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1、 海量资料 超值下载海水的综合利用摘要：浩瀚的海洋中可供提取利用的元素多达50多种，具有十分巨大的开发利用潜力。目前限于经济和技术条件，海水的利用主要指从海水中获取淡水、提取食盐、镁、溴、钾、锂、铀及重水等原料。海水的综合利用主要是指以海水淡化为核心，提取氯化钠，以及从母液中提取Mg、Br、I、Li及U等重要的原料。本文从海水的综合利用的各个方面和环节中，探讨中学化学教学中有关物质制备、分离和提纯等相关知识与技巧；让学生在真实情境中培养发现问题、提出问题和综合运用知识解决问题的能力；培养创新能力和探索精神。关键词：海水淡化 氯碱工业 海水提镁 物质制备 物质分离海水约占地球表面积的72%，可供
2、提取利用的元素多达50多种，因而具有十分巨大的开发潜力。海水总体积约有137亿立方千米，每1000g海水中含纯水965.31g，Cl- 19.10g，Na+ 10.62g，SO42- 2.66g，Mg2+ 1.28g，Ca2+ 0.40g，K+ 0.38g，其他约0.25g。限于经济和技术条件，海水的利用主要指从海水中获取淡水、提取食盐、镁、溴、钾盐、铀、重水及卤水等原料。其中，从海水中提取淡水、食盐、金属镁及其化合物、溴等已形成工业规模，重水、芒硝、石膏和钾盐的生产也有一定的规模，而提取锂、铀、碘和金等化学资源的研究也在不断深入。海水资源的开发利用要走一步获取海水、提取多种化学资源的综合开发
3、道路。在中学化学教学过程中，通过探究海水中提取各种物质的流程，引导学生掌握物质制备、分离与提纯的方法，培养学生发现问题、提出问题和综合运用知识解决问题的能力；培养学生的创新能力和探索精神。1、海水淡化海水蒸馏法制淡水海水淡化，是指从海水中获取淡水的技术和过程。海水淡化是开发新水源、解决沿海地区淡水资源紧缺的重要途径。据国际脱盐协会统计，海水淡化解决了全球2亿多人的饮水问题，海水淡化水已成为海湾国家的重要水源之一。这些海水淡化水还可用作优质锅炉补水或优质生产工艺用水 ，可为沿海地区提供稳定可靠的淡水。我国在海水淡化与反渗透膜研制方面取得了重大进展，全国海水淡化能力已达到66万立方米/日，主要技术
4、和经济指标接近或达到国际先进水平。海水淡化的主要技术有：多级闪蒸法（MSF）、电渗析法（ED）、反渗透法（RO）、低温多效蒸发法（LT-MED）和冷冻海水淡化等，而反渗透法(RO)已成为目前发展速度最快的技术。随着技术进步导致的成本进一步降低，海水淡化的经济合理性将更加明显，并作为可持续开发淡水资源的手段将引起国际社会越来越多的关注。【例1】：若实行海水淡化来供应饮用水，下列方法在不可行的是（ ） A、加入明矾，使海水的盐份沉淀并淡化 B、利用半透膜，采用反渗透法而使海水淡化C、将海水通过离子交换树脂，以除去所含的盐分 D、利用太阳能，将海水蒸馏淡化【解析】：明矾成分为KAl(SO4)2，是一
5、种常见的净水机，利用其水解生成的氢氧化铝胶体具有吸附性达到净水的作用。它只能使水中的固体杂质聚沉除去，对盐分离子等没有作用，因此选项A是错的。2、海水晒盐食盐（NaCl）既是日常生活中必不可少的调味料，更是一种重要的化工原料。常见用途：制造纯碱和烧碱及其他化工原料，矿石冶炼，食品业和渔业用于盐腌，调味料等。目前，从海水中提取食盐的主要方法是盐田法。盐田一般包括两部分：蒸发池和结晶池。先将海水引入蒸发池，经日晒蒸发水分到一定程度时，再倒入结晶池，继续日晒，海水就会成为食盐的饱和溶液，再晒就会逐渐析出食盐来。这时得到的晶体就是粗盐，剩下的液体就是母液（苦卤）。一般流程： 粗盐的主要成分为NaCl，
