專題十 第三講 海洋資源利用與海洋化工

1、專題十 第三講 海洋資源利用與海洋化工2007新考綱測(cè)試目標(biāo)和能力要求了解海水的綜合利用。了解化學(xué)科學(xué)發(fā)展對(duì)自然資源利用的作用。典例解析海水化學(xué)資源是指海水中所含有具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的化學(xué)物質(zhì)。作為地球上最大的連續(xù)礦體的海洋水體，其中已發(fā)現(xiàn)80余種化學(xué)元素。在這些元素中，有的其含量雖然甚微，但由于海洋水體積巨大（約為13.7億立方千米），所以它們?cè)诤Ｋ械目偭糠浅ＸS富。目前，人們已能直接從海水中提取稀有元素、化合物和核能物質(zhì)(如從海水中提取鎂、溴、碘、鉀、鈾 和重水等)，其中有的資源已進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)，有的正在研究之中。例1、（2004年廣東卷第20題）海水的綜合利用可以制備金屬鎂，其流程如下圖所示：

2、(1)若在空氣中加熱MgCl2·6H2O，生成的是Mg(OH)Cl或MgO，寫出相應(yīng)反應(yīng)的化學(xué)方程式 。用電解法制取金屬鎂時(shí)，需要無(wú)水氯化鎂。在干燥的HCl氣流中加熱MgCl2·6H2O時(shí)，能得到無(wú)水MgCl2，其原因是 。(2)Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2應(yīng)怎樣除去？寫出實(shí)驗(yàn)步驟。 。(3)實(shí)驗(yàn)室里將粗鹽制成精鹽的過(guò)程中，在溶解、過(guò)濾、蒸發(fā)三個(gè)步驟的操作中都要用到玻璃棒，分別說(shuō)明在這三種情況下使用玻璃棒的目的；溶解時(shí)： 。過(guò)濾時(shí)： 。蒸發(fā)時(shí)： 。解析：本題以海水制取金屬鎂為載體，較全面地考查了化學(xué)基本概念、基本原理、元素化合物和化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)，考查了學(xué)生的

3、推理能力和實(shí)驗(yàn)基本操作能力。第（1）問(wèn)根據(jù)提示的產(chǎn)物即可寫出有關(guān)化學(xué)方程式：MgCl2·6H2OMg(OH)Cl+HCl+5H2O、MgCl2·6H2OMgO+HCl+5H2O或Mg(OH)Cl MgO+HCl。從前面的反應(yīng)方程式可知，空氣中加熱無(wú)法得到無(wú)水氯化鎂。要得到無(wú)水氯化鎂，必須防止其水解。根據(jù)氯化鎂水解顯酸性，干燥的HCl氣流可以抑制MgCl2水解，同時(shí)能帶走M(jìn)gCl2·6H2O受熱產(chǎn)生的水氣。第（2）問(wèn)考查了除雜的基本操作：粗略看都為堿，無(wú)法通過(guò)反應(yīng)除去Ca(OH)2，仔細(xì)分析兩種物質(zhì)的性質(zhì)差異，發(fā)現(xiàn)Mg(OH)2難溶而Ca(OH)2微溶。利用這一性質(zhì)

4、差別，可以加入MgCl2溶液，充分?jǐn)嚢韬筮^(guò)濾，沉淀用水洗滌即可除雜。第（3）問(wèn)考查了玻璃棒在溶解、過(guò)濾、蒸發(fā)過(guò)程中的使用目的，屬基本操作能力考查：溶解時(shí)能加速溶解；過(guò)濾時(shí)能防止外灑；蒸發(fā)時(shí)能防止液滴或晶體飛濺。答案：（1）MgCl2·6H2OMg(OH)Cl+HCl+5H2O MgCl2·6H2OMgO+HCl+5H2O或Mg(OH)ClMgO+HCl 在干燥的HCl氣流中，抑制了MgCl2水解，且?guī)ё進(jìn)gCl2·6H2O受熱產(chǎn)生的水氣，故能得到無(wú)水MgCl2。（2）加入MgCl2溶液，充分?jǐn)嚢?，過(guò)濾，沉淀用水洗滌。（3）攪拌，加速溶解；使待濾液體沿玻璃棒流入漏斗

