人教版必修二化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展自然資源的開發(fā)利用優(yōu)秀獎(jiǎng)

《海水資源的開發(fā)利用》導(dǎo)學(xué)案目標(biāo)與素養(yǎng)1.了解海水資源及其利用。（科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任）2.掌握海水化學(xué)資源的開發(fā)和利用，即海水制鹽，海水提鎂、提溴、提碘。（科學(xué)探究與責(zé)任觀念）3.了解海水綜合利用的重要方向。（科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任）自主預(yù)習(xí)一、海水水資源的利用1.海水水資源海洋約占地球表面積的71%，海水約占地球總水量的97%。2.海水水資源的利用（1）海水水資源的利用類型海水水資源的利用主要包括：海水的淡化和直接利用海水進(jìn)行循環(huán)冷卻等。（2）海水淡化的主要方法：蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。（3）海水的蒸餾原理①主要儀器：A：蒸餾燒瓶；B：冷凝管；C：錐形瓶。②冷凝水的流向：a口進(jìn)，b口出。③A中加入碎瓷片的目的：防止海水暴沸。④原理將海水加熱，海水中的水分受熱變成氣態(tài)（其余成分因沸點(diǎn)較高，不易汽化，留在燒瓶中），經(jīng)過冷凝管后又冷凝成液態(tài)水。經(jīng)過蒸餾冷凝得到的液態(tài)水即為淡水。微點(diǎn)撥：（1）燒瓶加熱時(shí)，一定要墊石棉網(wǎng)，防止燒瓶炸裂。（2）燒瓶中的海水量不能超過燒瓶容積的eq\f(2,3)。（3）當(dāng)燒瓶中有少量液體時(shí)，停止加熱。（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，應(yīng)先停止加熱，后停止通入冷卻水。（4）電滲析法和離子交換法簡(jiǎn)介電滲析法在外加直流電場(chǎng)作用下，利用陰、陽(yáng)離子交換膜對(duì)水中陰、陽(yáng)離子的選擇透過性，使水中的一部分離子轉(zhuǎn)移到另一部分水中而達(dá)到除鹽的目的離子交換法用陽(yáng)離子交換樹脂和陰離子交換樹脂除去海水中的陰、陽(yáng)離子，得到去離子水二、海水中化學(xué)資源的利用1.海水中的元素組成（1）海水中H、O兩種元素，加上Cl、Na、K、Ca、Mg、S、C、F、B、Br、Sr等11種元素的總量超過99%，其他為微量元素，共計(jì)含有80多種元素。（2）海水中的金元素的總儲(chǔ)量約為5×106t，而1t海水中金的含量?jī)H為4×10－6g2.海水制NaCl及其他物質(zhì)海水→粗鹽→純NaCleq\f(電解,)eq\b\lc\|\rc\(\a\vs4\al\co1(—制Na、Cl2,—制燒堿,—制純堿,—制鹽酸，漂白粉等))3.海水中提取碘與溴海水提碘（1）流程：海帶灼燒→浸泡→過濾→氧化→萃取→提純→碘單質(zhì)（2）主要的化學(xué)原理：2I－＋H2O2＋2H＋=I2＋2H2O海水提溴（1）方法：在預(yù)先經(jīng)過酸化的濃縮海水中，用Cl2氧化溴離子使之成為溴單質(zhì)，繼而通入空氣和水蒸氣，將溴吹入吸收塔，使溴蒸氣和吸收劑SO2發(fā)生作用轉(zhuǎn)化為氫溴酸以達(dá)到富集的目的。然后，再用Cl2將其氧化得到產(chǎn)品溴（2）主要的化學(xué)原理：Cl2＋2NaBr=Br2＋2NaCl、Br2＋SO2＋2H2O=2HBr＋H2SO4、2HBr＋Cl2=2HCl＋Br24.新能源的開發(fā)（1）從海水中提取鈾和重水，鈾和重水目前是核能開發(fā)中的重要原料。（2）潮汐能、波浪能是待開發(fā)的新型能源。預(yù)習(xí)效果驗(yàn)收1.