魯科版必修1 第3章第4節(jié)海水中的元素 學(xué)案.doc

第4節(jié)海水中的元素1海水元素寶庫(kù)海水中含有豐富的化學(xué)資源，含有的元素大部分以鹽的形式存在。元素周期表中的110多種元素，有80多種能在海水中找到。海水中元素含量的差異是很大的，根據(jù)在海水中含量的多少，人們常把海水中的元素分為常量元素和微量元素。(1)常量元素氯、鈉、鎂、硫、鈣、鉀、碳、鍶(sr)、溴(br)、硼(b)、氟(f)這11種元素在每升海水中的含量均大于1 mg，我們把每升海水中含量大于1 mg的元素，稱為常量元素，海水中的常量元素占海水所溶解物質(zhì)總量的99.9%。加碘食鹽的標(biāo)志海水中的常量元素大部分以鹽的形式存在，其中nacl占80%以上。食鹽不僅是調(diào)味品，而且是人體必需品，還被稱為“化工之母”，大部分食鹽被用于化工生產(chǎn)。(2)微量元素在每升海水中含量低于1 mg的元素稱為海水中的微量元素。雖然這些元素的含量低，但由于海水總量很大，所以它們的總儲(chǔ)量也很大。重要的微量元素及其用途如下：鋰(li)：熱核反應(yīng)的重要材料之一，也是制造鋰電池和特種合金的原料。碘(i)：碘酒消毒，碘是人體必需元素，食鹽加碘(kio3)，以防形成甲狀腺腫(俗稱“大脖子病”)。鈾(u)：做熱核反應(yīng)堆的原料。(3)氯堿工業(yè)我國(guó)有著悠久的生產(chǎn)食鹽的歷史，同時(shí)又是當(dāng)今世界生產(chǎn)食鹽最多的國(guó)家。食鹽不僅是常用的調(diào)味品，而且是人體必需的物質(zhì)，它對(duì)人體的血液循環(huán)和新陳代謝都有著重要的作用。人體缺鹽會(huì)感到頭暈、倦怠、全身無(wú)力，學(xué)習(xí)和工作效率降低，長(zhǎng)期缺鹽甚至?xí)?dǎo)致心臟病，然而過(guò)多地?cái)z入食鹽又可能引起腎臟疾病和高血壓病等。健康成年人攝入食鹽量以每天26 g為宜。食鹽還是一種重要的化工原料。如下圖所示，以飽和食鹽水為主要原料可生產(chǎn)出若干種重要的工業(yè)原料或產(chǎn)品，這樣的一類化學(xué)工業(yè)叫做氯堿工業(yè)。其中由飽和食鹽水制備氫氣、氯氣和氫氧化鈉的化學(xué)反應(yīng)方程式為：2nacl2h2oh2cl22naoh，離子方程式為：2cl2h2oh2cl22oh。氯堿工業(yè)及有關(guān)化工產(chǎn)品【例1】 水資源非常重要，聯(lián)合國(guó)確定2003年為國(guó)際淡水年。下列關(guān)于水的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()a蒸餾法是海水淡化的方法之一b淡水的密度小于海水的密度c融化的雪水中礦物質(zhì)含量比深井水中的少d氯堿工業(yè)就是獲得食鹽解析：淡水的密度小于海水的密度，因?yàn)楹Ｋ泻衝acl、mgcl2等鹽；雪水是軟水，而深井中的水是硬水，一般含有ca2、mg2等；氯堿工業(yè)是以食鹽為主要原料生產(chǎn)工業(yè)產(chǎn)品的一類行業(yè)，所以d錯(cuò)。答案：d2.鎂和海水提鎂(1)海水提鎂海水提鎂最基本的方法就是往海水里加堿，得到mg(oh)2沉淀，將沉淀過(guò)濾分離再加入鹽酸把它變成mgcl2之后，經(jīng)濃縮、干燥、電解，就可得到金屬鎂。海水提鎂的工業(yè)流程如下圖所示：海水中提鎂的主要過(guò)程及反應(yīng)為：分解貝殼生產(chǎn)ca(oh)2：caco3caoco2，caoh2o=ca(oh)2。沉淀mg2：mg2ca(oh)2=mg(oh)2ca2。制備mgcl2：mg(oh)22hcl=mgcl22h2o。制取mg：mgcl2(熔融)mgcl2。