人教版 (2019)必修 第二册第一节 自然资源的开发利用导学案及答案

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第2课时 海水资源的开发利用
1．了解海水资源的开发利用；2．以海水资源的开发利用为例，体会化学在资源利用中的重要作用，认识化学对社会发展的重要意义。
一．海水资源的开发利用
1．海水资源的利用
(1)利用途径：海水的淡化和直接利用海水进行循环冷却等。
(2)海水淡化：通过从海水中提取淡水或从海水中把盐分离出去，都可以达到淡化海水的目的。海水淡化的方法主要有__蒸馏法__、__电渗析法__、__离子交换法__和__膜分离法__等。其中__蒸馏法__的历史最久，技术和工艺也比较成熟，但成本较高。
2．海水制盐
(1)从海水中制得的氯化钠，可以食用，同时也是生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸的工业原料。
(2)从海水中可以提取镁、钾、溴及其他化工产品。
(3)海水淡化与化工生产结合、与能源技术结合，成为海水综合利用的重要方向。
如图为海水综合利用的示意图。
3．从海水中获取能量
(1)从海水中提取铀和重水，用于核能开发。
(2)开发潮汐能、波浪能等新型能源。
二．常见海水化学资源的获取
海水化学资源的特点
(1)多样性：由于与岩石、大气、生物的相互作用，海水中溶解和悬浮着大量的 无机物
和 有机物 ，按含量计，海水中的H、O两种元素，加上Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr等11种元素的含量超过海水总量的99%，其他为 微量元素 ，总计有80多种元素。
(2)分散性：虽然海水中元素种类很多，总储量很大，但许多元素的浓度(或富集程度)却很低。
1.食盐
除食用外，还用做工业原料，如生产烧碱、纯碱、金属钠及氯气、盐酸、漂白粉等含氯化工产品。
主要流程：
有关反应的化学方程式：
电解氯化钠： 2NaCl（熔融） eq \(=====,\s\up7(电解)) 2Na + Cl2 ↑
4Na＋TiCl4(熔融)=== 4NaCl + Ti
电解饱和食盐水：2NaCl＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(电解))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑

侯氏制碱法：NaCl＋NH3＋H2O＋CO2===NaHCO3↓＋NH4Cl
NaHCO3分解： 2NaHCO3 === Na2CO3 + H2O + CO2
(2)从海水中制取镁、溴、碘及其化工产品。
①海水中镁的提取
主要流程：
有关反应的化学方程式：
MgCl2＋Ca(OH)2=== Mg(OH)2 + CaCl2 Mg(OH)2=== MgO + H2O
Mg(OH)2＋ 2HCl=== MgCl2 + H2O MgCl2（熔融）=== Mg + Cl2 ↑
②海水中溴的提取
主要流程：
EQ \x(海水)eq \(――→,\s\up11(浓缩),\s\d4(酸化)) EQ \x(浓缩海水Br－)eq \(――→,\s\up11(通入),\s\d4(氯气)) EQ \x(海水Cl－、Br2)eq \(―――――→,\s\up11(通入空气),\s\d4(水蒸气(吹出))) EQ \x(吸收塔SO2)eq \(――→,\s\up11(反应后),\s\d4(富集溴)) EQ \x(Br－、SO42－)eq \(―――→,\s\up7(通入Cl2)) EQ \x(Br2、Cl－)eq \(――→,\s\up7(分离)) EQ \x(溴单质)
有关反应的化学方程式：