判斷對(duì)錯(cuò)（對(duì)的打“√”，錯(cuò)的打“×”）（1）海水中Na、Mg、Ca、Cl元素均以化合態(tài)存在（）（2）海水淡化的方法主要有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等（）（3）海水的蒸餾裝置中，冷卻水的方向是從上口進(jìn)水（）（4）“海水曬鹽”的原理是蒸餾（）[提示]（1）√（2）√（3）×（4）×2.下列關(guān)于海水知識(shí)的敘述不正確的是（）A.海水資源的利用包括海水水資源利用和化學(xué)資源利用B.海水既苦又澀，不能直接利用C.海水中某些金屬元素總儲(chǔ)量很大，但富集程度卻很低D.海水淡化應(yīng)同化工生產(chǎn)結(jié)合，同能源技術(shù)結(jié)合[答案]B3.從海水中可以獲得淡水、食鹽，也可提取鎂和溴等物質(zhì)。（1）海水淡化的方法主要有________________________（填一種）。（2）從海水中提取鎂的流程如圖所示：流程中分離Mg（OH）2沉淀的方法是________；寫出反應(yīng)②的化學(xué)方程式：____________________________。（3）從海水中提取溴的主要反應(yīng)原理是先向濃縮的海水中通入氯氣，將溴離子氧化以待下一步使用。試寫出該步反應(yīng)的離子方程式：_________________。[答案]（1）蒸餾法（或電滲析法、離子交換法等）（2）過濾MgCl2（熔融）eq\o(=,\s\up9(電解))Mg＋Cl2↑（3）Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－核心突破1.海水提溴海水提溴的主要方法是空氣吹出法。（1）主要流程eq\x(海水)eq\o(→,\s\up9(濃縮),\s\do8(酸化))eq\x(濃縮海水Br－)eq\o(→,\s\up9(通入Cl2),\s\do8(通入空氣、水蒸氣))eq\x(吸收塔SO2)eq\o(→,\s\up9(反應(yīng)后),\s\do8(富集溴))eq\x(HBr、SO\o\al(2－,4))eq\o(→,\s\up9(通入Cl2后),\s\do8(提取Br2))eq\x(Br2、Cl－)（2）主要反應(yīng)①Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－（氧化）；②Br2＋SO2＋2H2O=2HBr＋H2SO4（富集）；③Cl2＋2Br－=Br2＋2Cl－（提?。?.海帶中提碘（1）海帶中含有碘元素的檢驗(yàn)①關(guān)鍵反應(yīng)的反應(yīng)原理：2H＋＋2I－＋H2O2=I2＋2H2O。②實(shí)驗(yàn)步驟及證明方法（2）海帶中提碘①流程：海帶→浸泡→氧化→過濾→提純→碘單質(zhì)。②主要的化學(xué)反應(yīng)原理：2KI＋H2O2＋H2SO4=I2＋K2SO4＋2H2O或Cl2＋2KI=2KCl＋I(xiàn)2。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練1.下列有關(guān)從海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)原理和裝置能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖牵ǎ┘滓冶.用裝置甲灼燒碎海帶B.用裝置乙過濾海帶灰的浸泡液C.用裝置丙制備用于氧化浸泡液中I－的Cl2D.用裝置丁吸收氧化浸泡液中I－后的Cl2尾氣答案：B[灼燒碎海帶應(yīng)用坩堝，A項(xiàng)錯(cuò)誤；海帶灰的浸泡液用過濾法分離獲得含I－的溶液，B項(xiàng)正確；MnO2與濃鹽酸反應(yīng)制Cl2需要加熱，反應(yīng)的化學(xué)方程式為MnO2＋4HCl（濃）eq\o(=,\s\up9(△))MnCl2＋Cl2↑＋2H2O，C項(xiàng)錯(cuò)誤；Cl2在飽和NaCl溶液中溶解度很小，不能用飽和NaCl溶液吸收尾氣Cl2，尾氣Cl2應(yīng)用NaOH溶液吸收，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]2.