析規(guī)律 化工生產(chǎn)中的注意事項(xiàng)：對(duì)于化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)，要提高經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：原料是否豐富、廉價(jià)。盡可能采取循環(huán)利用部分產(chǎn)物或原料。工業(yè)流程設(shè)計(jì)是否科學(xué)、合理。是否符合環(huán)保要求。選廠址時(shí)還要考慮原料、能源、運(yùn)輸?shù)确矫妗！纠?1】 海水的綜合利用可以制備金屬鎂，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)海水提鎂要用到海灘上的貝殼。貝殼的作用是_ _，貝殼所經(jīng)歷的變化的化學(xué)方程式為_(kāi)。(2)mg(oh)2沉淀中混有的ca(oh)2應(yīng)怎樣除去？請(qǐng)寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟：_ _。解析：以海水為原料制備金屬鎂的流程為：海水mg(oh)2mgcl2mg。答案：(1)提供反應(yīng)所需的堿caco3caoco2，caoh2o=ca(oh)2(2)加入mgcl2溶液，充分?jǐn)嚢?，過(guò)濾，用水洗滌沉淀(2)鎂的性質(zhì)鎂的物理性質(zhì)：鎂是一種銀白色金屬，密度小，熔點(diǎn)低，硬度小，有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性，與其他金屬易構(gòu)成性能優(yōu)良的合金。鎂的化學(xué)性質(zhì)鎂原子的最外層有2個(gè)電子，在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，非常容易失去電子，體現(xiàn)出較強(qiáng)的還原性?？梢耘c非金屬單質(zhì)、酸、鹽以及某些氧化物反應(yīng)。a鎂與非金屬單質(zhì)的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)步驟：取一根鎂條，用砂紙擦掉表面的氧化膜，用坩堝鉗夾住鎂條，點(diǎn)燃觀察現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：反應(yīng)劇烈，發(fā)出耀眼的白光，生成白色固體。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：2mgo22mgo(放熱反應(yīng))鎂除了可以與o2反應(yīng)外，還可以與cl2、n2等發(fā)生反應(yīng)，化學(xué)方程式為：mgcl2mgcl23mgn2mg3n2說(shuō)明：鎂是活潑金屬，易被氧化，但卻具有抗腐蝕性，因?yàn)槌叵?，鎂易與空氣中的氧氣反應(yīng)，在其表面生成一層致密的氧化膜，阻止內(nèi)部的金屬繼續(xù)反應(yīng)。b鎂與酸的反應(yīng)與非氧化性酸反應(yīng)，產(chǎn)生h2：mg2hcl=mgcl2h2mgh2so4=mgso4h2與氧化性酸反應(yīng)，一般不產(chǎn)生h2：mg2h2so4(濃)=mgso4so22h2o3mg8hno3(稀)=3mg(no3)22no4h2oc鎂與某些鹽溶液的反應(yīng)金屬鎂是一種活潑金屬，可以把金屬活動(dòng)順序表中鎂后面的金屬?gòu)钠潲}溶液中置換出來(lái)。mgcuso4=mgso4cud鎂與非金屬氧化物反應(yīng)實(shí)驗(yàn)步驟：取一根鎂條，用砂紙擦掉表面的氧化膜，用坩堝鉗夾住鎂條，點(diǎn)燃后伸入盛有co2的集氣瓶中，如下圖所示，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：鎂在二氧化碳中繼續(xù)燃燒，生成白色固體和黑色固體。