化学：22《海水的综合利用》PPT课件（新人教版-选修2）.ppt

高中化学新人教版选修2系列课件化学与技术 2.2海水的综合利用教学目标教学目标 知识与能力知识与能力 1掌握氯碱工业、海水提溴、海水冶炼镁的化学原理； 2了解海水的综合利用，认识化学科学发展对自然资源利用的作用。 教学重点、难点：教学重点、难点： 氯碱工业、海水提溴、海水冶炼镁的化学原理。 探究建议：探究建议： 1收集资料：海水资源的综合利用。 2查阅有关氯碱工业发展的资料，讨论科学技术对促进生产力发展所起的作用。课时划分课时划分：两课时 浩瀚的海洋是个巨大的资源宝库，它不仅孕育着无数浩瀚的海洋是个巨大的资源宝库，它不仅孕育着无数的生命，还孕育着丰富的矿产，而海水本身含有大量的的生命，还孕育着丰富的矿产，而海水本身含有大量的化学物质，又是宝贵的化学资源化学物质，又是宝贵的化学资源 海水中储有大量的化学海水中储有大量的化学物质，储量可观的就有物质，储量可观的就有80多多种化学元素，其中种化学元素，其中70多种可多种可以被人类提取利用，海洋是地以被人类提取利用，海洋是地球上最大的矿产资源库。全世球上最大的矿产资源库。全世界每年都要从海洋中提取大量界每年都要从海洋中提取大量的食盐、镁、溴、碘、钾等有的食盐、镁、溴、碘、钾等有用物质，海水素有用物质，海水素有“液体工业液体工业原料原料”之美誉。之美誉。一、海水中盐的开发与利用一、海水中盐的开发与利用结晶池结晶池蒸发池蒸发池盐是人类日常生活中的必需品，也是很多工业部门的原料之一，而海盐是人类日常生活中的必需品，也是很多工业部门的原料之一，而海盐又是盐的主要来源之一。盐又是盐的主要来源之一。 海水制盐的方法主要有三种，即：盐田法、电渗析法和冷冻法。盐田海水制盐的方法主要有三种，即：盐田法、电渗析法和冷冻法。盐田法历史最悠久，而且也是最简便和经济有效的方法，现在还在广泛采用。法历史最悠久，而且也是最简便和经济有效的方法，现在还在广泛采用。 2 2、食盐资源的利用、食盐资源的利用氯碱工业 以食盐为原料制取以食盐为原料制取NaOHNaOH Cl Cl2 2 H H2 2 再进一步生产再进一步生产一系列的化工产品的工业一系列的化工产品的工业 动手、动脑：分析图动手、动脑：分析图2-92-9所示实验，所示实验，溶液中离子的运动，两极的电极反溶液中离子的运动，两极的电极反应式应式（1）电解饱和食盐水反应原理阴极：阴极： 阳极：阳极：总反应：总反应：2H+ + 2e- = H22Cl- -2e- = Cl22H2O + 2Cl- = H2 + Cl2 + 2OH- 电解电解2H2O + 2NaCl = H2 + Cl2 + 2NaOH电解电解思考？上述装置的弱点：上述装置的弱点：1.H2和和Cl2 混合不安全混合不安全2.Cl2会和会和NaOH反应，会使得到的反应，会使得到的NaOH不纯不纯1离子交换膜离子交换膜电解槽的简单电解槽的简单构造如何构造如何?2离子交换膜离子交换膜的作用是什么的作用是什么?3工业制碱的工业制碱的简单生产流程简单生产流程怎样怎样?思考：思考：(2)离子交换膜法制烧碱+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）离子交换膜阳极金属钛网阴极碳钢网1、生产设备名称：离子交换膜电解槽、生产设备名称：离子交换膜电解槽 阳极：金属钛网阳极：金属钛网(涂钛钌氧化物涂钛钌氧化物) 阴极：碳钢网阴极：碳钢网(有镍涂层有镍涂层) 阳离子交换膜：只允许阳离子交换膜：只允许阳阳离子通过，把电解离子通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。槽隔成阴极室和阳极室。2、离子交换膜的作用：、离子交换膜的作用： (1)防止氯气和氢气混合而引起爆炸防止氯气和氢气混合而引起爆炸 (2)避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧化钠的产量影响氢氧化钠的产量(3)(3)生产流程生产流程1用什么方法除去泥沙？