高中化学苏教版 (2019)必修 第一册专题3 从海水中获得的化学物质第三单元 海洋化学资源的综合应用学案设计

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1．了解粗盐提纯的方法。
2．了解镁的性质与用途。
3．了解海水中提取镁的方法。
图说考点
学业基础——自学·思记·尝试
[新知预习]
一、粗盐提纯
1．海水晒盐获得的粗盐中主要含有的盐有：________、________和________，以及难溶性杂质。
2．粗盐中杂质离子的去除
二、镁的存在及提取
1．镁的存在：自然界中的镁主要以 eq \(□,\s\up1(16)) __________的形式存在于地壳和海水中。海水中镁的总储量约为2.1×1015吨。
2．镁的提取
从海水中提取镁，步骤如下：
(1)煅烧海边贝壳(__________)，制成石灰乳。化学方程式：CaCO3 CaO＋CO2↑，CaO＋__________===Ca(OH)2↓。
(2)将石灰乳加入到海水沉淀池中，得到氢氧化镁沉淀。化学方程式：MgCl2＋Ca(OH)2===__________＋__________，该反应实质上是Mg2＋与OH－结合生成MgOH2沉淀的反应，离子方程式： _____________________________________________________。
(3)将氢氧化镁与盐酸反应，化学方程式： ____________________________，该反应实质上是__________与__________反应生成Mg2＋与H2O，离子方程式： ______________________。所得溶液蒸发结晶可获得六水合氯化镁晶体(MgCl2·6H2O)，然后在氯化氢气流中加热，转化成氯化镁。化学方程式：MgCl2·6H2O __________。
(4)电解熔融__________制得金属镁。化学方程式：MgCl2(熔融) __________。
三、镁的原子结构和性质
1．镁的原子结构
(1)原子结构示意图为__________。
(2)原子结构和性质的关系：
容易________________最外层的________________个电子形成__________，表现强__________性。
2．镁的化学性质
写出下列化学反应方程式：
(1)Mg与N2反应： ________________________________________________
(2)Mg与盐酸反应： ____________________________________________________
(3)Mg与CO2反应： __________________________________________________
[即时自测]
1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”
(1)用H2还原MgCl2可得金属镁。( )
(2)工业上通常通过电解MgO来制得金属Mg。( )
(3)将镁条直接放入盐酸中观察镁与盐酸反应现象。( )
(4)燃着的镁条伸入盛CO2的集气瓶中立即熄灭。( )
(5)Mg不能在N2中燃烧。( )
(6)粗盐可直接用作化工原料。( )
2．提纯含有少量硝酸钡杂质的硝酸钾溶液，可以使用的方法为( )
A.加入过量碳酸钠溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸
B.加入过量碳酸钾溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸
C.加入过量硫酸钠溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸
D.加入过量硫酸钾溶液，过滤，除去沉淀，溶液中补加适量硝酸
3．广州亚运会开幕式上的礼花，让广州显得更加辉煌、浪漫。其中镁粉可用来制造焰火，工业上制取镁粉的方法是将镁的蒸气进行冷却，其中最适宜的方法是( )
A．在氮气的容器内冷却
B.在水中冷却
C.在氦气的环境里冷却
D.在二氧化碳气体里冷却
4．由海水制备无水氯化镁，主要有以下步骤：①在一定条件下脱水干燥；②加熟石灰；③加盐酸；④过滤；⑤浓缩结晶。其先后顺序正确的是( )
A．②④⑤③① B．③②④①⑤
C. ③④②⑤① D．②④③⑤①
5．分析镁在空气中的燃烧产物，肯定不存在的物质是( )
A.C B．MgO