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：2mgco22mgoc鎂與二氧化碳的反應(yīng)是典型的置換反應(yīng)，鎂作還原劑，二氧化碳作氧化劑。由于鎂單質(zhì)在加熱的條件下，與二氧化碳發(fā)生劇烈的反應(yīng)，所以鎂單質(zhì)在空氣中失火后，不能用泡沫滅火器來(lái)滅火。co2與滅火：co2對(duì)絕大多數(shù)可燃物是良好的滅火劑，而對(duì)k、na、ca、mg等可燃物卻是助燃劑。(3)鎂的用途鎂是一種輕金屬，它的主要用途是制造合金，鎂合金的強(qiáng)度高、機(jī)械性能好。鎂和鋁制成的合金可克服純鎂和純鋁的硬度、強(qiáng)度較低，不適于制造機(jī)械零件的缺點(diǎn)。例如含有硅、銅、鋅、錳等元素的鎂鋁合金具有質(zhì)輕、堅(jiān)韌、機(jī)械性能好等許多優(yōu)良性質(zhì)，用途極為廣泛?？捎脕?lái)做機(jī)械零件、車床材料、門(mén)窗等。鎂的這些性質(zhì)使金屬鎂成為制造汽車、飛機(jī)、火箭的重要材料，從而獲得“國(guó)防金屬”的美譽(yù)。在冶金工業(yè)上，金屬鎂常用作還原劑和脫氧劑?！纠?2】 鎂粉在焰火、閃光粉、鞭炮中是不可缺少的原料。工業(yè)制造鎂粉是將鎂蒸氣在某氣體中冷卻，下列可作為冷卻氣體的是()空氣co2arh2n2a和 b和 c和 d和解析：本題主要考查了鎂的性質(zhì)。鎂蒸氣在某氣體中冷卻，則該氣體必須在高溫下不與鎂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，高溫下氧氣、氮?dú)?、二氧化碳都能與鎂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，故正確答案為c。答案：c3.溴和海水提溴(1)溴單質(zhì)和碘單質(zhì)的物理性質(zhì)氯、溴和碘等元素在原子結(jié)構(gòu)和元素性質(zhì)方面具有一定的相似性，化學(xué)上常把它們放在一起研究。氯、溴和碘這三種元素都屬于鹵族元素(簡(jiǎn)稱鹵素)，它們?cè)谠刂芷诒碇信旁谕豢v行。實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)探究：溴單質(zhì)和碘單質(zhì)的物理性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈈r2和i2在物理性質(zhì)上的異同。實(shí)驗(yàn)步驟：觀察溴單質(zhì)和碘單質(zhì)的狀態(tài)、顏色；取少量溴單質(zhì)和碘單質(zhì)，分別觀察它們?cè)谒?、酒精及四氯化碳中的溶解情況和所形成溶液的顏色。實(shí)驗(yàn)記錄：見(jiàn)下表物質(zhì)溴(br2)碘(i2)顏色深紅棕色紫黑色(有金屬光澤)狀態(tài)液體固體溶解性和溶液顏色水中可溶；橙色微溶；褐色酒精中易溶；橙紅色易溶；紫紅色四氯化碳中易溶：橙紅色易溶；紫紅色小結(jié)：鹵素單質(zhì)都有顏色，都有毒性，在水中的溶解度都不大，易溶于苯、四氯化碳(ccl4)、汽油等有機(jī)溶劑。鹵素單質(zhì)在常溫下的狀態(tài)從氣態(tài)到液態(tài)到固體，單質(zhì)的熔、沸點(diǎn)逐漸升高。實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄康庠诩訜釙r(shí)的變化。實(shí)驗(yàn)步驟：如下圖所示，取少量碘單質(zhì)，放入燒杯中，將盛有冷水的圓底燒瓶置于燒杯上方。