用什么方法除去泥沙？2用什么试剂除去用什么试剂除去Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-？3所用试剂只有过量才能除净这些杂质所用试剂只有过量才能除净这些杂质，你能设计一个合理的顺序逐一除杂吗？，你能设计一个合理的顺序逐一除杂吗？思考：思考：粗盐水（粗盐水（Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-）过量过量BaCl2Ba2+ + SO42- =BaSO4Ca2+、Mg2+、Fe3+、Ba2+BaSO4Ca2+ + CO32- = CaCO3Ba2+ + CO32- = BaCO3CaCO3BaCO3过量过量Na2CO3Mg2+、Fe3+、CO32-Mg2+ + 2OH- = Mg(OH)2Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3过量过量NaOHFe(OH)3Mg(OH)2OH-、CO32-精制食盐水精制食盐水电解食盐水思考：电解食盐水思考：（1 1）以惰性材料作电极，电解滴有几滴酚）以惰性材料作电极，电解滴有几滴酚酞的饱和食盐水，观察实验现象？酞的饱和食盐水，观察实验现象？（2 2）以活性材料作电极，电解滴有几滴酚）以活性材料作电极，电解滴有几滴酚酞的饱和食盐水，观察实验现象？酞的饱和食盐水，观察实验现象？ 由此可得出什么结论？由此可得出什么结论？活性材料作电极活性材料作电极阴极上，阳离子的放电顺序同惰性电极阴极上，阳离子的放电顺序同惰性电极阳极上，电极材料的溶解阳极上，电极材料的溶解电解饱和食盐水反应原理阴极：阴极： 阳极：阳极：总反应：总反应：2H+ + 2e- = H22Cl- -2e- = Cl22H2O + 2Cl- = H2 + Cl2 + 2OH- 电解电解2H2O + 2NaCl = H2 + Cl2 + 2NaOH电解电解+Cl2Cl2ClH2Na+H+OH淡盐水NaOH溶液精制饱和NaCl溶液H2O（含少量NaOH）离子交换膜阳极金属钛网阴极碳钢网1、氧化、氧化 工业上从海水中提取溴时，首先通氯气于工业上从海水中提取溴时，首先通氯气于pH为为3.5左右晒盐后留下苦卤左右晒盐后留下苦卤(富含富含Br-离子离子)中置换出中置换出Br2。二、海水提溴二、海水提溴Cl2 +2Br - =Br2+ 2Cl - 2、吹出、吹出 然后用空气把然后用空气把Br2吹出，再用吹出，再用Na2C03溶液吸收，即得较浓的溶液吸收，即得较浓的NaBr和和NaBrO3溶液：溶液： 3CO32- + 3Br2 = 5Br- + BrO33- + 3CO2最后，用最后，用硫酸硫酸将溶液酸化，将溶液酸化，Br2即从溶液中游离出来：即从溶液中游离出来： 5Br- + BrO33- + 6H+ = 3Br2 + 3H2O 3 3、吸收、吸收 用还原剂二氧化硫使溴单质变为用还原剂二氧化硫使溴单质变为HBrHBr，再用氯气将其氧化成溴产品。，再用氯气将其氧化成溴产品。Br2 + SO2+2H2O=2HBr+H2SO4Cl2 +2Br - =Br2+ 2Cl - 思考：海水是一种混合溶液，其中主要含有哪思考：海水是一种混合溶液，其中主要含有哪些离子？些离子？Cl- Na+ Mg2+ Ca2+ SO42-结合海水资源的特点，我们从海水中提结合海水资源的特点，我们从海水中提取镁到底有没有实际意义？在提取过程中又取镁到底有没有实际意义？在提取过程中又可能会面临怎样的困难？可能会面临怎样的困难？三、海水提镁三、海水提镁思考：思考：、如何实现、如何实现Mg2+ 的富集和分离？的富集和分离？可以加入一种试剂使可以加入一种试剂使Mg2+ 沉淀沉淀、是不是直接往海水中加沉淀剂？、是不是直接往海水中加沉淀剂？