第1章微項目海帶提碘與海水提溴體驗元素性質(zhì)遞變規(guī)律的實際應用講義2023-2024學年高一下學期化學

微項目海帶提碘與海水提溴——體驗元素性質(zhì)遞變規(guī)律的實際應用學習目標1．通過海帶提碘活動和海水提溴工藝流程的設計，建立真實復雜系統(tǒng)中物質(zhì)富集、分離、提取的基本思路。2．通過海帶提碘活動和海水提溴工藝流程的設計，體會元素周期律、元素周期表在分析、解決實際問題中的價值。項目活動1海帶提碘【思考】1．如何證明海帶灰溶液中含有I？為了將I轉(zhuǎn)化成I2，可用選用哪些化學試劑？選擇的依據(jù)是什么？2．設計實驗方案，并用流程圖表示從海帶灰中提取碘單質(zhì)得到含碘單質(zhì)溶液的實驗流程。實驗步驟實驗現(xiàn)象實驗結論【知識基礎】1、Br2、I2的物理性質(zhì)2、鹵族元素化學性質(zhì)的遞變規(guī)律(F→I)3、萃取與分液(1)萃取劑的選擇萃取劑必須具備的三個條件：①萃取劑和原溶劑互不相溶、不反應；②萃取劑和溶質(zhì)不發(fā)生反應；③溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度遠大于在原溶劑中的溶解度。(2)分液操作的注意問題①分液漏斗使用前要檢驗是否漏水。②倒轉(zhuǎn)分液漏斗時，應關閉活塞，蓋上玻璃塞，防止液體流出，并且要不時旋開活塞放氣，以防止分液漏斗內(nèi)壓強過大引起危險。③分液時要將分液漏斗頸上的玻璃塞打開，或使塞上的凹槽(或小孔)對準漏斗上的小孔，保證漏斗內(nèi)與外界大氣相通，同時漏斗下端要緊貼燒杯內(nèi)壁，從而使液體順利流下。④下層液體要從下口放出，上層液體要從上口倒出。結合以上知識小組討論解決問題1、21、根據(jù)元素周期表中元素性質(zhì)的遞變規(guī)律可知，同主族元素從上到下，非金屬性逐漸減弱，則相應單質(zhì)的氧化性逐漸減弱，所以氯水、溴水均可用作提取碘單質(zhì)的氧化劑。反應的離子方程式為Cl2+2I2Cl+I2、Br2+2I2Br+I2。取反應后的溶液，向其中滴加淀粉溶液，如果溶液顯藍色，說明生成碘單質(zhì)。2、實驗室里，從海帶灰中提取碘單質(zhì)包括浸取、過濾、氧化、萃取四個步驟。其中，將I氧化為I2是提取的關鍵步驟。實驗步驟實驗現(xiàn)象解釋1.將海帶沖洗干凈，用剪刀將海帶剪成塊狀，用酒精潤濕(便于灼燒)后，放在坩堝中。灼燒灰化海帶變成黑色粉末或小顆粒，后期產(chǎn)生大量白煙將海帶中的碘離子轉(zhuǎn)化為可溶于水的無機碘化物2.將海帶灰轉(zhuǎn)移到小燒杯中，再向燒杯中加入10mL蒸餾水，攪拌，煮沸2～3min,過濾可溶物溶解使灰分中的碘元素以碘離子的形式進入溶液3.氧化1mL新制氯水，或者加適量的過氧化氫溶液溶液變成棕黃色2I－＋Cl2=2Cl－＋I22I－＋H2O2＋2H＋=I2＋2H2O4.檢驗：取少量上述濾液，加幾滴淀粉溶液溶液變藍色淀粉遇碘顯藍色5.萃取、分液，加入四氯化碳溶液分兩層，上層近無色，下層紫紅色；下層液體從下口放出，上層液體從上口倒出。碘單質(zhì)在四氯化碳中溶解度大，得紫紅色溶液【思考題】（1）灼燒海帶時用到哪些儀器？（2）第②步獲取含I－溶液的操作名稱是什么？（3）第③步發(fā)生的反應是什么？（4）第④步實驗操作的名稱是什么？如何從I2的CCl4溶液進一步提取碘單質(zhì)呢？I2的沸點184℃CCl4的沸點76.8℃答案（1）坩堝、坩堝鉗、三腳架、泥三角、酒精燈、玻璃棒。（2）浸取、過濾（3）Cl2+2I===2Cl+I2、2I－＋H2O2＋2H＋===I2＋2H2O（4）萃取、分液。①將碘的四氯化碳溶液進行蒸餾。②反萃取法：將富集在有機溶劑中的單質(zhì)利用化學轉(zhuǎn)化法重新富集在水中的方法。利用反萃取法從碘的四氯化碳溶液中提取碘。