加熱燒杯，觀察現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：紫黑色的固體直接變成了紫紅色的蒸氣，在燒瓶底部又有紫黑色的固體附著。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：固態(tài)碘在加熱的條件下可直接由固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，即碘容易升華。(2)萃取：利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑中溶解性的不同，用一種溶劑把溶質(zhì)從它與另一種溶劑所組成的溶液中提取出來(lái)的方法，叫萃取。實(shí)驗(yàn)探究：從溴水和碘水中萃取溴和碘。實(shí)驗(yàn)步驟：檢查分液漏斗是否漏水。關(guān)閉分液漏斗活塞，將溴水(約5 ml)倒入其中，再加入約3 ml ccl4，蓋好分液漏斗的玻璃塞。用左手輕輕壓住玻璃塞，右手握住活塞處，然后倒轉(zhuǎn)漏斗，用力振蕩搖勻，并不時(shí)旋開(kāi)活塞放氣。將分液漏斗垂直放在鐵架臺(tái)的鐵圈上，如圖所示。將漏斗上口的玻璃塞打開(kāi)，靜置，觀察現(xiàn)象。打開(kāi)分液漏斗的活塞，用錐形瓶接收下層液體。從分液漏斗上口倒出上層液體。用碘水代替溴水，重復(fù)以上操作。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：混合液體靜置分層，上層都近乎無(wú)色，萃取溴時(shí)，下層呈橙紅色，萃取碘時(shí)，下層呈紫紅色。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：利用溴和碘在水和有機(jī)溶劑中溶解性的不同可用ccl4將溴水中的溴或碘水中的碘萃取出來(lái)。談重點(diǎn) 萃取與分液：萃取劑必須符合三個(gè)條件：萃取劑與原溶劑互不相溶，萃取劑與原溶液不發(fā)生反應(yīng)；溶質(zhì)在萃取劑中的溶解性比在原溶劑中的溶解性大。萃取常在分液漏斗中進(jìn)行，分液是萃取操作中的一個(gè)步驟，分液常用于將兩種互不相溶的液體分開(kāi)。分液時(shí)，打開(kāi)分液漏斗的活塞，將下層液體從下口放出，當(dāng)下層液體剛好放完時(shí)要立即關(guān)閉活塞，將上層液體從分液漏斗上口倒出。(3)氯、溴和碘單質(zhì)的氧化性強(qiáng)弱比較氧化還原反應(yīng)發(fā)生：氧化劑a還原劑b還原產(chǎn)物c氧化產(chǎn)物d，則氧化性：ad，實(shí)驗(yàn)室中可以利用該原理比較不同物質(zhì)的氧化性強(qiáng)弱。實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)記錄：實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)結(jié)論或化學(xué)方程式氯水nabr溶液氯水滴入nabr溶液中，溶液變黃色2nabrcl2=2naclbr2(2brcl2=2clbr2)氯水ki溶液氯水滴入ki溶液中，溶液變?yōu)樯铧S色2kicl2=2kcli2(2icl2=2cli2)溴水nacl溶液無(wú)明顯現(xiàn)象不反應(yīng)溴水ki溶液溴水滴入ki溶液中，溶液變?yōu)樯铧S色2kibr2=2kbri2(2ibr2=2bri2)碘水nacl溶液無(wú)明顯現(xiàn)象不反應(yīng)碘水nabr溶液無(wú)明顯現(xiàn)象不反應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看出氧化性：cl2br2i2。