5、，防止外灑；攪拌，防止因局部過(guò)熱液滴或晶體飛濺。例2、我國(guó)首創(chuàng)以鋁空氣海水電池作為能源的新型海水標(biāo)志燈，它以海水為電解質(zhì)溶液，靠空氣中的氧氣使鋁不斷氧化而產(chǎn)生電流。只要把燈放入海水中數(shù)分鐘，就會(huì)發(fā)出耀眼的白光。則該電源負(fù)極材料為：     ，正極材料為：     ，正、負(fù)極反應(yīng)分別為：                   

6、60;                            。 解析 ： Al、O2（空氣）之間的氧化還原反應(yīng)為：4Al + 3O2 = 2Al2O3 ，將該反應(yīng)與原電池的原理、Al的導(dǎo)電性等知識(shí)進(jìn)行綜合分析可知，鋁既是負(fù)極反應(yīng)物，又是負(fù)極材料，O2是正極反應(yīng)物，正極材料應(yīng)該選擇還原性比Al弱的導(dǎo)電性強(qiáng)的材料，如石墨

7、等。Al、O2的氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)分別為：Al：Al3e- = Al3+ （×4）    4Al12e- = 4Al3+O2：O2 + 2H2O + 4e- = 4OH （×3）     3O2 + 6H2O + 12e- = 12OH答案 ：負(fù)極材料為鋁，正極材料為石墨。負(fù)極反應(yīng)：4Al12e- = 4Al3+正極反應(yīng)：3O2 + 6H2O + 12e- = 12OH-例3、氫氧化鈉是一種用途十分廣泛的重要化工原料。工業(yè)上主要通過(guò)電解氯化鈉飽和溶液的方法獲得氫氧化鈉,我國(guó)的氯堿工業(yè)大多數(shù)采用離子交換膜電

8、解槽。寫出電解飽和氯化鈉溶液時(shí)電極反應(yīng)和總的離子反應(yīng)方程式：陽(yáng)極： ；陰極： ；總反應(yīng)： 。離子交換膜電解槽一般采用金屬鈦?zhàn)麝?yáng)極,其原因是 。陰極一般用碳鋼網(wǎng)制成。陽(yáng)離子交換膜把電解槽隔成陰極室和陽(yáng)極室,其作用是 。為使電解氯化鈉的速度加快,下列措施可行的是（ ）A增大陰極碳鋼網(wǎng)的面積 B提高飽和氯化鈉溶液的溫度 C加大陰極與陽(yáng)極間的距離 D提高電解時(shí)電源電壓如果將某離子交換膜電解槽的電解時(shí)電壓增大到原來(lái)的2倍； 電解時(shí)的電流強(qiáng)度增大到原來(lái)的2倍；電解時(shí)溫度從30提高到60,則電解速率一定會(huì)達(dá)到原來(lái)2倍的是 其原因是： 。解析：電解氯化鈉的速率與單位時(shí)間通過(guò)的電量、離子遷移的速率有關(guān)。依據(jù)電解

9、反應(yīng)原理陽(yáng)極反應(yīng)：2Cl2eCl2（氧化反應(yīng)）；陰極反應(yīng)：2H+2eH2（還原反應(yīng)）；電解飽和食鹽水的總反應(yīng)可以表示為：陽(yáng)極產(chǎn)生的Cl2不易腐蝕金屬鈦；既能防止陰極產(chǎn)生的H2和陽(yáng)極產(chǎn)生的Cl2相混合而引起爆炸,又能避免氯氣和氫氧化鈉溶液作用而影響燒堿的質(zhì)量。由以上的知識(shí)很容易判斷出A,B,D能是反應(yīng)速度加快。實(shí)質(zhì)上就是單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)電路的電量。當(dāng)電解時(shí)電壓增大到原來(lái)的2倍,電解池的電阻可能發(fā)生變化,電解時(shí)的電流強(qiáng)度不一定增大到原來(lái)的2倍；電解時(shí)溫度從30提高到60，電解池的內(nèi)阻會(huì)有所降低,但并不一定恰好降低為原來(lái)的一半；當(dāng)電解時(shí)的電流強(qiáng)度增大到原來(lái)的2倍，單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)電路的電量恰好為原來(lái)的2