6、主要杂质有Mg2+、Ca2+、SO42-。所涉及的离子方程式：Ba2SO42BaSO4， Mg22OHMg(OH)2，Ba2CO32BaCO3， Ca2CO32CaCO3滤液中加盐酸溶液：OHHH2O，CO322HCO2H2O3、氯碱工业工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、Cl2和H2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业。氯碱工业是最基本的化学工业之一，它的产品除应用于化学工业、纺织工业、冶金工业、轻工业、石化工业以及公用事业。目前世界上比较先进、应用比较广泛的电解制碱技术是离子交换膜法。该电解槽主要由阳极、阴极、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成。电解槽的阳极材料
7、为金属钛网，阴极由碳钢网制成，阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。阳离子交换膜只允许阳离子（Na+）通过，阴离子（Cl-、OH-）和气体都不能通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而爆炸，又能避免Cl2和NaOH溶液作用生成NaClO而影响烧碱的质量。离子交换膜法制碱技术，具有设备占地面积小、能连续生产、生产能力大、产品质量高、能适应电流波动、能耗低、污染小等优点，是氯碱工业发展的方向。阴极离子交换膜法电解饱和食盐水示意图阳极电解饱和食盐水反应原理：阳极反应：2Cl2e=Cl2（氧化反应） 阴极反应：2H+2e=H2（还原反应） 总反应：2NaCl+2H2O=2NaOH+
8、Cl2+H2氯碱工业的产品NaOH、Cl2和H2都是重要的化工生产原料，可以进一步加工成多种化工产品（盐酸，NaClO，纯碱，小苏打等），因此氯碱工业及其相关产品几乎涉及各个领域。相关产品的制备方程：2NaOH+Cl2NaCl+NaClO+H2O H2+Cl22HCl2NaOH+CO2Na2CO3+H2O NaOH+CO2=NaHCO3【例题2】氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程如下：（1）精制过程中反应的离子方程式为_。（2）电解过程的总反应方程式为_。（3）电解槽阳极产物可用于_（至少写出两种用途）。（4）已知NaOH、NaCl在水中的溶解度数据如下表：温度/20304050607
9、08090100NaOH /g109118129146177300313318337NaCl/ g3636.336.63737.337.838.43939.8根据上述数据，脱盐的主要工序应为_、_。脱盐后的碱液含NaOH约50，含NaCl仅约2左右，NaCl能够溶液中大量析出的原因是 。【解析】：此题为2009年广州市调研题。试题以海水晒盐和氯碱工业为主线，考查学生关于物质分离、提纯、电解反应式等知识；第(4)小题给出NaOH和NaCl的溶解度与温度的关系，考查学生审题读题的能力。参考答案：（1）Ba2+ + SO42 BaSO4 Mg2+ + 2OH Mg(OH)2 Ca2+ + CO32
