70億噸
二.海水的化學資源利用
海水提取Mg
海水淡化
海水提取NaCl
Br2的提取
1.海水提純NaCl 的基本思路嗎？
為了除去海水中的硫酸根離子、鎂離子、鈣離子雜質，
選擇的試劑？采用什么實驗操作 ？
1.海水提純氯化鈉
2.可能的組合有幾種？分別是？
海水濃縮
過濾
HCl溶液，適量
蒸發結晶
NaOH溶液、BaCl2溶液、Na2CO3溶液
過量
①BaCl2溶液→NaOH溶液→Na2CO3溶液→過濾后加鹽酸
②NaOH溶液→BaCl2溶液→Na2CO3溶液→過濾后加鹽酸
③BaCl2溶液→Na2CO3溶液→NaOH溶液→過濾后加鹽酸
從海水中制得氯化鈉除了食用外，還有什么用途？
制備這些化工原料的反應原理？請寫出相關的化學方程式？
NaCl
燒堿
純堿
鈉
氯氣
氯化氫
海水制鹽 “煮海為鹽”
(1)氯堿工業：
(2)制鈉和氯氣：
(3)制鹽酸：
(4)制漂白劑(84消毒液)：
(5)制純堿：
2NaCl（熔融）=== 2Na + Cl2↑
電解
2NaCl+ 2H2O === H2↑+ Cl2 ↑ +2NaOH
電解
H2+ Cl2 === 2HCl
點燃
2NaOH＋Cl2===NaClO＋NaCl＋H2O
2NaHCO3 ===Na2CO3＋CO2↑＋H2O
△
(飽和食鹽水)
NaCl＋CO2＋H2O＋NH3===NH4Cl＋NaHCO3↓
溴元素的用途
溴化銀被用作照相中的感光劑。
當你“咔嚓”按下快門的時候，
相片上的部分溴化銀就分解出銀，
從而得到我們所說的底片。
溴元素的用途
有機合成中方面：過乙烯使溴水褪色的實驗，這實際上就代表了一類重要的加成反應；
在制藥方面：紅藥水，也是溴與汞的化合物；
滅火器方面：我們平時看到的諸如“1211”滅火器，就是分子里面有一個溴原子的多鹵代烷烴；
溴鎢燈，成為取代碘鎢燈的新光源。
2.海水提純溴（單質）Br2
P101
目的：
氧化溴離子
目的：用空氣將生成的溴 吹出從而分離Br2
目的：
用SO2作還原劑將Br2還原為HBr,以使其與空氣分離
①酸化
③吹出
④吸收
⑥蒸餾
⑦冷凝
⑤氧化
目的：
用氯氣氧化溴離子
目的：分離Br2
目的：
將氣態溴
轉化為
液態溴
②氧化
⑧分離
1.為什么第一步要酸化？（即酸化的目的）請你寫出相關離子方程式。
Cl2+2OH— =Cl—+ClO—+H2O
2.請結合第②、④步的轉化寫出相關的離子方程式？還原性強弱關系？
提示：還原性強弱：還原劑＞還原產物;
氧化性強弱：氧化劑＞氧化產物;
④Br2+SO2+2H2O=2Br-+SO42-+4H+ 還原性強弱：SO2＞Br－
②2Br-+Cl2=2Cl-+Br2 還原性強弱：Br－＞Cl－
綜上所述：還原性強弱：SO2＞Br－＞Cl－
2.海水提純溴（單質）Br2
為什么偏偏要設計②、③、④步的轉化？
富集溴元素
步驟①中由于苦鹵的總水量比較大，導致其得到的溴水濃度很低，經過步驟②③④可以減少溶液總體積，使溴元素得到充分富集，使其濃縮得到較高濃度的溴水溶液，這樣便于后續的分離提純。
鎂元素在人體中的重要性
人體內鎂的水平主要受腎臟調節，當人體中缺乏鎂元素會出現以下情況：
1．神經系統紊亂，進而引起脾氣急躁、精神不安與緊張。
2．肌肉震顫、絞痛以及經常性刺痛感。
3．心律不齊、心悸、低血糖、虛弱、疲倦等癥狀。
3．由于鎂會轉化為一種酶，有助于對維生素B1、B2、B6的利用，因此缺乏鎂就可能會引起缺乏B族維生素的癥狀，通常是抽搐。
