高中化学人教版 (2019)必修 第二册第一节 自然资源的开发利用评课ppt课件

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海水资源的开发利用是一个物质不断分离和提纯的过程!
海 水 淡 化 技 术
电渗析法（成本低，但未能大量生产）
阳离子交换树脂:HR+Na+ = NaR+H+
阴离子交换树脂:ROH+Cl- = RCl+OH-
H++OH- = H2O
离子交换法（目前正迅速发展，但需要不断更新离子交换树脂）
原理:利用液体中各组分沸点的差别,使低沸点物质汽化并随之冷凝,从而实现其与所含组分的分离。
操作:将水加热至105℃蒸发汽化,然后将蒸汽冷凝而得到蒸馏水的方法
特点:历史最久,技术和工艺比较完善;设备结构简单、易操作、淡水质量好,缺点是能耗大
可采用何种措施降低成本？
方法一：广泛使用太阳能、风能、发电厂等工业余热
当压强降低时,液体的沸点也降低,因此,降低容器内的压强,可使液体在较低温度下沸腾。在低于常压下进行的蒸馏过程,通常称为减压蒸馏
方法二：设计了一种压强一个比一个低的蒸发室,将它们连通在一起,当高温海水从它们中间通过时,水就会瞬间蒸发变成水蒸气,经冷凝成为淡水。
开发利用海水中化学资源面临的关键问题?
浓缩或富集：使用物理或化学方法，使某种元素或物质浓度提高的过程
海水淡化与化学资源的综合利用
海水淡化后的浓缩海水怎么利用?
也叫“苦卤”,含有高浓度的K+、Mg2+、Br-和SO42-等,可从中提取多种化工原料。
盐田法(太阳能蒸发法)
继续日晒风吹成为过饱和溶液,析出晶体
1.定义:在一定条件下,溶液中的溶质以晶体的形式从溶液中析出的过程
不饱和溶液→饱和溶液→过饱和溶液→晶核的发生→晶体生长等过程
降温结晶(冷却热饱和溶液)
恒温蒸发溶剂,P-A,继续蒸,A-A',析出晶体
保持溶剂量不变,降温P-B,继续降温,B-B',析出晶体
A溶液:NaCI(含少量KNO3);提纯NaCI B溶液:KNO3(含少量NaCI);提纯KNO3
在青海的茶卡盐湖,沿湖居民“夏天晒盐、冬天捞碱”
“夏天晒盐”:蒸发结晶,得到氯化钠晶体
“冬天捞碱”:降温结晶,得到碳酸钠晶体
如何除去NaCI溶液中少量的Mg2+、Ca2+、SO42-?
除杂原则:试剂及添加顺序:操作流程图:
原则一:尽量不引入新的杂质,如不得不引入,后面应该除去原则二:为了保证除彻底,一般药品要过量原则三:顺序要合理
除杂原则:试剂及添加顺序:
原则一:Na2CO3在BaCl2之后，利用CO32-除Ba2+和Ca2+,最后加盐酸除OH-、CO32-原则二:每一步试剂加过量
引入杂质:OH-、CO32-、Ba2+
第一课时 金属矿物的开发利用
母液也叫“苦卤”,含有高浓度的K+、Mg2+、Br-和SO42-等,可从中提取多种化工原料。
海水中镁的含量为1.28g/L,总储量约为2×1015t
结合粗盐中可溶性杂质离子的除去与金属冶炼的方法,思考:海水中提取镁的反应原理是什么?其基本流程是怎样的?
镁具有密度低,比强度、比刚度高,阻尼减振降噪能力强、电磁屏蔽性能优异,抗辐射,磨擦时不起火花,热中子捕获截面小,液态成形性能优越,易于回收,符合“21世纪绿色结构材料”。
镁最大用途之一作为合金的元素镁合金因具有强度高、机械性能好等优点广泛应用于航空、汽车、船舶等运输系统,通讯电子业,国防工业,电化学方面包括阴极保护、制造电池和光刻等。
生产难熔金属的还原剂：镁既可作为生产稀有金属Ti、Zr、Hf等的还原剂,也可以做为生产Be、B的还原剂。
高贮能材料：镁在常压下,大约523K和H2作用生成MgH2,在低压或稍高温下又能释放出氢,镁具有贮氢的作用。MgH2较一般金属氢化物贮能高,所以镁可以作国防金属，为高贮能材料。
溴是海洋元素，地球上99%的溴分布在海水中，以Br-的形式存在。
迄今已发现海水中化学元素达80多种,一般将每千克海水中含量在1毫克以上的元素称为常量元素,小于1毫克的元素称微量元素。
实际工业生产中，首先要先对海水中的溴进行富集
溴化钨制成的溴钨灯体积小却非常明亮
溴化钾、溴化钠和溴化铵制成的三溴片,在医学上用作镇静剂,消毒药剂的红药水中,就含有溴和汞;
1.如何选择合适的氧化剂？
Cl2+2Br-=Br2+2Cl-
2.如何将卤水中的溴单质提取出来？
萃取:是利用A物质在B溶剂中的溶解能力小于在C溶剂中的溶解能力,把A物质从B溶剂提取到C溶剂里(B和C互不相溶)的分离方法
分液:是利用两种液体互不相溶的性质将两种液体分离的方法。
工业上做法：“吹出法”。其过程主要包括氧化（用氯气氧化海水中的溴离子）、吹出（用空气将生成的溴吹出）、吸收（用二氧化硫作还原剂使溴转化为氢溴酸，以使其与空气分离）、蒸馏（再用氯气将氢溴酸氧化为溴后蒸馏分离）等环节（如图8-4）
①2Br- + Cl2═ Br2+ 2Cl-
②2H2O+SO2+Br2═H2SO4+2HBr
③2Br-+Cl2═ Br2+2Cl-
注：Cl2连续2次 氧化Br-
工业上做法：“吹出法”。其过程主要包括氧化（用氯气氧化海水中的溴离子）、吹出（用空气将生成的溴吹出）、吸收（用二氧化硫作还原剂使溴转化为氢溴酸，以使其与空气分离）、蒸馏（再用氯气将氢溴酸氧化为溴后蒸馏分离）等环节
为什么氯气氧化时要用硫酸酸化？
再次氯化后得到的溴水混合物与第一次氯化后有什么不同?
PH3.5氧化效果最好
为什么不用四氯化碳萃取后再蒸馏？
依据绿色化学示意图：四氯化碳有毒，从安全和环保角度考虑不合适