8.1 自然资源的开发利用 第2课时 课件 -2024-2025学年高一下学期化学人教版（2019）必修第二册

人教版(2019)·必修第二册 第二课时 海水资源的开发利用 第八章 化学与可持续发展 第一节 自然资源的开发利用 引入部分：认识海水资源的开发利用 海洋约占地球表面积的71％，是人类千万年来取之不尽、用之不竭的巨大资源宝库，包括能源资源、生物资源、水资源及化学资源。其中的水资源和化学资源具有十分巨大的开发潜力。 引入部分：认识海水资源的开发利用 【阅读总结】阅读教材P100“资料卡片”，尝试总结海水资源的特点 引入部分：认识海水资源的开发利用 分散性 广阔性 海水中水的储量约为1.3×109亿吨，占地球总水量97% 元素种类很多，总计含有80多种元素 许多元素的富集程度很低(金总含量1x106t，而1t海水仅含1x10-4t） 多样性 【海水资源的特点】 引入部分：认识海水资源的开发利用 【海水资源的开发利用】 海水能源资源的利用 海水资源 的开发利用 海水水资源的利用 海水化学资源的开发利用 海水提镁 海水提溴 海带提碘 海水制盐 潮汐能、波浪能等 海底可燃冰 海水循环冷却 海水淡化 海水生物资源的利用 渔业等 海水水资源的利用 1 环节一：海水水资源的利用 利用 途径 直接利用海水进行循环冷却：直接使用海水作火电厂、核电厂的循环冷却水 海水淡化 ①蒸馏法 ②电渗析法 ④离子交换法 ③反渗透法 提取出淡水 分离出盐分 利用海水的途径 环节一：海水水资源的利用 1.蒸馏法 原理：蒸馏是利用各成分的沸点不同，分离液态混合物的物理分离方法。通过蒸馏的方法可得到净化程度较高的水。 蒸馏法的历史最久，技术和工艺也比较成熟，成本较高 适用范围：适用于互溶的液体混合物，各组分的沸点不同且差异较大 环节一：海水水资源的利用 1.蒸馏法 酒精灯 蒸馏烧瓶 温度计 直形冷凝管 牛角管(尾接管) 锥形瓶 陶土网 铁架台 环节一：海水水资源的利用 1.蒸馏法 【补充】常见的冷凝管 装置图 装置名称 区别 用途 直形冷凝管 球形冷凝管 蛇形冷凝管 由内外组合的直玻璃管构成 内管为若干个玻璃球连接起来，冷凝面积较直形冷凝管大，冷凝效率稍高 内芯管为螺旋形，增加了玻璃管的长度，冷却面较球泡形更大 蒸馏法分离物质时使用 一般用于反应装置，即在反应时考虑到反应物的蒸发流失而用球形冷凝管冷凝回流 用于有机制备的回流，适于沸点较低的液体 环节一：海水水资源的利用 1.蒸馏法 【思考1】蒸馏烧瓶与圆底烧瓶有什么区别？ 烧瓶加热时是否需要陶土网？ 蒸馏烧瓶有支管 不可直接加热，需要陶土网 【补充】蒸馏烧瓶中所盛液体体积一般应介于其容积的三分之一到三分之二 环节一：海水水资源的利用 1.蒸馏法 【思考2】蒸馏时需加入少量沸石/碎瓷片，有什么作用？ 防止液体暴沸 【补充思考】蒸馏开始后，发现忘记加入沸石，怎么处理？ 降至较低温度后，补加沸石 环节一：海水水资源的利用 1.蒸馏法 温度计水银球与蒸馏烧瓶支管口下沿齐平 下口进，上口出(逆流向) 【思考3】温度计的摆放位置有什么特点？ 【思考4】冷凝管中冷凝水的方向？目的？ ①更易充满冷凝管 ②使水蒸气冷凝更充分 环节一：海水水资源的利用 1.蒸馏法 先通冷却水，再加热 先停止加热，再停通冷却水 【思考5】加热蒸馏烧瓶和通冷凝水的顺序有什么要求？ 【思考6】停止加热和停止通冷凝水的顺序有什么要求？ 环节一：海水水资源的利用 1.蒸馏法 锥形瓶口小，可以减少挥发损失，并且锥形瓶的形状有利于接收和储存液体。 而烧杯的开口较大，不利于保持蒸馏物质的纯度和浓度。 【思考7】馏分用锥形瓶而不用烧杯承接的目的？ 环节一：海水水资源的利用 2.离子交换法 原理：利用离子交换树脂的活性基团与盐水中的阳离子和阴离子进行交换，除去海水中盐分制取淡水的方法，也就是说离子交换树脂将海水中的“离子”几乎全部“截流”了。 环节一：海水水资源的利用 2.离子交换法 (2019·全国Ⅲ卷)离子交换法净化水过程如图所示。下列说法中错误的是： A. 