這是因?yàn)槁仍佑腥齻€(gè)電子層，溴原子有四個(gè)電子層，碘原子有五個(gè)電子層，隨著電子層數(shù)的增加，原子得到電子的能力越來(lái)越小，表現(xiàn)為單質(zhì)的氧化性越來(lái)越弱。(4)溴的提取與用途溴的提取溴單質(zhì)的氧化性介于氯和碘單質(zhì)的氧化性之間，因此，在海水提溴的化工生產(chǎn)中可以選用氯氣作氧化劑。從海水中提取溴，一般要經(jīng)歷濃縮、氧化和提取三個(gè)步驟。a濃縮：海水中br的含量一般為0.067 gl1，而苦鹵(海水曬鹽后得到的母液)中br的含量大得多，可做提取溴的原料。在工業(yè)上，海水提溴可以和海水曬鹽聯(lián)合進(jìn)行。b氧化：將br轉(zhuǎn)化為br2需要加氧化劑，一般用氯氣做氧化劑。cl22br=2clbr2c提?。和ㄟ^(guò)上述反應(yīng)，生成的溴單質(zhì)依然溶解在苦鹵中，利用溴的揮發(fā)性，鼓入熱空氣或水蒸氣，就可將溴分離出來(lái)。工藝流程如下圖所示：溴的用途【例3】 向nai和nabr的混合溶液中通入過(guò)量的cl2，充分反應(yīng)后將溶液蒸干，灼燒殘余物，最后剩下的物質(zhì)是()anacl、i2、cl2 bnacl、i2cnacl、nabr dnacl解析：鹵素單質(zhì)的氧化能力cl2br2i2，因而將過(guò)量的cl2通入nai和nabr溶液中時(shí)，nai和nabr均能完全反應(yīng)生成nacl、i2和br2，又因?yàn)閎r2易揮發(fā)，i2易升華，因此將溶液蒸干、灼燒后就只剩下nacl。答案：d過(guò)量cl2通入nabr、nai溶液再加熱蒸干，最后只剩nacl。若少量cl2通入nai、nabr溶液再加熱蒸干，最后的固體物質(zhì)可能是：nacl、nabr或nacl、nabr、nai。4粗鹽的精制粗鹽中常含有ca2、mg2、so等雜質(zhì)，應(yīng)設(shè)法將這些雜質(zhì)除去，除雜步驟一般如下：(1)加過(guò)量bacl2溶液，除去so。(2)加過(guò)量naoh溶液，除去mg2。(3)加過(guò)量na2co3溶液，除去ba2、ca2，過(guò)濾。(4)向?yàn)V液中加入稀鹽酸至溶液呈中性，除去co和oh。析規(guī)律 提純和分離物質(zhì)的“四原則”、“三必須”：(1)“四原則”是：不增(提純過(guò)程中不增加新的雜質(zhì))；不減(不減少被提純的物質(zhì))；易分離(被提純物質(zhì)與雜質(zhì)易分離)；易復(fù)原(被提純物質(zhì)要容易復(fù)原)。(2)“三必須”是：除雜試劑必須過(guò)量；過(guò)量試劑必須除盡(不能因?yàn)樵噭┻^(guò)量帶入新雜質(zhì))；除雜途徑選最佳?！纠?】 為了除去粗鹽中ca2、mg2、so及泥沙，可將粗鹽溶于水，然后進(jìn)行下列五項(xiàng)操作。其中正確的操作順序是()過(guò)濾加過(guò)量的naoh溶液加適量鹽酸加過(guò)量na2co3溶液加過(guò)量bacl2溶液abc d解析：了解了各個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的目的，才能分清操作順序。ca2、mg2、so均可轉(zhuǎn)化為不同的沉淀物質(zhì)而除去。這里需要考慮兩個(gè)問(wèn)題。一是選用哪種試劑可使某離子沉淀最完全。如除去mg2，可選co，也可選oh作沉淀劑，兩者比較，選oh較好。二是保證雜質(zhì)離子除盡，所加試劑應(yīng)過(guò)量。這樣就出現(xiàn)除去了某離子，又帶進(jìn)了新的雜質(zhì)的問(wèn)題，所以在后續(xù)操作中還必須考慮除去前面操作中由于加入了過(guò)量試劑留下的雜質(zhì)。如加過(guò)量的bacl2溶液來(lái)除去so以后，帶入的ba2將和ca2一起用na2co3溶液除去，過(guò)量的oh和co必須通過(guò)加適量的鹽酸來(lái)除去?？