(1)涉及反應的離子方程式①碘單質(zhì)與濃氫氧化鈉溶液的反應：3I2＋6OH－=5I－＋IOeq\o\al(－,3)＋3H2O。②加入45%的H2SO4溶液時發(fā)生的反應：5I－＋IOeq\o\al(－,3)＋6H＋=3I2＋3H2O。(2)提取流程中的操作名稱和主要儀器①：分液，分液漏斗、燒杯。②：過濾，漏斗、玻璃棒和燒杯?！咎骄靠偨Y】1、物質(zhì)的分離與提純（1）物質(zhì)分離和提純的基本原則①“不增”：不引入新的雜質(zhì)②“不減”：不減少被提純物質(zhì)③“易分離”：被提純物質(zhì)與雜質(zhì)易分離④“易復原”：被提純物質(zhì)易復原（2）物質(zhì)分離和提純的要求①“過量”：為除盡雜質(zhì)，除雜試劑要過量②“后除前”：后加入的試劑要把前面過量的試劑除盡③達標判斷：沉淀完全的判斷方法是在上層清液中或取少量上層清液置于小試管中，滴加沉淀劑，如果不再產(chǎn)生沉淀，說明沉淀已經(jīng)完全。（3）物質(zhì)分離和提純的基本方法①物理方法：過濾法、蒸發(fā)結晶法、蒸餾法、升華法、萃取分液法等②化學方法：沉淀法、洗氣法、酸堿法、氧化還原法、電解法、離子交換法等2．物質(zhì)分離提純的基本思路【當堂練習】1．判斷正誤(1)萃取碘水中的碘單質(zhì)，可以用酒精作萃取劑()(2)用CCl4萃取碘水中的碘，下層呈紫色()(3)分液漏斗使用前需洗滌并檢漏()(4)從海帶中提取碘時，將干海帶放入蒸發(fā)皿中灼燒()(5)碘單質(zhì)中混有NaCl或NH4Cl固體，均可用升華法提純()2．關于萃取與分液，下列說法正確的是()A．可用四氯化碳萃取碘酒中的碘單質(zhì)B．分液過程中放出下層液體時，應打開上方的玻璃塞，并使下端管口緊貼燒杯內(nèi)壁C．分液時，下層液體全部流出后，換另一個燒杯，將上層液體繼續(xù)放出D．分液漏斗在使用前只需檢查旋塞處是否漏水即可3．實驗室海帶提碘的實驗中不涉及的操作是()A．灼燒B．溶解C．過濾D．蒸發(fā)4．(2023·濟南高一期中)海洋植物中富含一種人體必需的微量元素——碘。實驗室模擬從海帶中提取碘單質(zhì)的流程圖如下：(1)提碘的原料一般選擇海帶或海藻，是因為______________________________。(2)在實驗室里把有機碘化物轉(zhuǎn)化為碘離子往往需要灼燒操作，灼燒海帶需要在_____中進行。(3)若從綠色化學角度考慮，①處選Cl2不好的原因是_________________________。(4)操作Ⅰ中，實驗室可用如圖儀器將I2富集到有機溶液X，該步操作的名稱為________；如圖中所選用的有機溶劑可以是________(填字母)。a．酒精b．醋酸c．四氯化碳d．苯(5)操作Ⅰ中具體實驗步驟：A．把盛有溶液的分液漏斗放在鐵架臺的鐵圈中；B．檢驗分液漏斗旋塞和上口的瓶塞是否漏液；C．把20mL碘水與5mL四氯化碳加入分液漏斗中，并蓋好玻璃塞；D．倒轉(zhuǎn)漏斗振蕩，并不時旋開活塞放氣，最后關閉活塞，把分液漏斗放正；E．旋開活塞，用燒杯接收下層溶液；F．將分液漏斗上口的玻璃塞打開或使塞上的凹槽對準分液漏斗口上的小孔；G．從分液漏斗上口倒出上層溶液；H．靜止、分層。實驗步驟的正確順序為_______→_______→_______→A→H→_______→_______→_______。(6)為尋找氯水的替代品，某同學設計了如下實驗來證明H2O2能否代替氯水。實驗操作：將H2O2作為氧化劑加入溶液A中，取少量反應后的溶液于試管中，________________，則證明H2O2能代替氯水。請寫出此反應的離子方程式：_____________________________________?！敬鸢浮?．答案(1)×(2)√(3)√(4)×(5)×2．