经过阳离子交换树脂后，水中阳离子的总数不变 B. 水中的 NO3-、SO42-、Cl- 通过阴离子树脂后被除去 C. 通过净化处理后，水的导电性降低 D. 阴离子树脂填充段存在反应H++OH- = H2O A 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 HR ROH 环节一：海水水资源的利用 3.电渗析法 原理：当海水进入时，在直流电场的作用下，海水中的阴、阳离子分别向两侧定向迁移，从而实现海水变淡水。 环节一：海水水资源的利用 4.反渗透法 原理：利用只允许溶剂水分子透过、不允许溶质离子透过的半透膜，将海水与淡水分隔开。 海水中化学资源的利用 1 环节二：海水中化学资源的利用 1.海水制盐 可溶性杂质： Ca2+、 Mg2+ 、 SO42- 除杂试剂： ①Na2CO3 ②NaOH ③BaCl2 试剂加入顺序： ②③①④ \\ ③②①④ \\ ③①②④ 1.先加BaCl2，后加Na2CO3； 2.过滤后再加稀盐酸，蒸发结晶。 基本原则： ④稀盐酸 盐田 海水 饱和食盐水 引入 日晒风吹 析出粗盐 精制 NaCl 蒸发结晶 过滤除去泥沙 环节二：海水中化学资源的利用 1.海水制盐 【思考1】NaCl不仅可作为食盐食用，同时也是重要的化工原料。结合元素组成进行分析，以NaCl为原料可以制得哪些产品？ 环节二：海水中化学资源的利用 氯碱工业 2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 电解 制盐酸 制漂白粉 2Ca(OH)2＋2Cl2===CaCl2＋Ca(ClO)2＋2H2O H2＋Cl2 2HCl 点燃 1.海水制盐 环节二：海水中化学资源的利用 电解熔融氯化钠 2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑ 电解 侯氏制碱法 NH3 ＋ CO2＋ NaCl＋H2O NaHCO3↓＋NH4Cl 2NaHCO3 Na2CO3＋H2O＋CO2↑ 1.海水制盐 环节二：海水中化学资源的利用 Br- Mg2+ Mg2+ Mg2+ Mg2+ Mg2+ Mg2+ Mg2+ + Mg2+ Br- Mg2+ Mg2+ Cl- Cl- Cl- 海水 粗盐 NaCl Br2 Mg Br- Mg2+ 苦卤 ？ Br- 环节二：海水中化学资源的利用 2.海水提溴 Br 地球中99%的溴元素存在于海洋中，因此溴被称为“海洋元素” 溴及其化合物广泛应用于制备镇静剂、抗生素、胶卷、汽油防燥剂等 物理性质特点： Br2是唯一在常温下为液态的非金属单质 【常温下为易挥发的红棕色液体】 化学性质特点： Br2作为卤素有较强氧化性； 卤素氧化性：F2>Cl2>Br2>I2 环节二：海水中化学资源的利用 2.海水提溴 Br- 所处体系复杂 离子浓度低 【思考2】观察图表，分析溴元素在海水中的存在形式与特点 环节二：海水中化学资源的利用 2.海水提溴 【思考3】如何将海水中的Br-转化为Br2？ Br - Br2 氧化剂 +Cl2 （液态） Cl2+2Br - = 2Cl- +Br2 低浓度溴 浓缩或富集 使浓度提高 方法 关键 环节二：海水中化学资源的利用 2.海水提溴 氧化 吹出 吸收 蒸馏 苦卤 环节二：海水中化学资源的利用 2.海水提溴 氧化 吹出 吸收 蒸馏 Cl2＋2Br－ === 2Cl－＋Br2 酸的作用：增大H+浓度，使海水显酸性，同时抑制Cl2、Br2与水反应，提高Cl2 的利用率 环节二：海水中化学资源的利用 2.海水提溴 氧化 吹出 吸收 蒸馏 【资料卡片】 溴是唯一在常温呈液态的非金属元素单质，易挥发，沸点58.76℃，红棕色液体，在四氯化碳、苯等有机溶剂中的溶解性远大于水中的溶解性。 将溴变成溴蒸气，使其进入吸收塔富集起来，热空气易得，成本低。 选用热空气吹出的原因 Br2的水溶液 【补充】有时会选用水蒸气吹出，利用水蒸气作为热交换介质，提高温度使溴挥发。 