《海水的綜合利用》課件

1、 浩瀚的海洋是個(gè)巨大的資源寶庫，它不僅孕育著無數(shù)浩瀚的海洋是個(gè)巨大的資源寶庫，它不僅孕育著無數(shù)的生命，還孕育著豐富的礦產(chǎn)，而海水本身含有大量的的生命，還孕育著豐富的礦產(chǎn)，而海水本身含有大量的化學(xué)物質(zhì)，又是寶貴的化學(xué)資源化學(xué)物質(zhì)，又是寶貴的化學(xué)資源 海水中儲(chǔ)有大量的化學(xué)海水中儲(chǔ)有大量的化學(xué)物質(zhì)，儲(chǔ)量可觀的就有物質(zhì)，儲(chǔ)量可觀的就有80多多種化學(xué)元素，其中種化學(xué)元素，其中70多種可多種可以被人類提取利用，海洋是地以被人類提取利用，海洋是地球上最大的礦產(chǎn)資源庫。全世球上最大的礦產(chǎn)資源庫。全世界每年都要從海洋中提取大量界每年都要從海洋中提取大量的食鹽、鎂、溴、碘、鉀等有的食鹽、鎂、溴、碘、鉀等有用物質(zhì)，

2、海水素有用物質(zhì)，海水素有“液體工業(yè)液體工業(yè)原料原料”之美譽(yù)。之美譽(yù)。一、海水中鹽的開發(fā)與利用一、海水中鹽的開發(fā)與利用結(jié)晶池結(jié)晶池蒸發(fā)池蒸發(fā)池1.1.海水制鹽海水制鹽大連復(fù)州灣鹽場大連復(fù)州灣鹽場海南鶯歌海鹽場結(jié)晶池海南鶯歌海鹽場結(jié)晶池 鹽是人類日常生活中的必需品，也是很多工業(yè)部門的原料之一，而海鹽是人類日常生活中的必需品，也是很多工業(yè)部門的原料之一，而海鹽又是鹽的主要來源之一。鹽又是鹽的主要來源之一。 海水制鹽的方法主要有三種，即：鹽田法、電滲析法和冷凍法。鹽田海水制鹽的方法主要有三種，即：鹽田法、電滲析法和冷凍法。鹽田法歷史最悠久，而且也是最簡便和經(jīng)濟(jì)有效的方法，現(xiàn)在還在廣泛采用。法歷史最悠久

3、，而且也是最簡便和經(jīng)濟(jì)有效的方法，現(xiàn)在還在廣泛采用。 2 2、食鹽資源的利用、食鹽資源的利用氯堿工業(yè) 以食鹽為原料制取以食鹽為原料制取NaOHNaOH Cl2 H2 Cl2 H2 再再進(jìn)一步生產(chǎn)一系列的化工產(chǎn)品的工業(yè)進(jìn)一步生產(chǎn)一系列的化工產(chǎn)品的工業(yè) 動(dòng)手、動(dòng)腦：分析圖動(dòng)手、動(dòng)腦：分析圖2-92-9所示實(shí)驗(yàn)，所示實(shí)驗(yàn)，溶液中離子的運(yùn)動(dòng)，兩極的電極反溶液中離子的運(yùn)動(dòng)，兩極的電極反應(yīng)式應(yīng)式（1）電解飽和食鹽水反應(yīng)原理 陰極：陰極： 陽極：陽極：總反應(yīng)：總反應(yīng)：2H+ + 2e- = H22Cl- -2e- = Cl22H2O + 2Cl- = H2 + Cl2 + 2OH- 電解電解2H2O + 2