答案B解析碘、酒精與四氯化碳混溶，液體不分層，所以不能用四氯化碳萃取碘酒中的碘單質(zhì)，故A項錯誤；分液過程中放出下層液體時，應打開上方的玻璃塞，以使分液漏斗內(nèi)外壓強相等，使液體順利流出，且使下端管口緊貼燒杯內(nèi)壁，防止液體飛濺，故B項正確；分液時，下層液體從下端放出，上層液體應從上口倒入另一個燒杯中，故C項錯誤；分液漏斗在使用前應檢查玻璃塞和旋塞處是否漏水，故D項錯誤。3．答案D4．答案(1)海帶或海藻中碘元素的含量高，且原料便宜(2)坩堝(3)氯氣有毒，易造成空氣污染(4)萃取、分液c(5)BCDFEG(6)滴加淀粉溶液，溶液變藍(或者加入CCl4振蕩，若下層呈紫色)H2O2＋2I－＋2H＋=I2＋2H2O解析干海帶經(jīng)過灼燒后浸泡、過濾獲得含有碘離子的溶液A，加稀硫酸酸化后通入氯氣將碘離子氧化成碘單質(zhì)，向溶液B中加入有機溶劑萃取水中的碘單質(zhì)后分液獲得有機溶液X，再蒸餾獲得碘單質(zhì)。(4)酒精和水互溶，不能做萃取劑，a錯誤；醋酸和水互溶，不能做萃取劑，b錯誤；四氯化碳與水互不相溶且不反應，密度比水大，有機層在下層，c正確；苯與水互不相溶且不反應，但密度比水小，有機層在上層，d錯誤。項目活動2海水提溴地球上99%的溴元素以Br﹣的形式存在于海水中，所以人們也把溴稱為“海洋元素”。目前，從海水中提取的溴占世界溴年產(chǎn)量的1/3左右?？帑u（海水曬鹽后得到的母液）是海水制鹽業(yè)的副產(chǎn)物，其中含有高濃度的K+、Mg2+、Br﹣和SO42等，是從海水中提取溴的主要原料。請用流程圖表示你設計的從苦鹵中提取溴單質(zhì)的實驗方案?！局R補充】常溫、常壓下是有揮發(fā)性的深紅棕色液體，有刺激性氣味；可溶于水，易溶于乙醇、CCl4等。常見氧化劑價格（萬元/噸）氧化劑Cl2KMnO4價格20.1543.40Br2的沸點58.76℃CCl4的沸點76.8℃【方案設計】從海水中提取溴，一般要經(jīng)歷濃縮、氧化和提取三個步驟。在海水提溴的化工生產(chǎn)中，常選用氯氣作為氧化劑，反應原理為2Br＋Cl2===2Cl＋Br2。（空氣吹出法是目前用于從天然海水中提取溴的最成熟的工業(yè)方法）【具體提取流程】【圖示】[問題探究]1．為什么選曬鹽后的苦鹵而不是海水作為提取溴單質(zhì)的原料？向苦鹵中通入Cl2繼而通入熱空氣可得粗溴，在此過程中體現(xiàn)了溴的哪些性質(zhì)？3．實驗室常用MnO2＋2NaBr＋3H2SO4eq\o(=,\s\up10(△))2NaHSO4＋MnSO4＋2H2O＋Br2↑來制備Br2。請比較實驗室提取溴與工業(yè)提取溴有何異同？4．工業(yè)上常利用電解飽和食鹽水的方法提取氯氣，本項目中利用氧化劑來提取碘單質(zhì)和溴單質(zhì)。請結合元素周期律知識解釋采用不同方法提取氯、溴、碘單質(zhì)的原因?！敬鸢浮?．提示：苦鹵中Br－的濃度比海水大得多。2．提示：(1)溴的氧化性不如氯氣強，可用置換法制備溴單質(zhì)；(2)溴易揮發(fā)，因此可用熱空氣從溶液中分離出來。3．提示：實驗室制備溴和工業(yè)制備溴的相同點：都是Br－被氧化得Br2；不同點：工業(yè)提取溴需經(jīng)過復雜的富集、分離、提純等生產(chǎn)工藝流程。4．提示由元素周期律可知，非金屬性：Cl＞Br＞I，則鹵素單質(zhì)的氧化性：Cl2＞Br2＞I2，鹵素離子的還原性：Cl－＜Br－＜I－。因此提取碘單質(zhì)可選用Cl2和Br2做氧化劑，提取溴單質(zhì)可選用Cl2做氧化劑，而氯離子還原性很弱，很難被氧化，常用電解法制取氯氣?！練w納總結】Cl2、Br2、I2性質(zhì)的比較(1)物理性質(zhì)氯氣溴單質(zhì)碘單質(zhì)顏色黃綠色深紅棕色紫黑色狀態(tài)氣體液體固體溶液顏色水中淺黃綠色橙色棕色酒精中—橙紅色紫色四氯化碳中—橙紅色紫紅色特性易液化易揮發(fā)易升華(2)Cl2、Br2、I2氧化性的比較鹵素單質(zhì)的氧化性強弱順序為Cl2>Br2>I2。陰離子的還原性強弱順序為Cl<Br<I。