C.MgCO3 D．Mg3N2
核心素养——合作·探究·分享
提升点1 粗盐提纯
例1 为了除去粗盐中的Ca2＋、Mg2＋、SO42-及泥沙，得到纯净的NaCl，可将粗盐溶于水，在下列操作中选取必要的步骤和正确的操作顺序( )
①过滤 ②加过量的NaOH溶液 ③加过量的盐酸 ④加过量的Na2CO3溶液 ⑤加过量的BaCl2溶液 ⑥加热蒸发
A．④①⑤②①③⑥ B．⑤①④②③⑥
C．②⑤④①③⑥ D．①②⑤④①③⑥
状元随笔 首先根据选项，明确三种杂质离子分别用哪种沉淀剂除去；其次，沉淀剂必须过量，过量的沉淀剂也要除去，因此要选择加入沉淀剂的合理顺序；最后，要明确加入盐酸的目的及何时加入。
[提升1] 为了除去KCl固体中少量的MgCl2、MgSO4，可选用Ba(OH)2、HCl和K2CO3三种试剂，按下列步骤操作：
(1)写出三种试剂的化学式：
A________，B________，C________。
(2)根据题意，回答下列问题：
①加入过量A的目的是_____________________________________________________；
②加入过量B的目的是____________________________________________________；
③加热煮沸的目的是__________________________________________________。
(3)操作Ⅰ是________，操作Ⅱ是________。
状元随笔 本题重点分析：①工艺路线；②试剂、用量；③分离操作；④中间产物。这也是解答工艺流程题的4个审题要点。
关键能力
粗盐提纯中各种试剂的作用
状元随笔 牢记分离和提纯操作中的“四个原则”
①“不增”——不能引入新的杂质；
②“不减”——不能减少被提纯物质；
③“易分离”——原杂质或反应后的杂质易与被提纯物质分离；
④“易复原”——被提纯的物质要容易复原。
提升点2 从海水中提取镁
例2 工业中“从海水中提取镁”的流程如图所示：
MgO熔点远高于MgCl2，熔化需消耗大量能量。
其步骤为：
①将海边大量的贝壳煅烧成石灰，并将石灰制成石灰乳；
②将石灰乳加入海水沉淀中经过滤得到Mg(OH)2沉淀；
③在Mg(OH)2沉淀中加入盐酸得到MgCl2溶液，再经蒸发结晶得到MgCl2·6H2O；
④将MgCl2·6H2O在一定条件下加热得到无水MgCl2；
⑤电解熔融的氯化镁可得到Mg。
请回答以下问题：
(1)步骤③中的蒸发是利用风吹日晒来完成的，而实验室中进行蒸发操作需要的主要仪器有________、________、酒精灯、铁架台等。
(2)上述提取镁的流程中，在降低成本、减少污染方面做了一些工作，请写出其中一点：________________。
(3)有同学认为：步骤②后可加热Mg(OH)2得到MgO，再电解熔融的MgO制取金属镁，这样可简化实验步骤。你同意该同学的想法吗？为什么？
你的观点是________，理由是________________________________________________
________________________________________________________________________。
[提升2] 某中学化学兴趣小组设计了四种从海水中提取镁的工艺流程，你认为合理的是( )
A．海水 NaOH Mg(OH)2 通电 Mg
B．海水 石灰乳 Mg(OH)2 HCl MgCl2溶液―→MgCl2(熔融) 通电 Mg
C．海水 HCl MgCl2溶液―→MgCl2晶体 通电 Mg
D．海水 石灰乳 Mg(OH)2 灼烧 MgO 通电 Mg
关键能力
1.从海水中提取镁的工艺流程
2．注意事项
(1)不要直接往海水中加沉淀剂。因为海水中的Mg2＋的浓度很小，直接加沉淀剂不利于Mg2＋的沉淀，而且会增大沉淀剂的用量，我们可以先将海水浓缩，再加沉淀剂。
(2)从原料来源以及经济等综合角度考虑选用CaOH2试剂作沉淀剂较好。因为海边有丰富的贝壳，可用来制得 CaOH2。
(3)在Mg(OH)2中先加盐酸反应，再浓缩得MgCl2·6H2O晶体，然后再将MgCl2·6H2O晶体在HCl气流中加热脱水即可得无水MgCl2。
(4)电解产生的Cl2可以循环利用，这样既可以节约资源又可以减轻Cl2任意排放对环境造成的污染。
学考评价——夯实·测控·演练
1.下列各物质含少量杂质，除去这些杂质应选用的试剂或操作方法正确的是( )
A.②④ B．②③④
C.①③④ D．①②③④