10、倍，發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量也恰好為原來(lái)的2倍，即反應(yīng)速率為原來(lái)的2倍。專題預(yù)測(cè)與訓(xùn)練一、選擇題1關(guān)于電解NaCl水溶液，下列敘述正確的是A電解時(shí)在陽(yáng)極得到氯氣，在陰極得到金屬鈉B若在陽(yáng)極附近的溶液中滴入KI試液，溶液呈棕色C若在陰極附近的溶液中滴入酚酞試液，溶液呈無(wú)色D電解一段時(shí)間后，將全部電解液轉(zhuǎn)移到燒杯中，充分?jǐn)嚢韬笕芤撼手行?是非常重要的資源，下列關(guān)于水的說(shuō)法錯(cuò)誤的是A蒸餾法是海水淡化的方法之一B淡水的密度小于海水的密度C融化的雪水中礦物質(zhì)含量比深井水中的少D0以上，溫度越高，水的密度越小3列廣告用語(yǔ)在科學(xué)上沒(méi)有錯(cuò)誤的是A這種飲料中不含任何化學(xué)物質(zhì) B這種蒸餾水絕對(duì)純凈，其中不含任何離子C這

11、種口服液含豐富的氮、磷、鋅等微量元素 D沒(méi)有水就沒(méi)有生命4時(shí)間燒沸的天然水不宜喝的主要原因是A水中的氧氣少了B水中的亞硝酸鹽濃度大了C水中的鈣鎂離子多了D水中的二氧化碳多了5某些化學(xué)試劑可用于凈水。水處理中使用的一種無(wú)機(jī)高分子混凝劑的化學(xué)式可表示為Al2(OH)nClm·yH2OX，式中m等于A3-n    B6-n C6+n D 3+n6某學(xué)生想制作一種家用環(huán)保型消毒液發(fā)生器，用石墨作電極電解飽和氯化鈉溶液，通電時(shí)，為使Cl2被完全吸收，制得有較強(qiáng)殺菌能力的消毒液，設(shè)計(jì)了如圖的裝置，則對(duì)電源電極名稱和消毒液的主要成分判斷正確的是Aa為正極，b為負(fù)極；NaClO和

12、NaClBa為負(fù)極，b為正極；NaClO和NaClCa為陽(yáng)極，b為陰極；HClO和NaClDa為陰極，b為陽(yáng)極；HClO和NaCl二、填空題7往有機(jī)聚合物中添加阻燃劑，可增加聚合物的使用安全性，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。例如，在某聚乙烯樹脂中加入等質(zhì)量由特殊工藝制備的阻燃型Mg(OH)2，樹脂可燃性大大降低。該Mg(OH)2的生產(chǎn)工藝如下：石灰乳精制鹵水 合成 水熱處理 過(guò)濾 水洗 表面處理 過(guò)濾水洗 干燥 精制鹵水中的MgCl2與適量石灰乳反應(yīng)合成堿式氯化鎂Mg(OH)2-xClx·mH2O，反應(yīng)的化學(xué)方程式為 。 合成反應(yīng)后，繼續(xù)在393K523K下水熱處理8h，發(fā)生反應(yīng)： Mg(OH)2

13、-xClx·mH2O=(1-)Mg(OH)2+MgCl2+mH2O水熱處理后，過(guò)濾、水洗。水洗的目的是 。阻燃型Mg(OH)2具有晶粒大，易分散、與高分子材料相容性好等特點(diǎn)。上述工藝流程中與此有關(guān)的步驟是 。 已知熱化學(xué)方程式： Mg(OH)2(s)=MgO(s)+H2O(g)； H1=+81.5kJ·mol-1 Al(OH)3(s)=Al2O3(s)+H2O(g)； H2=+87.7kJ·mol-1Mg(OH)2和Al(OH)3起阻燃作用的主要原因是 。等質(zhì)量Mg(OH)2和Al(OH)3相比，阻燃效果較好的是 ， 原因是 。常用阻燃劑主要有三類：A鹵系，如四溴