照明彈
鎂因為熔點低，鎂燃燒時發出耀眼白光
因此可以用于煙火、照明彈。
熔點 沸點
648.8℃ 1107℃
3.海水提純鎂單質
苦鹵
(含Mg2+)
Mg(OH)2沉淀
MgCl2 溶液
Mg
無水MgCl2
過濾
鹽酸
Cl2
蒸發
加堿
過濾
？
熔融
電解
1.工業上常用貝殼煅燒經過一系列反應得到石灰乳（主要成分：氫氧化鈣）來沉淀海水中的鎂離子，不用氫氧化鈉？
2.請寫出得到石灰乳的
相關化學方程式？
貝殼易得，成本低，煅燒然后制石灰乳很方便,
相比較氫氧化鈉成本較高。
3.工業上通常用石灰乳，請寫出下列相關化學方程式？
能表示離子方程式就用離子方程式表示。
①與石灰乳： ， 反應
②與鹽酸： ， 反應
③制取鎂單質： ， 反應
Mg2++Ca(OH)2=Ca2++Mg(OH)2 復分解
2H++Mg(OH)2=Mg2++2H2 O 復分解
分解
4.蒸發氯化鎂溶液，如果要得到無水氯化鎂，需要太長的時間。
有沒有什么方法可以改進？
S隨T變化較大的甲：大部分物質，如，硝酸鉀
S隨T變化較小的乙：如氯化鈉
S隨T變化反而降低的丙：如氫氧化鈣
溶解度曲線的變化規律
單一溶質的情況下，
利用溶解度曲線制備或提純物質：
1.如何從氯化鈉溶液得到氯化鈉晶體？
2.如何從硝酸鉀溶液得到硝酸鉀晶體？
像這樣S隨T變化較小的物質的提純，
采用蒸發結晶,過濾，洗滌，干燥。
像這樣S隨T變化較大的物質的提純，
采用蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾，洗滌，干燥。
一.一種溶質
1.S隨T變化小 （如NaCl）
2. S隨T變化大：
含結晶水： （如KNO3 五水硫酸銅等 ）
受熱易分解：
利用溶解度曲線制備或提純物質
蒸發濃縮,
冷卻結晶，
洗滌，干燥。
蒸發結晶，
過濾，洗滌，干燥。
兩種溶質的情況下，其中一種少量，
利用溶解度曲線制備或提純物質：
1.KNO3（NaCl）
2.NaCl（KNO3）
像這樣主物質S隨T變化較大的物質的提純，
采用蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾，洗滌干燥。
像這樣主物質S隨T變化較小的物質的提純，
采用蒸發濃縮，趁熱過濾，洗滌干燥。
二.兩種溶質，其中一種為少量雜質
1.S隨T變化大 蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾
主物質 如KNO3（NaCl）
2.S隨T變化小 蒸發結晶，趁熱過濾
如NaCl（KNO3）
利用溶解度曲線制備或提純物質
兩種溶質的情況下，都大量共存，
利用溶解度曲線制備或提純物質：
如何分離KNO3和NaCl？
兩種溶質的情況下，都大量共存，
利用溶解度曲線制備或提純物質：
如何分離KNO3和NaCl？
濾渣（NaCl）
濾液（KNO3） KNO3
蒸發濃縮，趁熱過濾，
冷卻結晶
過濾
三.兩種溶質，大量共存
利用溶解度曲線制備或提純物質
蒸發濃縮，趁熱過濾，
冷卻結晶
過濾
濾渣（S隨T變化小，NaCl）
濾液 濾渣
（S隨T變化大,KNO3）
口訣： 陡降緩蒸
陡含緩要陡就降
緩含陡要緩就蒸
解釋：陡是指受溫度影響較大一般是溶解度溫度增大而增大， 緩是指受溫度影響較小平緩型曲線。降是指降溫結晶，蒸是指蒸發結晶