紤]到這一點(diǎn)，就可確定操作必須在操作之前，操作和操作必須在操作之前，過(guò)濾操作必須在加入適量鹽酸之前進(jìn)行。答案：cd5.鹵素單質(zhì)的氧化性和鹵素陰離子x的還原性氧化性：f2cl2br2i2還原性：ibrclf(1)氧化性強(qiáng)的氧化劑與還原性強(qiáng)的還原劑能發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成氧化性弱的氧化產(chǎn)物和還原性弱的還原產(chǎn)物，反之，則不能發(fā)生反應(yīng)。這既是判斷氧化還原反應(yīng)能否發(fā)生的依據(jù)，又是比較氧化性、還原性強(qiáng)弱的基本方法。例如f2的氧化性最強(qiáng)，它可將其他離子從其熔融鹽中置換出來(lái)，f的還原性最弱。(2)當(dāng)同一種氧化劑與多種還原劑作用時(shí)，首先是還原性最強(qiáng)的還原劑被氧化，還原性最強(qiáng)的還原劑被全部氧化后，再按還原性由強(qiáng)到弱的順序依次氧化其他還原劑；當(dāng)同一種還原劑與多種氧化劑作用時(shí)，首先是氧化性最強(qiáng)的被還原，氧化性最強(qiáng)的氧化劑被全部還原后，再按氧化性由強(qiáng)到弱的順序依次還原其他氧化劑?！纠?】 已知某溶液中cl、br、i的物質(zhì)的量之比為234，現(xiàn)欲使溶液中的cl、br、i的物質(zhì)的量之比改變成432，那么要通入cl2的物質(zhì)的量是原溶液中i的物質(zhì)的量的()a.b.c. d.解析：cl、br、i的還原性逐漸增強(qiáng)，因而通入cl2后，cl2首先氧化i，在i全部被氧化后，才氧化br，cl一直不被氧化。由題意看出，i沒(méi)有被完全氧化，說(shuō)明br沒(méi)有被氧化，發(fā)生的反應(yīng)只有cl22i=i22cl。設(shè)原溶液中cl、br、i的物質(zhì)的量分別為2 mol、3 mol、4 mol，則根據(jù)離子方程式cl22i=i22cl，可知只要通入1 mol cl2就可使溶液中的i由4 mol降到2 mol，而cl由2 mol增至4 mol，且br的物質(zhì)的量保持不變，仍為3 mol，所以通入的cl2與原溶液中i的物質(zhì)的量之比為14。答案：c6鹵素離子的檢驗(yàn)方法在中學(xué)化學(xué)中，鹵素離子的檢驗(yàn)通常是指對(duì)cl、br、i等三種陰離子的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)的方法是根據(jù)其特征性反應(yīng)所表現(xiàn)出來(lái)的特征性質(zhì)作出鑒別。cl、br、i等三種陰離子的特征性反應(yīng)分兩種類型，一是沉淀反應(yīng)，二是還原反應(yīng)，下面就其在離子檢驗(yàn)中的應(yīng)用作簡(jiǎn)要敘述。(1)沉淀檢驗(yàn)法agcl、agbr、agi三種鹵化銀的顏色分別為白色、淡黃色、黃色，它們都既不溶于水又不溶于酸。因此，可以用agno3溶液和稀硝酸作試劑檢驗(yàn)cl、br、i三種陰離子。具體方法一般是先向被檢驗(yàn)的溶液里滴加agno3溶液，再加入足量的稀硝酸，觀察現(xiàn)象。若產(chǎn)生不溶于硝酸的白色沉淀，則被檢驗(yàn)的溶液里含有cl；若產(chǎn)生不溶于硝酸的淡黃色沉淀，則被檢驗(yàn)的溶液里含有br；若產(chǎn)生不溶于硝酸的黃色沉淀，則被檢驗(yàn)的溶液里含有i。有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的離子方程式為：clag=agclbrag=agbriag=agi(2)還原檢驗(yàn)法cl、br、i三種