溴有“海洋元素”之稱，海水中溴含量約為65mg·L－1。某同學(xué)按下列方法在實(shí)驗(yàn)室模擬海水中溴的提取。將適量新制氯水加入到20mL富含溴離子的海水中，把溴置換出來。氯水中的氯氣作______________劑，涉及反應(yīng)的離子方程式為____________________________。得到的單質(zhì)溴可以用有機(jī)溶劑在____________（儀器）中實(shí)現(xiàn)萃取富集，萃取試劑用____________、苯等，得到的有機(jī)層顯________色。[解析]]把溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)時(shí)，溴離子發(fā)生氧化反應(yīng)，因此需要氧化劑，氯氣可以將Br－氧化為Br2。根據(jù)萃取的原理，要從水溶液中萃取某種溶質(zhì)，所選擇的萃取劑一定要和水互不相溶，且該溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度比在水中的大。溴單質(zhì)在有機(jī)溶劑中的顏色是橙紅色。[答案]氧化Cl2＋2Br－=2Cl－＋Br2分液漏斗四氯化碳橙紅海水中提取鎂和鈉1.海水提鎂（1）化學(xué)工藝流程（2）涉及的主要反應(yīng)①CaCO3eq\o(=,\s\up9(煅燒))CaO＋CO2↑；②CaO＋H2O=Ca（OH）2；③Ca（OH）2＋MgCl2=Mg（OH）2↓＋CaCl2；④Mg（OH）2＋2HCl=MgCl2＋2H2O；⑤MgCl2（熔融）eq\o(=,\s\up9(電解))Mg＋Cl2↑。2.海水提鈉及鈉化合物（1）化學(xué)工藝流程（2）涉及的主要反應(yīng)①2NaCl（熔融）eq\o(=,\s\up9(電解))2Na＋Cl2↑（制Na、Cl2）；②2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up9(電解))2NaOH＋Cl2↑＋H2↑（制NaOH、Cl2、H2）；③NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練3.下表是氧化鎂和氯化鎂的熔、沸點(diǎn)數(shù)據(jù)：物質(zhì)氧化鎂氯化鎂熔點(diǎn)/℃2852714沸點(diǎn)/℃36001412請(qǐng)參考以上數(shù)據(jù)分析，從海水中提取鎂，正確的方法是（）A.海水eq\o(→,\s\up9(NaOH))Mg（OH）2eq\o(→,\s\up9(電解))MgB.海水eq\o(→,\s\up9(HCl))MgCl2溶液→MgCl2晶體eq\o(→,\s\up9(電解))MgC.海水eq\o(→,\s\up9(石灰乳))Mg（OH）2eq\o(→,\s\up9(灼燒))MgOeq\o(→,\s\up9(電解))MgD.海水eq\o(→,\s\up9(石灰乳))Mg（OH）2eq\o(→,\s\up9(HCl))MgCl2溶液eq\o(→,\s\up9(HCl氣流))MgCl2（熔融）eq\o(→,\s\up9(電解))Mg答案：D[解答本題既要知道鎂是由電解熔融的MgCl2得到，還要知道實(shí)際生產(chǎn)中從海水提取MgCl2的途徑及原料的合理使用（用石灰乳而不用NaOH）。]4.海洋中有豐富的食品、礦產(chǎn)、能源、藥物和水產(chǎn)資源等（如圖所示）。下列有關(guān)說法正確的是（）A.大量的氮、磷廢水排入海洋，易引發(fā)赤潮B.工段③中加入鹽酸溶解得到MgCl2溶液，再直接蒸發(fā)得到MgCl2·6H2OC.在工段④⑤⑥中溴元素均被氧化D.工段①中除去粗鹽中的SOeq\o\al(2－,4)、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋等雜質(zhì)，加入的藥品順序?yàn)镹a2CO3溶液→NaOH溶液→BaCl2溶液→過濾后加鹽酸答案：A[廢水中含有大量的氮、磷等元素，排入海洋，能引起赤潮，A項(xiàng)正確；MgCl2溶液直接蒸發(fā)得不到MgCl2·6H2O，B項(xiàng)錯(cuò)誤；反應(yīng)⑤為Br2＋SO2＋2H2O=H2SO4＋2HBr，溴元素被還原，C項(xiàng)錯(cuò)誤；粗鹽提純的順序中要注意兩點(diǎn)，一是Na2CO3溶液在BaCl2溶液后加入，二是鹽酸最后加入，D項(xiàng)錯(cuò)誤。]