海水中的化学元素.doc

海水中蕴含着丰富的元素，元素周期表中列出的110多种元素，有80多种在海水中能找到。这些元素大部分以盐的形式存在，其中NaCl的含量较高，食盐主要是用海水晒盐的方法获得，氯碱工业就是以食盐为原料进行生产的。从海水中还可以提取出MgCl2，然后电解MgCl2得到金属镁，还能提炼出溴、碘等，可以说，海水是一个巨大的化学资源宝库。 【重点难点】重点：从海水中获取NaCl、Mg、Br2。难点：氯碱工业，提取镁、溴的化学原理。 【知识讲解】地壳中含有丰富的元素，而海水占地球表面的70以上，其中蕴含的元素更丰富，研究海水中的化学资源，就能从海水中得到很多有用的物质。一、海水化学元素宝库 1、海水中含丰富的元素 元素周期表中的110多种元素，海水中含有80多种，而且海水的量又比较多，故有些元素的含量极其丰富，有很大的开采、使用价值。2、海水中各种元素的来源 海水中的这些元素，是通过河流、大气及海底火山活动等途径，从地球的其他圈层进入海洋的。由陆地河流和大气进入海洋的物质，90是由江河输入海洋的，10由冰和大气尘埃输入。虽然来源不同，输入海洋的物质的数量随地理位置和时间的不同而有所变化，但海水的浩大，还能使某一海区海水的性质趋于一致。3、海水中的常量元素和微量元素 (1)常量元素：每升海水中含量大于 1mg 的元素为常量元素。 常见的常量元素有Cl、Na、Mg、S、Ca、K、C、Sr、Br、B、F这11种元素，它们的总量占海水所溶解物质总量的99.9。Cl、Na两种元素的含量最高，海水中 NaCl 的含量特别丰富。(2)微量元素：每升海水中含量低于1mg的元素称为微量元素。 虽然微量元素的含量较低，但由于海水的质量很大，故含的这些元素的质量也很可观，还是有很大的开采价值，如：海水中锂元素的含量达到2.51011吨，而锂可用于制造心脏起博器中的锂电池，是热核反应的重要材料之一。铀元素(235U)用做制原子弹和核反应堆的燃料，1kg235U全部裂变释放的能量相当于2500吨优质煤燃烧释放出的能量，故铀的使用价值相当大。可知，用海水为原料提取一些重要的物质，是工业生产的一个方向，现在应用较广的为海水提取盐、提取Mg和溴。二、海水晒盐 1、海水中盐的含量 海水中所含的元素大部分以盐的形式存在，整个海洋中溶解盐类物质高达51017吨之多，其中NaCl的含量80以上，我们的生活用盐、工业用盐都是从海水中提取出来的。2、海水晒盐的原理 由于NaCl的溶解度随温度的升高而变化不大，故实验室从饱和食盐水中获得NaCl一般不采用冷却热饱和溶液法，而是采用蒸发溶剂法，同样，工业生产食盐也是利用该原理，海水晒盐就是把水分挥发掉而析出NaCl晶体。3、食盐对人体的作用 食盐常用于生活中的调味品，是因为它是人体所必需的物质，对人体的血液循环和新陈代谢有重要作用。 若人体缺盐就会使人头晕、无力，长期缺盐会导致心脏病，但过多地摄入食盐又可能引发肾脏疾病和高血压病等。可见，NaCl是人体不可缺少的物质，NaCl不仅对人体有用，在工业生产中，它也是一种很重要的工业原料。4、氯化钠在工业上的应用 实验 如图，U形管中注入饱和食盐水，并滴入几滴酚酞试液，然后插入电极，接通电源。 现象：a、b两极都有气泡产生，a极产生的气体为无色气体，收集后在酒精灯火焰上点燃，有尖锐的爆鸣声，b 极产生的气体为黄绿色气体，能使湿润的淀粉KI试纸变蓝。同时a极区溶液变红。 分析：a极产生了可燃性气体，为H2，同时，溶液变红，说明有OH-生成，b极产生的为黄绿色的Cl2，这就是电解食盐水的反应，该反应是氯碱工业的生产原理。 (1)氯碱工业的原理： a极(阴极)：2H+2e-H2，H+被消耗，H2O电离的OH-增多，溶液呈碱性，使酚酞呈红色。 b极(阳极)：2Cl-2e- Cl2 总反应：2NaCl2H2O2NaOHH2Cl2 (2)氯碱工业的应用 通过氯碱工业，可制得H2、Cl2、NaOH，Cl2、NaOH可作为重要的工业原料合成其它物质。 (3)NaCl制取金属钠 2NaCl(熔融)2NaCl2工业上利用该反应制取金属钠和Cl2，电极反应为阳极：2Cl-2e-Cl2，阴极：2Na+2e-2Na。 三、镁和海水提取镁 海水中镁元素的总储量约为21015吨，故镁主要从海水中提取。 