Cl2 + 2Br- === 2Cl- + Br2 Br2 + SO2 + 2H2O === 2HBr + H2SO4
Cl2 + 2Br- === 2Cl- + Br2
③海带中碘的提取
主要流程：
有关反应的离子方程式：
Cl2＋ 2I－=== 2Cl- + I2 或 H2O2＋ 2I－＋ 2H＋=== 2H2O + I2
【典例1】水资源是发展国民经济不可缺少的重要自然资源。在世界许多地方，对水的需求已经超过水资源所能负荷的程度，同时有许多地区也存在水资源利用不平衡。下列关于水的说法错误的是（ ）
A．蒸馏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．融化的雪水中矿物质含量比深井水中的少
D．0℃以上，温度越高，水的密度越小
【答案】D
【解析】海水中溶有Na＋、Mg2＋、Cl－和SOeq \\al(2－,4)等，这些离子所组成的物质的沸点比水的沸点高，可用蒸馏法将其分离，A正确；上述杂质的溶入使水溶液的密度增大，B正确；雪和雨水成分相同，是水蒸发形成的水蒸气凝结而成的，含矿物质很少，而深井中的水不断地与硅酸盐矿物质接触，其中溶有许多矿物质，C正确；由于水在4℃时密度最大，故D错误。
【典例2】从海带中提取碘的实验过程中，涉及下列操作，其中正确的是（ ）
【答案】D
【解析】灼烧海带应用坩埚，A项错误；过滤时应用玻璃棒引流，B项错误；苯的密度比水的小，萃取了单质碘的苯层在上层，应从分液漏斗的上口倒出，C项错误。
【典例3】海水中含有氯化镁，是镁的重要来源之一。从海水中提取镁，可按照如下步骤进行：①把贝壳制成石灰乳；②在引入的海水中加入石灰乳，沉降、过滤、洗涤沉淀物；③将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤、干燥产物；④将所得的产物熔融后电解。关于提取镁，下列说法不正确的是（ ）
A．此法的优点之一是原料来源丰富
B．进行①、②、③步操作的目的是从海水中提取氯化镁
C．第④步电解时会产生氯气
D．以上提取镁的过程中没有涉及氧化还原反应
【答案】D
【解析】此法利用贝壳生产石灰乳，来源丰富，A正确；进行①、②、③步操作的目的是从海水中提取氯化镁，B正确；电解氯化镁产生氯气和镁，C正确；以上提取镁的过程中，电解MgCl2制取镁属于氧化还原反应，D错误。
1．下列各组物质，不需要经过化学变化就能够从海水中获得的是（ ）
A．氯、溴、碘 B．钠、镁、铝
C．烧碱、氢气 D．食盐、淡水
【答案】D
【解析】海水经过蒸发可得到食盐和淡水。A、B选项中，海水中存在Cl－、Br－、I－、Na＋、Mg2＋、Al3＋，要获得它们的单质必须失去或得到电子才能实现。C中，需要电解饱和食盐水获取。
2．若将海水淡化后的水作为饮用水使用，下列方法在原理上完全不可行的是（ ）
A．利用太阳能使海水蒸馏淡化
B．加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化
C．将海水缓慢凝固以获得淡化的饮用水
D．海水通过离子交换树脂，以除去所含杂质离子
【答案】B
【解析】明矾净水是利用Al3＋水解生成的Al(OH)3胶体的吸附作用而除去水中的一些悬浮物，并不能除去海水中的多数杂质离子而使海水淡化，B项不可行；利用太阳能使海水蒸馏淡化，是极有研究价值的一种淡化途径。海水缓慢凝固后可结成冰，在这个过程中可以除去海水中的杂质离子而使海水淡化。将海水通过离子交换树脂是一种已被应用的海水淡化方法。
3．下列有关工业生产的叙述不正确的是（ ）
A．用海水淡化后的浓缩海水作原料提取溴
B．在太阳能资源相对充足的沿海地区建造海水淡化厂
C．利用“海水→氯化钠→金属钠→氢氧化钠”的工艺流程生产烧碱
D．利用“海水→氢氧化镁→氯化镁→金属镁”的工艺流程生产金属镁