(3)Cl、Br、I的檢驗①滴加硝酸酸化的AgNO3溶液，Cl產(chǎn)生白色AgCl沉淀，Br產(chǎn)生淺黃色AgBr沉淀，I產(chǎn)生黃色AgI沉淀。②先滴入氯水再加CCl4，振蕩后靜置，下層為橙紅色的是Br，下層為紫紅色的是I。（4）鹵素單質(zhì)的提取反應原理比較海帶提碘①流程：海帶→灼燒→浸泡→過濾→氧化→提純→碘單質(zhì)；②主要反應：2KI＋Cl2=2KCl＋I2海水提溴①方法：在經(jīng)酸化的濃縮海水中，用氯氣氧化溴離子使之成為溴單質(zhì)；②主要反應：2NaBr＋Cl2=2NaCl＋Br2制取氯氣①常利用電解飽和食鹽水制取氯氣；②2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up7(通電))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑【鞏固診斷】1．判斷正誤(1)海水中Br－濃度特別小，為提高提取效率，應先將海水濃縮，或使用海水曬鹽后的苦鹵()(2)海水提溴時，氧化劑的選擇應綜合考慮物質(zhì)氧化性強弱及生產(chǎn)成本()(3)實驗室可用CCl4從溴水中提取溴單質(zhì)()2．(2023·日照高一期中)海水提溴的流程如圖所示。下列說法錯誤的是()A．步驟②利用了溴的揮發(fā)性B．步驟④可以用雙氧水代替Cl2C．步驟⑤用到的玻璃儀器只有漏斗和燒杯D．使用該法處理1m3海水最終得到18gBr2，若提取率為30%，則原海水中Br－的濃度為60mg·L－13．(2022·沈陽高一月考)中國有廣闊的海岸線，建設發(fā)展海洋經(jīng)濟、海水的綜合利用大有可為?？諝獯党龇üに?，是目前“海水提溴”的最主要方法之一，其工藝流程如圖所示，試回答下列問題：(1)海水日曬得到的鹽因為含有較多雜質(zhì)，稱為粗鹽。為了得到精制鹽，可以用________的辦法除去其中的泥沙等不溶物。(2)以上步驟Ⅰ中已獲得游離態(tài)的溴，步驟Ⅱ又將之轉(zhuǎn)變成化合態(tài)的溴，其目的是________________________________________________________________________。(3)步驟Ⅱ中涉及的離子方程式如下，請在下面橫線上填入適當?shù)幕瘜W計量數(shù)：____Br2＋____COeq\o\al(2－,3)=____BrOeq\o\al(－,3)＋____Br－＋____CO2↑。(4)上述流程中吹出的溴蒸氣，也可先用二氧化硫水溶液吸收，再用氯氣氧化后蒸餾。寫出溴與二氧化硫水溶液反應的離子方程式：______________________________________。(5)步驟Ⅲ蒸餾過程中，溫度應控制在80～90℃。溫度過高或過低都不利于生產(chǎn)，請解釋原因：________________________________________________________________________________________________________________________________________________?！敬鸢浮?．判斷正誤答案(1)√(2)√(3)√2．答案C解析因溴易揮發(fā)，可用熱空氣吹出，所以步驟②利用了溴的揮發(fā)性，故A正確；因雙氧水氧化性強于溴，且雙氧水還原產(chǎn)物為水，所以可用雙氧水代替Cl2，故B正確；步驟⑤為分離溴和水，先用苯或四氯化碳萃取分液得到溴的有機溶液，再進行蒸餾，用到的玻璃儀器有分液漏斗、燒杯、蒸餾燒瓶、冷凝管等，故C錯誤；使用該法處理1m3海水最終得到18gBr2，若提取率為30%，則1m3海水中含有Br－的質(zhì)量為eq\f(18g,30%)＝60g，原海水中Br－的濃度為eq\f(60×1000mg,1000L)＝60mg·L－1，故D正確。3．答案(1)過濾(2)富集