1、海水提取镁的原理 (1)海水加碱 (Ca(OH)2)：Mg2+2OH-Mg(OH)2 (2)沉淀过滤，加入盐酸：Mg(OH)22HClMgCl22H2O (3)蒸发结晶得MgCl26H2O晶体，然后电解熔融的MgCl2：MgCl2(熔融)MgCl2 另一种方法为：以光卤石(KClMgCl26H2O)为原料，用结晶法从光卤石溶液中提出KCl，剩下的溶液浓缩成MgCl26H2O，同样用电解MgCl2(熔融)的方法制金属Mg。 2、镁的重要性及用途 (1)镁的物理性质： 镁为银白色金属，密度较小，镁铝合金机械性能好，强度高，故该合金常用于制飞机、火箭的重要原料，故Mg又称为“国防金属”。 (2)镁的化学性质：单质镁为活泼金属，能做还原剂 实验：把两根镁条，用砂纸擦去表面的氧化物，然后用坩埚钳夹住，在酒精灯上点燃，观察现象，然后分别伸进盛有CO2、N2的集气瓶中，观察现象。现象：镁条在空气中燃烧，发出耀眼的强光，生成白色粉末，伸进盛有CO2、N2的镁条也都继续燃烧。分析：Mg与O2、CO2、N2在点燃的条件下都发生反应，方程式分别为 2MgO22MgO 2MgCO22MgOC 3MgN2Mg3N2Mg常温下在空气中，其表面会被空气中的氧气氧化生成致密的氧化膜(MgO)，对Mg起到保护作用，Mg与N2生成的Mg3N2可以水解生成Mg(OH)2、NH3，这些反应在物质转化方面起到很重要的作用。Mg与酸反应能放出H2，有时Mg也能与一些盐溶液反应：Mg粉撒入NH4Cl溶液中能放出气体，反应为：Mg2NH4Cl2NH3 MgCl2H2 Mg的单质及常见化合物的转化关系如下图所示 四、溴和海水提溴 地球上99的溴元素以Br-形式存在于海水中，故人们把溴称为“海洋元素”，同时海水中也含一定量的碘元素，从海水中提取Br2、I2是生产Br2、I2的重要方法。1、海水提溴： (1)浓缩：海水中Br-的浓度较低，需蒸发水分进行浓缩，或者利用海水晒盐后剩余的部分(又称苦卤)做制取Br2 的原料。 (2)氧化：苦卤中通Cl2，把Br-氧化，反应为：Cl22Br-2Cl-Br2(3)提取：Br2仍溶解在溶液中，先用热空气把Br2吹出(因为Br2易挥发)，用Na2CO3溶液吸收吹出的Br2： 3Br23CO32-5Br-BrO3-3CO2然后在上述溶液中再加H2SO4酸化，重新生成Br2。5Br-BrO3-6H3Br23H2O 海水中碘元素的含量约有9.3103吨，其中海藻灰中(NaI)含量较高，可用浓H2SO4把NaI中I氧化为I2。 2NaI2H2SO4(浓)Na2SO4I2SO22H2O2、Br2、I2单质的性质： (1)Br2、I2的物理性质 实验：观察Br2、I2单质的颜色、状态、闻气味。取少量Br2、I2单质，分别加入H2O、酒精、CCl4、汽油中，观察溶解情况，加热溴、碘单质。实验记录 总结：Br2、I2的物理性质： Br2为深红棕色的液体，碘为紫黑色晶体，都不易溶于水，易溶于酒精、CCl4、汽油、苯等有机溶剂。溴易挥发，碘易升华。 (2)萃取：Br2、I2在有机溶剂中溶解程度远大于在水中的溶解，故有机溶剂能从溴水、碘水中把Br2、I2夺取过去，这种现象为萃取。 实验：向盛有溴水、碘水的两支试管中，分别加入CCl4、振荡，静止后观察现象。 现象：两支试管中都出现分层现象，上层为无色的水层，下层为有机层(CCl4的密度大于水)且溴在CCl4中为橙红色，I2在CCl4为紫红色。 结论：不溶于水的有机溶剂(苯、CCl4、汽油)能从溴水、碘水中萃取Br2、I2，利用此方法可以从水溶液中分离出 Br2、I2。 (3)Br2、I2的化学性质 Br2、I2的化学性质与Cl2很相似，能与金属单质(Na、Mg、Fe等)、非金属单质(H2)、H2O、碱溶液反应，体现出同族元素性质的相似性，Cl2、Br2、I2差异性是什么呢？主要体现在三者氧化性的不同，Cl2、Br2、I2的氧化性存什么样的关系呢？ 活动探究Cl2、Br2、I2氧化性的比较。实验：把氯水分别滴入NaBr溶液、NaI溶液中，滴入CCl4溶液，把溴水滴入NaI溶液中，滴入CCl4溶液，观察现象可知，Cl2、Br2、I2的氧化性强弱为Cl2Br2I2海水是一个巨大的化学资源宝库，但有些元素从海水中提取还较为困难，需要科学家们继续探索。 【本节小结】： 海水的综合利用可用下图体现出来： 【例题分析】例1、从海水中获得Br2的过程是把Cl2通入加热到90，pH3.5的卤水中，将Br-氧化为Br2，用空气吹出生成的Br2，被Na2CO3溶液吸收得到NaBr、NaBrO3混合溶液，再用硫酸酸化混合液，即可得到Br2。