10、CaCO3 Ba2+ + CO32 BaCO3 （2）2NaCl + 2H2O 2NaOH + H2+ Cl2 （3）制漂白粉、生产盐酸、自来水消毒、制高纯硅、合成塑料等（4）蒸发浓缩 过滤蒸发过程中水大量减少，Na+浓度显著补充促进NaCl的沉淀溶解平衡向沉淀方向移动 4、海水提镁海水盐分中镁的含量排第三，蕴藏量极其丰富，海水提镁具有很高的可行性。金属镁（M=24g/mol）及其合金具有密度小、强度高的特点，在民用工业和军事工业上都具有极其重要的意义。镁合金被广泛应用于汽车、飞机、火箭、导弹、精密机器等各个领域。随着钢铁工业的迅速发展，不仅对镁砂的数量要求日益增多，而且也对镁砂的质量要求越来
11、越高（其杂质含量在2%4%以下）。目前海水提镁的纯度可达99.7%，完全能满足冶金工业的特殊需要。海水提镁的方法：海水晒盐得到的母液中镁离子的含量比较高，往其中加入石灰乳充分搅拌、过滤、洗涤后就得到纯度较高的氢氧化镁。氢氧化镁本身用处不大，必须使它变成有用的镁砂（氧化镁）和金属镁。氢氧化镁受热分解就可得到氧化镁。由于氧化镁的熔点（2800）比氯化镁的熔点（714）要高得多，工业上常用电解熔融氯化镁的方法获得金属镁。由于金属镁比较活泼，在高温下容易被空气中的氧气、氮气等氧化，因此电解时需要在真空环境下进行。工业上海水提镁的一般流程：制取氧化镁、金属镁所涉及的方程：Mg(OH)2MgOH2O，Mg
12、Cl2MgCl2【例3】海水中镁的总储藏量约为2.11015吨，目前世界上的60%的镁来自海水。工业上海水提镁的流程步骤为：将海水中大量存在的贝壳煅烧成石灰；将石灰烧制成石灰乳；将石灰乳加入到母液中经过滤得到Mg(OH)2沉淀；在Mg(OH)2沉淀中加入盐酸得到MgCl2溶液，再经蒸发结晶得到MgCl26H2O；将MgCl26H2O在一定条件下加热得到无水MgCl2；电解熔融的MgCl2可得到镁。试回答下列问题：（1）请写出海水提镁的过程中反应的化学方程式： ； 。（2）工业上采用电解MgCl2的方法制得金属镁，电解槽中阴极的电极反应式为：（3）步骤中的蒸发是利用风吹日晒来完成的，而在实验室中
13、进行蒸发操作需要的主要仪器有_、 _、 _ 、坩埚钳、铁架台等；（4）步骤中的“一定条件”指的是_目的是_ （5）上述制镁的流程中，可以在降低成本，减少污染方面做出一些工作，请写出其中一点 （6）有同学认为上述过程中，可加热Mg（OH）2得到MgO，再电解熔融MgO制金属镁，这样可简化实验步骤，体现实验的简约性原则。你同意该同学的想法吗？为什么？【解析】此题以海水提镁为主线，考查物质分离、制备的相关知识；以电解熔融氯化镁考查阴极反应式；考查蒸发结晶的所需的仪器以及在晶体加热过程中的Mg2+水解问题及注意事项。参考答案：（1）CaCO3CaOCO2 MgCl2(熔融)MgCl2（2）Mg2+2e
14、Mg （3）蒸发皿 玻璃棒 酒精灯（4）在氯化氢气流中 抑制氯化镁水解生成氢氧化镁（5）电解产生的氯气用于制取氯化氢气体，以实现氯元素的循环（6）不同意 因为MgO熔点很高，熔融时耗费大量的能量而增加生产成本5、海水提溴、碘溴和碘都是第VIIA族元素，二者性质在某些方面比较相似。由于地球上99%的溴元素以Br-的形式存在于海水中，因此溴被称为“海洋元素”。海水中的溴含量约65mg/L，溴储量可达100万亿吨。在工业上，溴主要用于制造燃料的抗爆剂、钻井液，溴化银、碘化银常被用作感光材料；在农业上，溴用于生产杀虫剂；在医药上，溴化钠和溴化钾被用作镇静剂。海水提溴技术有空气吹出法、蒸气蒸馏法、溶剂萃取法、二氧化硫法、沉淀法、吸附法等，其中空气吹出法和水蒸气蒸馏法是国际上使用最为广泛的两种技术。空气吹出法的基本流程是：硫酸酸化海水调至pH为33.5通入氯气氧化用热空气吹出用吸收剂SO2吸收生成HBr通入氯气氧化成溴单质萃取、分液、蒸馏溴。蒸汽蒸馏法是将母液预热到6575而成的浓原卤料加入溴反应塔，通入氯气氧化置换出来溴。用水蒸汽加热使溴汽化，并