4、NaCl = H2 + Cl2 + 2NaOH電解電解思考？上述裝置的弱點(diǎn)：上述裝置的弱點(diǎn)：1.H2和和Cl2 混合不安全混合不安全2.Cl2會(huì)和會(huì)和NaOH反應(yīng)，會(huì)使得到的反應(yīng)，會(huì)使得到的NaOH不純不純(2)離子交換膜法制燒堿+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡鹽水淡鹽水NaOH溶液溶液精制飽和精制飽和NaCl溶液溶液H2O（含少量（含少量NaOH）離子交換膜離子交換膜 陽陽 極極金屬鈦網(wǎng)金屬鈦網(wǎng)陰陰 極極碳鋼網(wǎng)碳鋼網(wǎng)1. 生產(chǎn)設(shè)備名稱：離子交換膜電解槽生產(chǎn)設(shè)備名稱：離子交換膜電解槽 陽極：陽極：金屬鈦網(wǎng)金屬鈦網(wǎng)(涂鈦釕氧化物涂鈦釕氧化物) 陰極：陰極：碳鋼網(wǎng)碳鋼網(wǎng)(有鎳涂層有鎳涂層)

5、陽離子交換膜：陽離子交換膜：只允許只允許陽陽離子通過，把電解離子通過，把電解槽隔成陰極室和陽極室。槽隔成陰極室和陽極室。2. 離子交換膜的作用：離子交換膜的作用： (1)防止氯氣和氫氣混合而引起爆炸防止氯氣和氫氣混合而引起爆炸 (2)避免氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉避免氯氣與氫氧化鈉反應(yīng)生成次氯酸鈉 影響氫氧化鈉的產(chǎn)量影響氫氧化鈉的產(chǎn)量(3)(3)生產(chǎn)流程生產(chǎn)流程1用什么方法除去泥沙？用什么方法除去泥沙？2用什么試劑除去用什么試劑除去Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-？3所用試劑只有過量才能除凈這些雜質(zhì)所用試劑只有過量才能除凈這些雜質(zhì)，你能設(shè)計(jì)一個(gè)合理的順序逐一除雜嗎？，你能設(shè)計(jì)一個(gè)合

6、理的順序逐一除雜嗎？思考：思考：粗鹽水（粗鹽水（Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-）過量過量BaCl2Ba2+ + SO42- =BaSO4Ca2+、Mg2+、Fe3+、Ba2+BaSO4Ca2+ + CO32- = CaCO3Ba2+ + CO32- = BaCO3CaCO3BaCO3過量過量Na2CO3Mg2+、Fe3+、CO32-Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3過量過量NaOHFe(OH)3Mg(OH)2OH-、CO32-精制食鹽水精制食鹽水+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡鹽水淡鹽水NaOH溶液溶液精制飽和精制飽和NaCl溶

7、液溶液H2O（含少量（含少量NaOH）離子交換膜離子交換膜 陽陽 極極金屬鈦網(wǎng)金屬鈦網(wǎng)陰陰 極極碳鋼網(wǎng)碳鋼網(wǎng)1、氧化、氧化 工業(yè)上從海水中提取溴時(shí)，首先通氯氣于工業(yè)上從海水中提取溴時(shí)，首先通氯氣于pH為為3.5左右曬鹽后留下苦鹵左右曬鹽后留下苦鹵(富含富含Br-離子離子)中置換出中置換出Br2。二、海水提溴二、海水提溴Cl2 +2Br - =Br2+ 2Cl - 2. 吹出吹出 然后用空氣把然后用空氣把Br2吹出，再用吹出，再用Na2CO3溶液吸溶液吸收，即得較濃的收，即得較濃的NaBr和和NaBrO3溶液：溶液：3CO32- + 3Br2 = 5Br- + BrO33- + 3CO2最后，用

8、最后，用硫酸硫酸將溶液酸化，將溶液酸化，Br2即從溶液中游離即從溶液中游離出來：出來： 5Br- + BrO33- + 6H+ = 3Br2 + 3H2O 3. 3. 吸收吸收 用還原劑二氧化硫使溴單質(zhì)變?yōu)橛眠€原劑二氧化硫使溴單質(zhì)變?yōu)镠BrHBr，再用氯氣，再用氯氣將其氧化成溴產(chǎn)品。將其氧化成溴產(chǎn)品。Cl2 +2Br - =Br2+ 2Cl - Br2 + SO2+2H2O=2HBr+H2SO4思考：海水是一種混合溶液，其中主要含有哪思考：海水是一種混合溶液，其中主要含有哪些離子？些離子？Cl- Na+ Mg2+ Ca2+ SO42-結(jié)合海水資源的特點(diǎn)，我們從海水中提取鎂結(jié)合海水資源的特點(diǎn)，我