14、乙烷；B磷系，如磷酸三苯酯；C無(wú)機(jī)類，主要是Mg(OH)2和Al(OH)3。從環(huán)保的角度考慮，應(yīng)用時(shí)較理想的阻燃劑是 (填代號(hào))，理由是 。8海帶中含有豐富的碘。為了從海中提取碘，某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)并進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)：請(qǐng)?zhí)顚懴铝锌瞻祝?1)步驟灼燒海帶時(shí)，除需要三腳架外，還需要用到的實(shí)驗(yàn)儀器是 （從下列儀器中選出所需的儀器，用標(biāo)號(hào)字母填寫在空白處）。A燒杯 B坩堝 C表面皿 D泥三角 E酒精燈 F干燥器(2)步驟的實(shí)驗(yàn)操作名稱是 ；步驟的目的是從含碘苯溶液中分離出單質(zhì)碘和回收苯，該步驟的實(shí)驗(yàn)操作名稱是 。(3)步驟反應(yīng)的離子方程式 或 。(4)步驟中，某學(xué)生選擇用苯來(lái)提取碘的理由是 。(5)請(qǐng)

15、設(shè)計(jì)一種檢驗(yàn)提取碘后的水溶液中是否還有單質(zhì)碘的簡(jiǎn)單方法： 9海帶中含有豐富的碘，一般以I存在，可用離子交換法來(lái)提取海帶中的碘，其步驟如下：用水浸泡海帶，浸出液中含I和褐藻糖膠。用溶液調(diào)節(jié)浸出液的pH至12左右，使褐藻糖膠轉(zhuǎn)化為褐藻糖酸鈉而呈絮狀沉淀析出，靜置澄清，用傾析法傾出清液。用溶液調(diào)節(jié)清液的pH至1.52，滴入NaClO，此時(shí)清液變成棕褐色（此時(shí)應(yīng)控制NaClO的用量，只使部分I氧化為I2，故無(wú)沉淀生成）。 a寫出NaClO與I反應(yīng)離子方程式 此時(shí)碘元素主要存在的形式為 b在實(shí)際操作中，為什么不能加入過(guò)量NaClO而I使完全氧化（結(jié)合以下各步操作考慮這個(gè)問(wèn)題） 將棕褐色的溶液通過(guò)氯型強(qiáng)堿

16、性陰離子交換樹脂（以R+Cl表示）柱。待溶液全部通過(guò)后，樹脂呈黑紅色，流出液無(wú)色，寫出上述交換反應(yīng)方程式： 從柱的下端加入適當(dāng)濃度的NaOH溶液，浸沒(méi)樹脂，靜置一段時(shí)間以后，樹脂恢復(fù)為原來(lái)的顏色，放出柱中無(wú)色液（稱A液）于燒杯中，此時(shí)A液中所含的離子有 ；樹脂上的離子有 所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為： 將NaCl溶液加入柱中，浸沒(méi)樹脂，靜置一段時(shí)間以后，慢慢放出無(wú)色溶液（稱B液）于另一燒杯中，此時(shí)B溶液含有的離子有 ；樹脂上存在的離子有 往A液中滴加H2SO4溶液并不斷攪拌，直到棕黑色沉淀不再繼續(xù)形成為止，靜置澄清，上述反應(yīng)的離子方程式是 B液用H2SO4酸化后，滴加NaNO2至棕黑色沉淀不再繼續(xù)

17、形成為止（反應(yīng)產(chǎn)物中有N2），靜置澄清。上述反應(yīng)的離子方程式是： 合并7、8兩步所得到的沉淀及少量清液，進(jìn)行離心分離，得到粗碘，置于放有濃H2SO4的干燥器中進(jìn)行干燥。粗碘不宜在烘箱中干燥，其原因是 10海水是取之不盡的化工原料資源，從海水中可提取各種化工原料。下圖是工業(yè)上對(duì)海水的幾項(xiàng)綜合利用的示意圖：試回答下列問(wèn)題：粗鹽中含有Ca2+、Mg2+、SO42等雜質(zhì)，精制時(shí)所用試劑為：A 鹽酸；B BaCl2溶液；C NaOH溶液；D Na2CO3溶液。加入試劑的順序是 電解飽和食鹽水時(shí)，與電源正極相連的電極上發(fā)生的反應(yīng)為 與電源負(fù)極線連的電極附近溶液pH （變大、不變、變?。?。若1mol電子的電