2．(双选)关于粗盐提纯的下列说法中正确的是( )
A.溶解粗盐时，应尽量让溶液稀些，防止食盐不完全溶解
B.当蒸发到蒸发皿中出现较多固体剩余少量液体时，停止加热，利用余热将液体蒸干
C.将制得的食盐熔化电解即为“氯碱工业”
D.为除去粗盐中的Ca2＋、Mg2＋、SO42-，可依次向溶液中加入足量的氢氧化钠溶液、氯化钡溶液、碳酸钠溶液、稀盐酸
3．海水中含的MgCl2是Mg的重要来源之一，从海水中提镁，可按如下步骤进行：
(1)将贝壳制成石灰乳
(2)在引入的海水中加入石灰乳、沉降、过滤、洗涤得到Mg(OH)2
(3)将沉淀物与盐酸反应、结晶、过滤、干燥产物
(4)将产物熔融后电解
下列说法中不正确的是( )
A.此法的优点之一是原料来源丰富
B.进行(1)、(2)、(3)步的目的是从海水中提取MgCl2
C.第(4)步会产生氯气
D.以上过程中涉及到复分解反应、化合反应和置换反应
4．从海水中提取镁的流程如图所示(框图中是主要产物)：
请回答相关问题：
(1)下列说法不正确的是________(填序号)。
A.上述方法的优点之一是原料丰富
B.进行①②③步骤的目的是富集MgCl2
C.工业上也可用电解熔融氧化镁的方法制取镁
D.电解法冶炼金属要消耗大量的电能
(2)海水进入沉淀池前，对海水进行处理有以下两种方案。
方案一：将晒盐后的卤水通入沉淀池。
方案二：将加热蒸发浓缩后的海水通入沉淀池。
你认为方案________更合理，理由是____________________________________
________________________________________________________________________。
(3)步骤③中发生反应的离子方程式是_______________________________________
________________________________________________________________________。
步骤④中发生反应的离子方程式是__________________________________
________________________________________________________________________。
练后感悟
海水提镁的“四步骤”“七反应”
第三单元 海洋化学资源的综合利用
第1课时 粗盐提纯 从海水中提取镁
学业基础
新知预习
CaCl2 MgCl2 Na2SO4 SO42- BaCl2 Ba2++SO42-===BaSO4↓ Mg2＋ NaOH Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓ eq \(□,\s\up1(10)) Ba2＋ eq \(□,\s\up1(11)) Na2CO3 eq \(□,\s\up1(12)) Ba2++CO32-===BaCO3↓ eq \(□,\s\up1(13)) CO32-、OH－ eq \(□,\s\up1(14)) HCl eq \(□,\s\up1(15)) H＋＋OH－===H2O、2H++CO32-===CO2↑＋H2O eq \(□,\s\up1(16)) 化合态
eq \(□,\s\up1(17)) 石灰石 eq \(□,\s\up1(18)) H2O eq \(□,\s\up1(19)) Mg(OH)2↓ eq \(□,\s\up1(20)) CaCl2 eq \(□,\s\up1(21)) Mg2＋＋Ca(OH)2===Ca2＋＋Mg(OH)2↓ eq \(□,\s\up1(22)) MgOH2＋2HCl===MgCl2＋2H2O eq \(□,\s\up1(23)) MgOH2 eq \(□,\s\up1(24)) H＋ eq \(□,\s\up1(25)) Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O eq \(□,\s\up1(26)) MgCl2＋6H2O↑ eq \(□,\s\up1(27)) 氯化镁
eq \(□,\s\up1(28)) Mg＋Cl2↑ eq \(□,\s\up1(29)) eq \(□,\s\up1(30)) 失去 eq \(□,\s\up1(31)) 2 eq \(□,\s\up1(32)) 镁离子 eq \(□,\s\up1(33)) 还原 eq \(□,\s\up1(34)) 3Mg＋N2Mg3N2 eq \(□,\s\up1(35)) Mg＋2HCl===MgCl2＋H2↑ eq \(□,\s\up1(36)) 2Mg＋CO22MgO＋C