9、們從海水中提取鎂到底有沒有實(shí)際意義？在提取過程中又可能會(huì)面到底有沒有實(shí)際意義？在提取過程中又可能會(huì)面臨怎樣的困難？臨怎樣的困難？三、海水提鎂三、海水提鎂思考：思考：、如何實(shí)現(xiàn)、如何實(shí)現(xiàn)Mg2+ 的富集和分離？的富集和分離？可以加入一種試劑使可以加入一種試劑使Mg2+ 沉淀沉淀、是不是直接往海水中加沉淀劑？、是不是直接往海水中加沉淀劑？不是，因?yàn)楹Ｋ械牟皇?，因?yàn)楹Ｋ械腗g2+ 的濃度很小，直接加沉的濃度很小，直接加沉淀劑不利于淀劑不利于Mg2+ 的沉淀，而且會(huì)增大沉淀劑的用的沉淀，而且會(huì)增大沉淀劑的用量，我們可以先將海水濃縮，再加沉淀劑量，我們可以先將海水濃縮，再加沉淀劑、從綜合角度考慮選用

10、哪種試劑作沉淀劑好？、從綜合角度考慮選用哪種試劑作沉淀劑好？Ca(OH)2思考：思考：如何由貝殼制得氫氧化鈣？如何由貝殼制得氫氧化鈣？貝殼(CaCO3)煅燒煅燒CaOCa(OH)2、從沉淀效果看，澄清石灰水比氫氧、從沉淀效果看，澄清石灰水比氫氧化鈉效果差得多，如何解決這一矛盾？化鈉效果差得多，如何解決這一矛盾？、如何制得無水、如何制得無水MgCl2 ？、由、由MgCl2 到到Mg究竟用還原法還是電解究竟用還原法還是電解法好？法好？思考：用石灰乳代替石灰水用石灰乳代替石灰水先加鹽酸反應(yīng)，再濃縮得先加鹽酸反應(yīng)，再濃縮得MgCl26H2O晶體，然后晶體，然后再將再將MgCl26H2O晶體在晶體在HC

11、l氣氛中加熱脫水即可氣氛中加熱脫水即可得無水得無水MgCl2 由于鎂本身比較活潑，用還原法比較困難，由于鎂本身比較活潑，用還原法比較困難，工業(yè)上常使用電解熔融的氯化鎂得到鎂工業(yè)上常使用電解熔融的氯化鎂得到鎂、請?jiān)O(shè)計(jì)由、請?jiān)O(shè)計(jì)由Mg(OH)2到到Mg的可能途徑。的可能途徑。將石灰水改為石灰乳將石灰水改為石灰乳思考：電解產(chǎn)生的思考：電解產(chǎn)生的Cl2怎么處理？怎么處理？Cl2探究一：取一小段除去氧化膜的鎂條投入盛有一定量稀鹽探究一：取一小段除去氧化膜的鎂條投入盛有一定量稀鹽酸的試管中；酸的試管中；現(xiàn)象：現(xiàn)象： 結(jié)論或化學(xué)方程式結(jié)論或化學(xué)方程式： 鎂條逐漸溶解，有大量氣體產(chǎn)生鎂條逐漸溶解，有大量氣體產(chǎn)