利用溶解度曲線制備或提純物質
3.海水提純鎂單質
苦鹵
(含Mg2+)
Mg(OH)2沉淀
MgCl2 溶液
Mg
無水MgCl2
干燥
過濾
鹽酸
MgCl2·6H2O
蒸發濃縮冷卻結晶過濾洗滌
Ca(OH)2
Cl2
蒸發
加堿
過濾
熔融
電解
碘的用途
在農業上，常用的除草劑和農藥中，碘是不可缺少的元素之一，用含有碘化物的飼料，可以提高營養價值。用它喂奶牛，產奶量就會增加；用它喂綿羊，羊毛又密又長；用它喂雞，可以多生雞蛋；用它喂豬，可以催肥……
碘也是人體中不可缺少的元素，它能調節人的生長發育和能量供應，在人體中，它集中在一個叫“甲狀腺”的部分，碘對人身體的作用是通過甲狀腺來實現的；一旦人缺少碘，就會得大脖子病——甲狀腺腫。于是，大夫就會給這樣的病人吃一些含碘的藥；并囑咐他多吃海帶、紫菜、蔥頭、大蔥和海魚等等，因為這些食物里含豐富的碘。
2.海水提純碘單質（I2）
海帶
海帶灰
溶解過濾
灼燒
殘渣
含I-的溶液
稀H2SO4
H2O2或氯水
含I2的溶液
含I2的有機溶液
萃取分液
1.根據所學，氯水的主要成分是氯氣，氯氣是一種強氧化劑，能氧化碘離子生成碘單質I2
請寫出該離子方程式？
2I- + Cl2= I2+ 2Cl-
2.過氧化氫是一種綠色氧化劑，比氯水更加環保，能更加有效的替代氯水。滴加適量稀硫酸和過氧化氫后的溶液之后，生成了碘單質I2
請寫出該離子方程式？氧化劑是？稀硫酸的作用？
2I- + H2O2 + 2H+= I2+ 2H2O
氧化劑是H2O2
稀硫酸的作用是酸性
2.據所學可知，碘離子、氯離子和溴離子均沒有顏色，而碘水雖然呈黃色，但是溶液濃度低顏色會比較淺。
那么，如何及時驗證溶液中已經生成了碘單質I2？
取待測液于試管中，
加入H2O2溶液后，
（現）溶液顏色變為淺黃色，漸變變為深黃色；
（現）加入淀粉溶液后，溶液又變為深藍色。
（結論）溶液中已經生成了碘單質
物質 顏色
過氧化鈉固體 淡黃色
溴化銀固體 淡黃色
碘化銀固體 黃色
硫單質固體 黃色
氯化鐵溶液 橘黃色
碘水 黃色
溴水 橙黃色
黃色的
3.通常萃取劑選擇四氯化碳，試試分析現象？能得到純凈的碘I2？
分層，
待充分萃取后，
上層無色，
下層紫色，成分：I2+CCl4。
4.如何從I2和CCl4中，得到純凈的碘I2？
5.錐形瓶中收集到的物質是？
6.該裝置有什么不足之處？如何改進？
7.除了CCl4還有沒有其他萃取劑？
8.能不能用乙醇替代CCl4？
物質 沸點
I2 113.6℃
CCl4 76.8℃
蒸餾
CCl4
直接加熱，溫度可能高于114°C。
建議采用水浴加熱。
苯 密度比水小
乙醇易溶于水 不會分層
2.海水提純碘單質（I2）
海帶
海帶灰
溶解過濾
灼燒
殘渣
含I-的溶液
稀H2SO4
H2O2
含I2的溶液
下層：紫色
含I2+CCl4
CCl4
萃取分液
上層：無色
蒸餾
I2
但是，實際在45℃左右碘就會升華。工業上，用NaOH濃溶液反萃取。
反萃取
BCD
B
A
從海水中獲得的產品還可以做工業原料，如生產燒堿、純堿、金屬鈉及氯氣、鹽酸、漂白粉等含氯化工產品。寫出有關反應的化學方程式？
1.電解氯化鈉：
2.鈉和TiCl4（熔融）：
3.電解飽和食鹽水：
4.侯氏制堿法：①制取碳酸氫鈉
②制取碳酸鈉

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