不是，因为海水中的不是，因为海水中的Mg2+ 的浓度很小，直接加沉的浓度很小，直接加沉淀剂不利于淀剂不利于Mg2+ 的沉淀，而且会增大沉淀剂的用的沉淀，而且会增大沉淀剂的用量，我们可以先将海水浓缩，再加沉淀剂量，我们可以先将海水浓缩，再加沉淀剂、从综合角度考虑选用哪种试剂作、从综合角度考虑选用哪种试剂作沉淀剂好？沉淀剂好？Ca(OH)2思考思考：如何由贝壳制得氢氧化钙？如何由贝壳制得氢氧化钙？贝壳(CaCO3)煅烧煅烧CaOCa(OH)2、从沉淀效果看，澄清石灰水比氢氧化钠、从沉淀效果看，澄清石灰水比氢氧化钠效果差得多，如何解决这一矛盾？效果差得多，如何解决这一矛盾？、如何制得无水、如何制得无水MgCl2 ？、由、由MgCl2 到到Mg究竟用还原法还是电究竟用还原法还是电解法好？解法好？思考：用石灰乳代替石灰水用石灰乳代替石灰水先加盐酸反应，再浓缩得先加盐酸反应，再浓缩得MgCl26H2O晶体，然后再将晶体，然后再将MgCl26H2O晶体在晶体在HCl气氛中加热脱水即可得无水气氛中加热脱水即可得无水MgCl2 由于镁本身比较活泼，用还原法比较困难，工由于镁本身比较活泼，用还原法比较困难，工业上常使用电解熔融的氯化镁得到镁业上常使用电解熔融的氯化镁得到镁、请设计由、请设计由Mg(OH)2到到Mg的可能途径。的可能途径。 过滤，加盐酸过滤，加盐酸 加热加热 电解电解海水 母液 b c 煅烧 a 浓缩浓缩贝壳 石灰乳 a ； b ； c 。MgCl2溶液练习练习根据讨论，在下列方框中填入合适的物质的化学式根据讨论，在下列方框中填入合适的物质的化学式完成工业上用海水提镁的工艺流程，完成工业上用海水提镁的工艺流程，并写出并写出a、b、c三个步骤的化学方程式：三个步骤的化学方程式：CaOMg(OH)2MgCl26H2OMgCl2MggCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2 +CaCl2通电思考：电解产生的思考：电解产生的Cl2怎么处理？怎么处理？Cl2探究一：取一小段除去氧化膜的镁条投入盛有一定量稀盐探究一：取一小段除去氧化膜的镁条投入盛有一定量稀盐酸的试管中；酸的试管中；现象：现象： 结论或化学方程式结论或化学方程式： 镁条逐渐溶解，有大量气体产生镁条逐渐溶解，有大量气体产生 Mg+2HCl=MgCl2+H2探究二：取一小段除去氧化膜的镁条投入滴有酚酞的水中；探究二：取一小段除去氧化膜的镁条投入滴有酚酞的水中；现象：现象： 结论或化学方程式：结论或化学方程式： 有气体产生，滴有酚酞的水溶液变红有气体产生，滴有酚酞的水溶液变红(但比钠与但比钠与水反应缓和得多）水反应缓和得多）Mg+H2O=Mg(OH)2+H2探究三：取一根除去氧化膜的镁条，点燃后插入充满探究三：取一根除去氧化膜的镁条，点燃后插入充满CO2的的集气瓶中。的的集气瓶中。现象：现象： 结论或化学方程式：结论或化学方程式： 燃着的镁条在燃着的镁条在CO2中继续燃烧，发出耀眼的白光，中继续燃烧，发出耀眼的白光，生成白色固体，在集气瓶的内壁有黑色固体附着生成白色固体，在集气瓶的内壁有黑色固体附着2Mg + CO2=2MgO+C点燃四、四、Mg条与氮气的反应条与氮气的反应 3 Mg +N2= Mg3N2点燃1、海水中含的、海水中含的MgCl2是是Mg的重要来源之一的重要来源之一,从海水中提镁，从海水中提镁，可按如下步骤进行：可按如下步骤进行：（1）将贝壳制成石灰乳）将贝壳制成石灰乳（）在引入的海水中加入石灰乳、沉降、过滤、洗涤沉（）在引入的海水中加入石灰乳、沉降、过滤、洗涤沉淀物淀物（）将沉淀物与盐酸反应、结晶、过滤、干燥产物（）将沉淀物与盐酸反应、结晶、过滤、干燥产物（）将产物熔融后电解（）将产物熔融后电解关于提取镁，下列说法中不正确的是（关于提取镁，下列说法中不正确的是（ ）、此法的优点之一是原料来源丰富、此法的优点之一是原料来源丰富、进行（、进行（1）、（）、（2）、（）、（3）步的目的是从海水中提取）步的目的是从海水中提取MgCl2、第四步会产生氯气、第四步会产生氯气 