12、生 Mg+2HCl=MgCl2+H2探究二：取一小段除去氧化膜的鎂條投入滴有酚酞的水中；探究二：取一小段除去氧化膜的鎂條投入滴有酚酞的水中；現(xiàn)象：現(xiàn)象： 結(jié)論或化學(xué)方程式：結(jié)論或化學(xué)方程式： 有氣體產(chǎn)生，滴有酚酞的水溶液變紅有氣體產(chǎn)生，滴有酚酞的水溶液變紅(但比鈉與但比鈉與水反應(yīng)緩和得多）水反應(yīng)緩和得多）Mg+H2O=Mg(OH)2+H2探究三：取一根除去氧化膜的鎂條，點(diǎn)燃后插入充滿探究三：取一根除去氧化膜的鎂條，點(diǎn)燃后插入充滿CO2的的集氣瓶中。的的集氣瓶中?，F(xiàn)象：現(xiàn)象： 結(jié)論或化學(xué)方程式：結(jié)論或化學(xué)方程式： 燃著的鎂條在燃著的鎂條在CO2中繼續(xù)燃燒，發(fā)出耀眼的白光，中繼續(xù)燃燒，發(fā)出耀眼的白

13、光，生成白色固體，在集氣瓶的內(nèi)壁有黑色固體附著生成白色固體，在集氣瓶的內(nèi)壁有黑色固體附著2Mg + CO2=2MgO+C點(diǎn)燃四、四、Mg條與氮?dú)獾姆磻?yīng)條與氮?dú)獾姆磻?yīng) 3 Mg +N2= Mg3N2點(diǎn)燃四、從海水中提取重水四、從海水中提取重水 海水中溶存著80多種元素，其中不少元素可以提取利用，具有重要的開發(fā)價(jià)值。據(jù)計(jì)算，每立方千米海水中含有3 750104 t固體物質(zhì)，其中除氯化鈉約3 000104 t外，鎂約450104 t，鉀、溴、碘、釷、鉬、鈾等元素也不少。 中中 國國 海海 域域 鎂鎂在海水中含量很高，僅次于氯和鈉，居第3位。 溴溴的濃度較高，平均為6710-3 mL/L，地球上99以

14、上的溴都儲(chǔ)存在海水里，故溴有“海洋元素”之稱。 碘碘在海水中的濃度只有0.06 10-6，屬于微量元素。 鉀鉀在海水中的總量為500 1012 t以上。海水中所含鉀的儲(chǔ)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鉀鹽礦物儲(chǔ)量。 鈾鈾海水中的總量非?？捎^，達(dá)45108 t，相當(dāng)于陸地儲(chǔ)量的4500倍。 一噸海水中所含重水的核聚變反應(yīng)，可釋放出相當(dāng)于256t石油燃燒所產(chǎn)生的能量。 重水重水核聚變反應(yīng)可釋放出相當(dāng)能量，海水中約有200108 t重水。 提取提取 氘是氫的同位素。氘的原子核除包含一個(gè)質(zhì)子外，比氘是氫的同位素。氘的原子核除包含一個(gè)質(zhì)子外，比氫多了一個(gè)中子。氘的化學(xué)性質(zhì)與氫一樣，但是一個(gè)氘原氫多了一個(gè)中子。氘的化學(xué)性質(zhì)與氫

15、一樣，但是一個(gè)氘原子比一個(gè)氫原子重一倍，所以叫做子比一個(gè)氫原子重一倍，所以叫做“重氫重氫”。氫二氧一化。氫二氧一化合成水，重氫和氧化合成的水叫做合成水，重氫和氧化合成的水叫做“重水重水”。重水主要賦。重水主要賦存于海水中，總量可達(dá)存于海水中，總量可達(dá)250250億噸。重水現(xiàn)在已是核反應(yīng)堆運(yùn)億噸。重水現(xiàn)在已是核反應(yīng)堆運(yùn)行不可缺少的輔助材料，也是制取氘的原料。行不可缺少的輔助材料，也是制取氘的原料。 制備重水有兩種方法：制備重水有兩種方法： 蒸餾法：這種方法只能蒸餾法：這種方法只能得到純度為得到純度為92%92%的的重水；重水； 電解法：可得電解法：可得99.7%99.7%的重水，但消耗電能的重水，但消耗電能特別大特別大 化學(xué)法化學(xué)法：重水可以通過多種方法生產(chǎn)。然而只有兩種方法已證明具有商業(yè)意義： 水 - 硫 化 氫 交 換 法 （