18、量為96500C，則用電流強(qiáng)度為100A的穩(wěn)恒電流持續(xù)電解3分13秒，則在兩極上共可收集到氣體 mL（）。若保證電解后飽和食鹽水的濃度不變，則可采取的方法是 由MgCl2·6H2O晶體脫水制無(wú)水MgCl2時(shí)，MgCl2·6H2O晶體在 氣氛中加熱脫水，該氣體的作用是 電解無(wú)水MgCl2所得的鎂蒸氣可以在下列 氣體中冷卻。A H2 B N2 C CO2 D O2 11（2005年高考廣東理綜）海水占地球總儲(chǔ)水量的97.2%。若把海水淡化和化工生產(chǎn)結(jié)合起來(lái)，既可以解決淡水資源缺乏的問(wèn)題，又可以充分利用海洋資源。(1)海水中含有大量的氯化鈉。氯化鈉中的金屬元素位于元素周期表第 族

19、。(2)目前國(guó)際上實(shí)用的“海水淡化”主要技術(shù)之一是蒸餾法。蒸餾法是將海水變成蒸汽，蒸汽經(jīng)過(guò)冷卻而得高純度淡水，由此可判斷蒸餾法是 （填物理變化、化學(xué)變化）(3)工業(yè)上利用電解飽和食鹽水可制得重要化工產(chǎn)品，反應(yīng)式為：食鹽+H2ONaOH+H2+Cl2（未配平）。該反應(yīng)中食鹽的化學(xué)式是 。利用電解所得氣體制36.5%的濃鹽酸1000t，最少需要消耗食鹽 t。(4)近年來(lái)有人提出了一種利用氯堿工業(yè)產(chǎn)品及氯化鈉循環(huán)治理含二氧化硫廢氣并回收二氧化硫的方法，該方法的流程如下：寫出的化學(xué)反應(yīng)方程式： 。上述亞硫酸氫鈉與甲醛經(jīng)過(guò)一定反應(yīng)，可以合成俗稱“吊白塊”（雕白粉）的物質(zhì)。因吊白塊對(duì)人體有害，不能用于食品

20、漂白。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式為：HOCH2SO3Na，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，吊白塊能發(fā)生的反應(yīng)有： A皂化反應(yīng) B聚合反應(yīng)C與金屬鈉反應(yīng)D氧化反應(yīng)12工業(yè)上從海水中提取溴可采用如下方法：向海水中通入Cl2，將海水中的溴化物氧化，其離子方程式為_ 。向上述混合液中吹入熱空氣，將生成的溴吹出用純堿溶液吸收，其方程式為_。將所得溶液中用H2SO4酸化，使NaBr、NaBrO3中的溴轉(zhuǎn)化為單質(zhì)溴，再用有機(jī)溶劑提取溴后還可得到副產(chǎn)品Na2SO4，寫出這一過(guò)程的化學(xué)方程式 _。這樣得到的溴中還混有少量Cl2，怎樣除去？_。13亞氯酸鈉（NaClO2）是一種重要的含氯消毒劑，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白與殺菌。以下是

21、過(guò)氧化氫法生產(chǎn)亞氯酸鈉的工藝流程圖：已知：NaClO2的溶解度隨溫度升高而增大，適當(dāng)條件下可結(jié)晶析出NaClO23H2O。純ClO2易分解爆炸，一般用稀有氣體或空氣稀釋到10以下安全。(1)160 g/L NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度為 。若要計(jì)算該溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，還需要的一個(gè)條件是 （用文字說(shuō)明）。(2)發(fā)生器中鼓入空氣的作用可能是（選填序號(hào)）。(a)將SO2氧化成SO3，增強(qiáng)酸性；(b)稀釋ClO2以防止爆炸；(c)將NaClO3氧化成ClO2(3)吸收塔內(nèi)的反應(yīng)的化學(xué)方程式為。吸收塔的溫度不能超過(guò)20，其目的是防止H2O2分解，寫出H2O2分解的化學(xué)方程式 。(4)在堿性溶液中NaClO2