【答案】C
【解析】A.用海水淡化后的浓缩海水作原料提取溴；B.在太阳能资源相对充足的沿海地区建造海水淡化厂；C.工业上通过电解饱和食盐水来生产烧碱，C错误；D.利用“海水→氢氧化镁→氯化镁→金属镁”的工艺流程生产金属镁。
4．化学与社会、生活密切相关，下列有关说法错误的是（ ）
A．明矾中铝离子水解产生的胶体具有很强的吸附作用而常用于净水
B．地球上99%以上的溴蕴藏在大海中，因此溴被称为“海洋元素”
C．目前加碘盐中添加的含碘物质是KI，可用氯水和淀粉溶液鉴定食盐是否加碘
D．为减少污染、提高燃烧效率，可将煤气化或液化获得清洁燃料
【答案】C
【解析】碘盐中添加的含碘物质为KIO3，C项错误。
5．某课外小组将灼烧的海带灰浸泡后过滤，得到澄清的滤液，他们设计了如下几个方案，你认为能证明灼烧的海带灰中含有碘元素的是（ ）
A．取适量滤液，蒸干，观察是否有紫黑色固体生成
B．取适量滤液，加入酸化的H2O2溶液，再加入淀粉溶液，呈蓝色，证明含有碘元素
C．取适量滤液，向其中加入淀粉溶液，无明显现象，证明不含碘元素
D．取适量滤液，加入苯，振荡、静置，苯层无色，证明不含碘元素
【答案】B
【解析】海带灰中碘元素以I－形式存在，应先加入氧化剂将其氧化为I2，再加入淀粉溶液检验。
6．下面是某加碘食盐包装袋上的部分图表文字。由此根据你得到的信息做出正确的推测是（ ）
A．此食盐属于纯净物
B．“加碘食盐”中的“碘”是指碘单质
C．“菜未烧熟不宜加入加碘盐”的原因可能是碘酸钾受热不稳定
D．1 kg此食盐中含碘酸钾(35±15)mg
【答案】C
【解析】“菜未烧熟不宜加入加碘盐”的原因可能是碘酸钾受热不稳定，C项正确。食盐中含有氯化钠、碘酸钾等，所以是混合物；加碘食盐中的碘是指碘酸钾；1 kg此食盐中含碘元素(35±15)mg。
7．一位遇上海难的水手，随着木筏在海上漂流。他用完了淡水，感到异常口渴，但他不喝海水，因为他知道喝海水会致命。理由是 ( )
A．海水有苦涩味，根本喝不下去
B．海水中含有多种盐，能使肠胃腐烂致人死亡
C．海水中有许多微生物，有些微生物能致人死亡
D．海水会造成水分从血液和组织内脱离出来，进入肠胃中，使人脱水死亡
【答案】D
【解析】海水是由氯化钠等多种成分组成的混合物，人体内氯化钠的含量约0.9%，海水中盐的含量要高很多。因此，饮用海水后，会因渗透压的不同导致脱水死亡。
8．根据如图海水综合利用的工业流程图，判断下列说法正确的是（ ）
已知：MgCl2·6H2O受热生成Mg(OH)Cl和HCl气体等。
A．过程①的提纯是物理过程，过程②通过氧化还原反应可产生2种单质
B．在过程③中将MgCl2·6H2O灼烧即可制得无水MgCl2
C．在过程④、⑥反应中每氧化0.2 ml Br－需消耗2.24 L Cl2
D．过程⑤反应后溶液呈强酸性，生产中需解决其对设备的腐蚀问题
【答案】D
【解析】A项，过程①涉及Mg2＋、COeq \\al(2－,3)、SOeq \\al(2－,4)的沉淀，属于化学过程，错误；B项，由已知条件知直接灼烧MgCl2·6H2O得不到无水MgCl2，错误；C项，未指明温度和压强，错误。
9．海水开发利用的部分过程如图所示。下列说法错误的是（ ）
A．向苦卤中通入Cl2是为了提取溴
B．粗盐可采用除杂和重结晶等过程提纯
C．工业生产中常选用NaOH作为沉淀剂
D．富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收
【答案】C