写出有关的离子方程式。 (1)Na2CO3溶液吸收Br2_。(2)用硫酸酸化混合液制取Br2_。解析：海水中的溴元素含量很高，主要以Br-的形式的存在，但浓度太小，苦卤中Br-含量较高，故先用氧化剂(Cl2)把Br-氧化为Br2。题中介绍了Br2从溶液中脱离出来的方法，然后再重新生成Br2，题目涉及了Br2反应的歧化反应和生成Br2的归中反应，考查的较为灵活。 答案：(1)3Br23CO32-5Br-BrO3-3CO2 (2)5Br-BrO3-6H3Br23H2O 例2、阅读下面一段化学史短文后，回答有关问题： 库式图是法国的一位化学家。1811年的某一天，他偶然发现海藻灰与浓硫酸作用后，放出一股美丽的紫色气体，这种气体冷凝后不形成气体，而变成暗黑色的带有金属光泽的晶体，他发现这种物质与氧、碳都不易反应。但却能和氢、磷等非金属、钠、镁等金属反应。回答 (1)写出这种新元素的名称_。(2)写出海藻灰与浓硫酸作用得到该元素的单质的化学方程式_。 解析：海藻灰中含有碘化物，如KI、NaI等。跟浓硫酸反应能生成HI，HI进而被浓硫酸氧化为I2。答案：(1) 碘。 (2)H2SO4(浓)KIKHSO4HI H2SO4(浓)NaINaHSO4HI 8HIH2SO44I2H2S4H2O例3、从海水中可提取多种化工原料，下面是工业上对海水的几项综合利用的示意图： 请回答一下问题：(1)粗盐中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质离子，精制时所用试剂为：盐酸、BaCl2溶液、NaOH溶液、Na2CO3溶液，加入试剂的顺序是_。(2)写出电解饱和食盐水的总反应式：_。 (3)用海滩上的贝壳制 Ca(OH)2的有关反应式是_。 (4)写出制取Mg(OH)2的化学方程式_。(5)工业上冶炼镁时采用电解MgCl2而不采用电解MgO，其原因是_。(6)电解无水MgCl2可制得金属镁和氯气，利用副产品氯气和粉末状熟石灰反应可制得漂白粉，反应的化学方程式为_。 解析：(1)加入试剂的顺序是：BaCl2溶液、NaOH溶液、Na2CO3溶液、盐酸。(2)2NaCl2H2O2NaOHCl2H2 (3)CaCO3CaOCO2，CaOH2OCa(OH)2(4)Ca(OH)2MgCl2CaCl2Mg(OH)2 (5)原因为：MgCl2熔点低于MgO，因此用电解熔融MgCl2的方法制取金属镁比较节省能源。 (6)2Cl22Ca(OH)2CaCl2Ca(ClO)22H2O 【达标练习】 1、0.1mol镁粉分别在足量的O2、CO2、N2中燃烧，生成固体的质量依次为W1、W2、W3。下列关系式中正确的是()A、W2W1W3 B、W1W2W3 C、W1W2W3 D、W3W2W12、镁条在下列气体中不能燃烧的是（） A、N2 B、O2 C、CO2 D、H23、下列溶剂能溶解Br2、I2，但不能把I2和Br2从碘水或溴水中萃取出来的是（）A、汽油 B、苯 C、四氯化碳 D、酒精 4、下列海水中的元素属于微量元素的是（） A、氟 B、氯C、溴 D、碘 5、下列不属于氯碱工业产品的是（） A、H2B、Na2CO3 C、NaOH D、Cl26、为实现中国2000年消除碘缺乏病的目标，卫生部规定食盐必须加碘，其中碘以碘酸钾(KIO3)形式存在，已知酸性溶液中IO3-可与I-发生：IO3-5I-6H+3I23H2O反应，据此反应，可用试纸和一些生活中常见的物质进行实验，证明在食盐中存在IO3-。可供选用的物质有：自来水；蓝色石蕊试纸；碘化钾粉试纸；淀粉；食糖；食醋；白酒。进行上述实验时必须使用的物质是（）A、 B、 C、 D、7、甲、乙、丙三种溶液各含有一种X-(X-为Cl-、Br-、I-) 离子，向甲中加淀粉溶液和氯水，则溶液变为橙色，再加丙溶液，颜色无明显变化，则甲、乙、丙依次含有（） A、Br-、Cl-、I- B、Br-、I-、Cl-C、I-、Br-、Cl- D、Cl-、I-、Br-8、点燃的镁条可以像在CO2中那样在SO2中继续燃烧，但反应比镁和CO2反应更加剧烈。反应结束后，在盛SO2的的广品瓶中可能存在的生成物是(写化学式)_，反应化学方程是_。9、在已知提取氯化钠、溴、镁等化学物质的富碘卤水中，采用下