當(dāng)堂達(dá)標(biāo)1.許多國(guó)家十分重視海水資源的綜合利用，不需要化學(xué)變化就能從海水中獲得的物質(zhì)是（）、Br2、I2 、Mg、AlC.食鹽、淡水 、H2[答案]C是海水中提取出來的一種重要物質(zhì)，除食用外，它還是一種工業(yè)原料。下列以NaCl為原料的產(chǎn)品（或物質(zhì)）是（）①燒堿②純堿③金屬鈉④氯氣⑤鹽酸A.①②③④⑤ B.①②③④C，①②③⑤ D.①②④⑤[答案]A[在氯堿工業(yè)中：2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up9(電解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑，H2與Cl2化合被水吸收可得鹽酸。2NaCl（熔融）eq\o(=,\s\up9(電解))2Na＋Cl2↑。在制純堿工業(yè)中主要利用如下原理：NaCl＋CO2＋NH3＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl；2NaHCO3eq\o(=,\s\up9(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑。]世紀(jì)以來，國(guó)與國(guó)之間因?qū)?quán)的爭(zhēng)奪引起的摩擦接連不斷，在捍衛(wèi)主權(quán)的同時(shí)，人們看重的是海洋這個(gè)巨大寶藏，下列有關(guān)海洋資源綜合利用的說法不正確的是（）A.利用海水波浪發(fā)電是將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能B.從海水中提取溴單質(zhì)一定伴有化學(xué)變化C.從海水中提取Na時(shí)可電解NaCl水溶液D.積極研發(fā)海水直接冷卻技術(shù)，可減少煤炭的使用量，有利于環(huán)境保護(hù)[答案]C4.某課外小組將灼燒海帶產(chǎn)生的灰燼浸泡后過濾，得到澄清的濾液。他們?cè)O(shè)計(jì)了如下的幾個(gè)方案，你認(rèn)為能證明海帶的灰燼中含有碘元素的是（）A.取適量濾液，蒸干，觀察是否有紫色固體生成B.取適量濾液，加入苯，振蕩，靜置，苯層無色，證明不含碘元素C.取適量濾液，向其中加入淀粉溶液，無明顯現(xiàn)象，證明不含碘元素D.取適量濾液，加入酸化的H2O2，再加入淀粉溶液，呈藍(lán)色，證明含有碘元素[答案]D[海帶的灰燼中含有的碘元素，是以I－形式存在的，不是以單質(zhì)形式存在，所以A、B、C均不正確；D中發(fā)生了氧化還原反應(yīng)：H2O2＋2I－＋2H＋=I2＋2H2O，產(chǎn)生了I2，使淀粉溶液呈藍(lán)色。]5.海水是巨大的資源寶庫(kù)，從海水中提取食鹽和溴的過程如下：（1）請(qǐng)列舉海水淡化的兩種方法：________、________。（2）步驟Ⅰ中已獲得Br2，步驟Ⅱ中又將Br2還原為Br－，其目的為___________________________________________________________________________________________________________________。（3）步驟Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可達(dá)95%，有關(guān)反應(yīng)的離子方程式為_________________________________________________________。[解析]（1）海水淡化方法有蒸餾法、電滲析法、離子交換法等。（2）步驟Ⅰ中已獲