【解析】A项，苦卤中含有K＋、Mg2＋、Br－等，通入Cl2可将Br－氧化成Br2，便于从苦卤中提取Br2，正确；B项，粗盐中含有不溶性杂质(泥沙)和可溶性杂质(Ca2＋、Mg2＋、SOeq \\al(2－,4)等)，将粗盐溶于水，并除去其中的杂质，再通过重结晶的方法得到纯净NaCl晶体，正确；C项，工业上沉淀Mg2＋常选用廉价的Ca(OH)2，而不选用NaOH，错误；D项，Br2具有较强的挥发性，富集溴时，常先用空气和水蒸气吹出Br2，再用SO2将其还原吸收(SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr)，得到浓度较大的含Br－溶液，正确。
10．海水是巨大的资源宝库，可以进行综合利用。从海水中提取溴的过程如下：
(1)步骤Ⅰ获得Br2的离子方程式为 。
(2)步骤Ⅱ用X(SO2)水溶液吸收Br2，使溴蒸气转化为氢溴酸以达到富集的目的。其反应的化学方程式为Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，在该反应中，氧化剂是 (填化学式)。若反应中生成2 ml HBr，则消耗 ml SO2。
(3)根据上述反应判断SO2、Cl2、Br2三种物质氧化性由强到弱的顺序是 。
【答案】（1）Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－
（2）Br2 1 （3）Cl2>Br2>SO2
【解析】Cl2氧化浓缩海水中的Br－得到Br2，离子反应为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，然后通入热空气，吹出Br2，再用SO2吸收Br2，发生反应为Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，该反应中氧化剂为Br2，还原剂为SO2，反应中每生成2 ml HBr，则消耗1 ml SO2，最后再向含HBr的溶液中通入适量Cl2，蒸馏得到Br2。经过上述过程中的反应知氧化性由强到弱的顺序：Cl2>Br2>SO2。
11．目前世界上60%的镁是从海水中提取的。海水提镁的主要流程如下：
提示：①MgCl2晶体的化学式为MgCl2·6H2O。
②MgO的熔点为2 852℃，无水MgCl2的熔点为714℃。
(1)操作①的名称是________，操作②的名称________、________、过滤。
(2)试剂a的名称是________________。
(3)用氯化镁电解生产金属镁的化学方程式为______ ______。
【答案】(1)过滤 蒸发浓缩 冷却(或降温)结晶 (2)盐酸
(3)MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑
【解析】(1)从沉淀池中把难溶性的固体Mg(OH)2与可溶性液体物质分离的操作是过滤。因此操作①的名称是过滤。从MgCl2溶液分离得到固体溶质应是蒸发浓缩、冷却(或降温)结晶。
(2)溶解固体Mg(OH)2使之转化为MgCl2溶液需要加入的试剂a是HCl溶液。
(3)在工业上一般是用电解熔融的氯化镁的方法来生产金属镁，反应的化学方程式为MgCl2(熔融)eq \(=====,\s\up7(电解))Mg＋Cl2↑。
13．Ⅰ.(1)粗食盐常含有少量K＋、Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SOeq \\al(2－,4)等杂质离子，实验室提纯NaCl的流程如下：
提供的试剂：饱和Na2CO3溶液、饱和K2CO3溶液、NaOH溶液、BaCl2溶液、Ba(NO3)2溶液、75%乙醇、四氯化碳
①欲除去溶液Ⅰ中的Ca2＋、Mg2＋、Fe3＋、SOeq \\al(2－,4)，选出a所代表的试剂，按滴加顺序依次为
(只填化学式)。
②洗涤除去NaCl晶体表面附带的少量KCl，选用的试剂为 。
Ⅱ.工业上用活性炭吸附海带提碘后废水中的I－制取I2，其流程如图：
(2)向废水中加入NaNO2并调节pH