22、比較穩(wěn)定，所以吸收塔中應(yīng)維持NaOH稍過(guò)量，判斷NaOH是否過(guò)量的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方法是 。(5)吸收塔中為防止NaClO2被還原成NaCl，所用還原劑的還原性應(yīng)適中。除H2O2外，還可以選擇的還原劑是 （選填序號(hào)）。(a) Na2O2 (b) Na2S (c)FeCl2 (d)PbO（懸濁液）(6)從濾液中得到NaClO23H2O粗晶體的實(shí)驗(yàn)操作依次是（選填序號(hào)）。A蒸餾 B蒸發(fā) C灼燒 D過(guò)濾 E冷卻結(jié)晶要得到更純的NaClO23H2O晶體必須進(jìn)行的操作是 （填操作名稱）。三、計(jì)算題1420時(shí)食鹽的溶解度為36g，取一定量該溫度下的飽和食鹽水用惰性電極進(jìn)行電解，當(dāng)陽(yáng)極析出11.2L（標(biāo)準(zhǔn)狀況）氣體

23、時(shí)，食鹽完全電解，所得溶液密度為1.20g/mL，試計(jì)算(1)電解時(shí)，飽和食鹽水的質(zhì)量；(2)電解后溶液中NaOH的物質(zhì)的量濃度；(3)要使溶液恢復(fù)原狀態(tài)，需加入多少克什么物質(zhì)？參考答案1、B 2、D 3、D 4、B 5、B 6、B7、2MgCl2+(2-X)Ca(OH) 2+2mH2O=2Mg(OH)2-XClx ·mH2O+(2-X)CaCl2除去附著在Mg(OH)2表面的可溶性物質(zhì)MgCl2 、CaCl2 等。表面處理。Mg(OH)2和Al(OH)3受熱分解時(shí)吸收大量的熱，使環(huán)境溫度下降；同時(shí)生成的耐高溫、穩(wěn)定性好的MgO、Al2O3覆蓋在可燃物表面，阻燃效果更佳。Mg(OH)

24、2 Mg(OH)2的吸熱效率為：81.5kJ·mol-1/58g·mol-1=1.41 kJ·g-1 Al(OH)3的吸熱效率為：87.7kJ·mol-1/78g·mol-1=1.12 kJ·g-1 等質(zhì)量的Mg(OH)2比Al(OH)3吸熱多。C 四溴乙烷、磷酸三苯酯沸點(diǎn)低，高溫時(shí)有煙生成，且高溫時(shí)受熱分解產(chǎn)生有毒、有害的污染物。無(wú)機(jī)類阻燃劑Mg(OH)2和Al(OH)3無(wú)煙、無(wú)毒、腐蝕性小。8、（1）BDE （2）過(guò)濾  蒸餾（3）2IMnO24HMn2I22H2O（4）苯與水互不相溶；碘在苯中的溶解度比在水中大（5）取

25、少量提取碘后的水溶液于試管中，加入幾滴淀粉試液；觀察是否出現(xiàn)藍(lán)色（如果變藍(lán)，說(shuō)明還是單質(zhì)碘）9、a2IClO2H=I2ClH2O I3 b保留一部分使I2與形成I3，這樣既可通過(guò)離子交換樹脂進(jìn)行富集，又可增加離子交換樹脂的交換容量壓力（此時(shí)一個(gè)I3所占的位置也只相當(dāng)于一個(gè)I的位置）。如果I全都氧化為I2，則無(wú)法在陰離子交換樹脂上進(jìn)行陰離子交換。RClI3RI3Cl RClIRICl 所得棕褐色的溶液中含的主要陰離子是I3、I，通過(guò)氯型強(qiáng)堿性陰離交換樹脂時(shí)，陰離子與Cl交換。柱上有RI3呈黑紅色，流出液含Cl呈無(wú)色。IO3、I（還有Na、OH） I、OH（還有IO3）3I26OH=5IIO33H2O由于I多，交換機(jī)率大，