环节二：海水中化学资源的利用 2.海水提溴 氧化 吹出 吸收 蒸馏 Br2 HBr Br2+SO2+2H2O === SO42-+Br－ + 4H+ 将溴气变成溴离子，使其与空气分离，将溴浓缩(富集溴元素)，提高Br2的提取率与纯度。 吸收的目的 环节二：海水中化学资源的利用 2.海水提溴 氧化 吹出 吸收 蒸馏 溴化氢溶液 Cl2＋2Br- === 2Cl-＋Br2 用氯气将氢溴酸氧化为溴,得到含高浓度Br2的水溶液 氧化 环节二：海水中化学资源的利用 2.海水提溴 氧化 吹出 吸收 蒸馏 溴化氢溶液 【思考4】Cl2氧化生成的Br2，为什么要用SO2还原为Br –吸收，再经历二次氧化，“吸收”这一步有何意义？ 【思考5】热空气吹出法提溴，理论上得到1 mol Br2至少需要消耗多少Cl2？ 分离空气和Br2；提高溴元素浓度，利于后续蒸馏 2 mol 环节二：海水中化学资源的利用 2.海水提溴 氧化 吹出 吸收 蒸馏 溴化氢溶液 蒸馏 【思考6】蒸馏的温度为80～90℃，温度过高或过低都不利于生产，请解释原因 温度过高，产生水蒸气，溴蒸气中含有水蒸气；温度过低，溴单质不能完全蒸出，产率低。 将气态溴转化为液态溴 冷凝 环节二：海水中化学资源的利用 2.海水提溴 Cl2＋2Br－＝Br2＋2Cl－ Br2＋SO2＋2H2O＝4H+＋SO42-＋2Br－ Cl2＋2Br－＝Br2＋2Cl－ 物理富集 化学富集 浓缩 海水晒盐和海水淡化的过程中副产物Br-得到浓缩 氧化 向浓缩的海水中通入Cl2，将Br-氧化为Br2 吹出 利用溴的挥发性，通入热空气和水蒸气，吹出溴蒸气 吸收 吹出的溴蒸气用SO2吸收 蒸馏 再用Cl2将HBr氧化得到溴后蒸馏分离 环节二：海水中化学资源的利用 3.海水提镁 Ca(OH)2 盐酸 【思考1】试剂①、试剂②分别是什么？ 【思考2】利用海边资源，思考如何低成本的获得试剂①？ 就地取材－贝壳(CaCO3)：CaCO3＝CaO+CO2↑ CaO+H2O＝Ca(OH)2 △ 环节二：海水中化学资源的利用 3.海水提镁 Mg(OH)2＋2HCl＝MgCl2＋2H2O MgCl2＋Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓＋CaCl2 Ca(OH)2 盐酸 就地取材－贝壳(CaCO3)：CaCO3＝CaO+CO2↑ CaO+H2O＝Ca(OH)2 △ 环节二：海水中化学资源的利用 3.海水提镁 Ca(OH)2 盐酸 【注意】 ①由MgCl2·6H2O制备无水MgCl2，必须在HCl气流中加热，以防 MgCl2 水解。 ②因镁在高温下能与O2、N2、CO2等气体发生反应，故工业电解MgCl2，得到的镁，应在 H2氛围中冷却。 环节二：海水中化学资源的利用 3.海水提镁 【思考3】海水中的镁以Mg2+形式存在，设计中将Mg2+转化为Mg(OH)2又重新转化为Mg2+的目的是什么？ 这是富集镁元素的过程，除去杂质 【思考4】工业上从盐卤中获取Mg(OH)2，用石灰乳而不同NaOH溶液的原因? 原料来源广、成本低廉 环节二：海水中化学资源的利用 4.海带提碘 【思考1】①中灼烧的目的？用到的仪器有哪些？ 除去海带中的有机物，同时成灰后增大表面积，更利于溶解 环节二：海水中化学资源的利用 4.海带提碘 【思考2】②中浸泡时加热煮沸的目的？ 使溶解更充分，加快溶解速率 环节二：海水中化学资源的利用 4.海带提碘 【思考3】③的操作名称是？需要用到的仪器？ 过滤 环节二：海水中化学资源的利用 4.海带提碘 【思考4】④中发生的反应是什么？还可以用什么作氧化剂？ H2O2+2I-+2H+== I2+2H2O 环节二：海水中化学资源的利用 4.海带提碘 【思考5】⑤的操作名称？ 萃取和分液 环节二：海水中化学资源的利用 萃取与分液 原理： (1)萃取是利用物质在互不相溶的溶剂里溶解度的不同，用一种溶剂把物质从它与另一种溶剂所组成的溶液里提取出来的方法。 (2)分液是把两种互不相溶、密度不相同的液体分离开的方法。一般分液都是与萃取配合进行的。 环节二：海水中化学资源的利用 萃取与分液 装置(分液漏斗的构造及用途)： (1)分液漏斗是化学实验中常用的玻璃仪器之一。分液漏斗按形状划分时，有球形、梨形等；按容积划分时，有50 mL、100 mL、150 mL、250 mL等。分液漏斗有两个塞子，一个是磨砂玻璃活塞，其作用是控制液体的流速和流量；另一个是磨砂上口塞，其作用是封闭分液漏斗的上口。 (2)分液漏斗的主要用途有两个：①用于对萃取后形成的互不相溶的两液体进行分液；②控制所加液体的量及反应速率的大小。 环节二：海水中化学资源的利用 萃取与分液 实例(用CCl4萃取碘水中的碘)： 步骤 实验装置 实验操作及现象 ①加萃取剂   用量筒量取10 mL碘的饱和水溶液，倒入分液漏斗，然后再注入4 mL 四氯化碳，盖好玻璃塞 环节二：海水中化学资源的利用 萃取与分液 实例(用CCl4萃取碘水中的碘)： 步骤 实验装置 实验操作及现象 ②振荡萃取   用右手压住分液漏斗口部，左手握住下端活塞部分，把分液漏斗倒转过来振荡，使两种液体充分接触；振荡后打开活塞，使漏斗内气体放出。 环节二：海水中化学资源的利用 萃取与分液 实例(用CCl4萃取碘水中的碘)： 步骤 实验装置 实验操作及现象 ③静置分层   将分液漏斗放在铁架台上静置，液体分层。上层为水层，无色；下层为碘的四氯化碳溶液，呈紫色。 环节二：海水中化学资源的利用 萃取与分液 实例(用CCl4萃取碘水中的碘)： 步骤 实验装置 实验操作及现象 ④分液   待液体分层后，将分液漏斗颈上的玻璃塞打开或使塞上的凹槽(或小孔)对准漏斗上的小孔，再将分液漏斗下面的活塞拧开，使下层液体慢慢沿烧杯壁流下，上层液体从分液漏斗上口倒出。 环节二：海水中化学资源的利用 萃取与分液 萃取与分液的操作注意事项： 操作 目的 振荡时，要不时旋开活塞放气 防止分液漏斗内压强过大引起危险 分液时，要将漏斗下端管口紧贴烧杯内壁 使液体顺利流下，防止液体飞溅 下层液体要从下口放出，恰好流尽时及时关闭活塞 防止上层液体流出 上层液体要从上口倒出 保证上层液体尽量少地沾附下层液体 环节二：海水中化学资源的利用 萃取与分液 【思考6】萃取剂如何选择？能否用酒精萃取碘水中的碘？为什么？ 【思考7】若将四氯化碳换成苯萃取碘水中的碘，有何现象？ 与四氯化碳萃取碘水中的碘现象一样否？ (ρ苯<ρ水<ρCCl4) 出现分层现象，上层为苯的碘溶液，呈紫红色；下层为水溶液，几乎无色。 环节二：海水中化学资源的利用 萃取与分液 萃取的三个三： 三仪器 ①分液漏斗；②烧杯；③铁架台(带铁圈) 三溶剂 常见萃取剂：①汽油；②苯；③四氯化碳 三原则 ①萃取剂和原溶剂互不相溶 ②萃取剂和原溶剂、原溶质均不发生反应 ③溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度 环节二：海水中化学资源的利用 萃取与分液 【思考8】分液漏斗中盛有已分层的有机溶剂和水的混合物，但不知道哪一层液体是水层，试设计一种简便的判断方法。 将分液漏斗中下层的液体取少量放入试管或烧杯中，然后向其中加一点水，观察是否分层。如果加水后液体不分层，则说明分液漏斗中下层是水层；如果分层，则上层是水层。 环节二：海水中化学资源的利用 4.海带提碘 【思考6】⑥中如何提取出碘单质？ 反萃取法 环节二：海水中化学资源的利用 4.海带提碘 反萃取法 ①向I2的CCl4溶液中加入浓NaOH，发生反应的离子方程式：                           ； ②而后进行        操作即可分离出       ； ③再加入45%的硫酸，发生反应的离子方程式                          ； ④最后，通过过滤即可得到固态碘单质。 Lavf58.29.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.6.29 $$