D、以上过程中涉及到复分解反应、化合反应和置换反应、以上过程中涉及到复分解反应、化合反应和置换反应2、分析镁在空气中的燃烧产物，肯定不存在的物质是、分析镁在空气中的燃烧产物，肯定不存在的物质是 （ ） A、C B、 MgO C、MgCO3 D、Mg3N2CMgBr2+NaOH=2NaBr+Mg(OH)23、镁粉使溴水褪色后，再向溶液中滴加氢氧化钠溶液，、镁粉使溴水褪色后，再向溶液中滴加氢氧化钠溶液，产生白色沉淀，发生反应的化学方程式产生白色沉淀，发生反应的化学方程式为为小结、海水中的化学元素的存在与利用、海水提镁的工艺流程、镁的性质、镁的用途四、从海水中提取重水四、从海水中提取重水 海水中溶存着80多种元素，其中不少元素可以提取利用，具有重要的开发价值。据计算，每立方千米海水中含有3 750104 t固体物质，其中除氯化钠约3 000104 t外，镁约450104 t，钾、溴、碘、钍、钼、铀等元素也不少。 中中 国国 海海 域域 镁镁在海水中含量很高，仅次于氯和钠，居第3位。 溴溴的浓度较高，平均为6710-3 mL/L，地球上99以上的溴都储存在海水里，故溴有“海洋元素”之称。 碘碘在海水中的浓度只有0.06 10-6，属于微量元素。 钾钾在海水中的总量为500 1012 t以上。海水中所含钾的储量远远超过钾盐矿物储量。 铀铀海水中的总量非常可观，达45108 t，相当于陆地储量的4500倍。 一吨海水中所含重水的核聚变反应，可释放出相当于256t石油燃烧所产生的能量。 重水重水核聚变反应可释放出相当能量，海水中约有200108 t重水。 提取提取 氘是氢的同位素。氘的原子核除包含一个质子外，比氘是氢的同位素。氘的原子核除包含一个质子外，比氢多了一个中子。氘的化学性质与氢一样，但是一个氘原氢多了一个中子。氘的化学性质与氢一样，但是一个氘原子比一个氢原子重一倍，所以叫做子比一个氢原子重一倍，所以叫做“重氢重氢”。氢二氧一化。氢二氧一化合成水，重氢和氧化合成的水叫做合成水，重氢和氧化合成的水叫做“重水重水”。重水主要赋。重水主要赋存于海水中，总量可达存于海水中，总量可达250250亿吨。重水现在已是核反应堆运亿吨。重水现在已是核反应堆运行不可缺少的辅助材料，也是制取氘的原料。行不可缺少的辅助材料，也是制取氘的原料。 制备重水有两种方法，制备重水有两种方法， 蒸馏法：这种方法只能蒸馏法：这种方法只能得到纯度为得到纯度为92%92%的的重水重水； 电解法：可得电解法：可得99.7%99.7%的重水，但消耗电能的重水，但消耗电能特别特别大。大。 化学法化学法：重水可以通过多种方法生产。然而只有两种方法已重水可以通过多种方法生产。然而只有两种方法已证明具有商业意义：证明具有商业意义： 水水 - - 硫 化 氢 交 换 法 （ 和 氨硫 化 氢 交 换 法 （ 和 氨 - - 氢 交 换 法 。氢 交 换 法 。 水水- -硫化氢交换法是基于在一系列塔内（通过顶硫化氢交换法是基于在一系列塔内（通过顶部冷和底部热的方式操作）水和硫化氢之间氢与氘部冷和底部热的方式操作）水和硫化氢之间氢与氘交换的一种方法。在此过程中，水向塔底流动，而交换的一种方法。在此过程中，水向塔底流动，而硫化氢气体从塔底向塔顶循环。使用一系列多孔塔硫化氢气体从塔底向塔顶循环。使用一系列多孔塔板促进硫化氢气体和水之间的混合。在低温下氘向板促进硫化氢气体和水之间的混合。在低温下氘向水中迁移，而在高温下氘向硫化氢中迁移。氘被浓水中迁移，而在高温下氘向硫化氢中迁移。氘被浓缩了的硫化氢气体或水从第一级塔的热段和冷段的缩了的硫化氢气体或水从第一级塔的热段和冷段的接合处排出，并且在下一级塔中重复这一过程。最接合处排出，并且在下一级塔中重复这一过程。最后一级的产品（氘浓缩至后一级的产品（氘浓缩至30%30%的水）送入一个蒸的水）送入一个蒸镏单元以制备反应堆级的重水（即镏单元以制备反应堆级的重水（即99.75%99.75%的氧化的氧化氘）。氘）。