即时自测
1．答案：(1)× (2)× (3)× (4)× (5)× (6)×
2．解析：为了使Ba2＋完全沉淀，必须加入过量的碳酸钾溶液，过滤，除去碳酸钡沉淀，在滤液中加入适量的硝酸，除去过量的CO32-，即可达到目的。
答案：B
3．解析：Mg与N2反应生成Mg3N2，Mg与热水反应，Mg与CO2反应。
答案：C
4．解析：由海水中提取镁可知，先在海水中加入熟石灰，使Mg2＋变成Mg(OH)2沉淀，过滤得到MgOH2，然后再加盐酸溶解、浓缩结晶，在一定条件下脱水干燥，最终得到无水氯化镁。
答案：D
5．解析：镁在空气中燃烧可与CO2反应生成C和MgO，与O2反应生成MgO，与N2反应生成Mg3N2。
答案：C
核心素养
例1 【解析】 开始时要先过滤，使不溶性泥沙与可溶性物质分开。除Ca2＋用CO32-，除Mg2＋用OH－，除SO42-用Ba2＋；为将杂质离子全部除去，加入的沉淀剂必须是过量的，这样就引入了新的杂质离子，必须考虑在后面操作中除去。方案很多，但有一个基本思路：CO32-要在Ba2＋后面加入，最后加入过量盐酸，加热蒸发。故D项正确。
【答案】 D
提升1 解析：当有多种杂质共存时，应认真分析。要使杂质一一除去，必须考虑到所加试剂是过量的，而且过量的试剂在后面步骤中必须能除去，要除去Mg2＋，可用含OH－的试剂，除SO42-可用含Ba2＋的试剂，故先加入Ba(OH)2。加入的过量Ba(OH)2中的Ba2＋可用K2CO3除去，过量BaOH2中的OH－，以及过量K2CO3中的CO32-，可用稀盐酸除去，最后加热煮沸可除去HCl。
答案：(1)Ba(OH)2 K2CO3 HCl
(2)①除尽Mg2＋和SO42- ②除尽过量的Ba2＋ ③使HCl挥发
(3)过滤 蒸发
例2 【答案】 (1)蒸发皿 玻璃棒
(2)生成的Cl2要回收利用
(3)不同意 MgO熔点高，熔化消耗大量能量
提升2 答案：B
学考评价
1．解析：①KOH与氯化铁反应生成沉淀和KCl，引入新杂质KCl，不能除杂，故不选；②Fe与硫酸铜反应生成硫酸亚铁和Cu，反应后过滤可分离，故选；③二氧化碳与NaOH反应，而氢气不能，选NaOH溶液、洗气可分离，故选；④碳酸钙不溶于水，硝酸钠溶于水，则溶解后，过滤、蒸发可分离，故选；故选B。
答案：B
2．解析：食盐溶解即可，不能加水太多，若水太多，蒸发需要的时间太长，故A错误；蒸发到蒸发皿中出现较多固体剩余少量液体时，停止加热，利用余热将液体蒸干，故B正确；“氯碱工业”不是电解熔融NaCl，而是电解饱和食盐水，故C错误；碳酸钠一定在氯化钡之后，可除去过量的钡离子，则除去粗盐中的Ca2＋、Mg2＋、SO42-，可依次向溶液中加入足量的氢氧化钠溶液、氯化钡溶液、碳酸钠溶液、稀盐酸，故D正确。故选BD。
答案：BD
3．解析：原料来源丰富是此法的优点之一，A正确；(1)、(2)、(3)步的目的是从海水中提取MgCl2以便用于第(4)步的电解，B正确；电解MgCl2生成镁和氯气，C正确；此过程中无置换反应，D不正确。
答案：D
4．解析：(2)由于蒸发浓缩海水需要加热，从而消耗大量的能源，所以方案一更合理。(3)氢氧化镁转化为氯化镁，需要将氢氧化镁溶解在盐酸中，反应的离子方程式是MgOH2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O；镁是活泼金属，需用电解法冶炼，反应的化学方程式是MgCl2(熔融) Mg＋Cl2↑。
答案：(1)C (2)一 加热海水需要大量的能源，浪费了能源，增加了生产成本
(3)Mg(OH)2＋2H＋===Mg2＋＋2H2O
MgCl2(熔融) Mg＋Cl2↑
步骤
杂质离子
加入试剂
离子方程式
1
________
________
________________
2
________
________
________________
3
________
________
________________
4
________
________
________________
序号
物质
杂质
除杂应选用的试剂或操作方法
①
KNO3溶液
KOH
加入FeCl3溶液，并过滤
②
FeSO4溶液
CuSO4
加入过量铁粉，并过滤
③
H2
CO2
通过盛NaOH溶液的洗气瓶
④
NaNO3固体
CaCO3
溶解、过滤、蒸发