8.1.2 海水资源的开发利用 课件 2025-2026学年高一下学期化学人教版必修第二册

人教版必修第二册 第八章 化学与可持续发展 　第一节　自然资源的开发利用 第2课时　海水资源的开发利用 【学习目标与核心素养】 学习目标 1、知道海水淡化的意义和方法。 2、熟知从海水中提取溴的原理。 3、了解煤、石油和天然气的组成及综合利用。 核心素养 1、科学探究：认识海水资源的多样性和分散性；不断创新海水资源开发利用的途径和方法。 2、社会责任：通过煤、石油和天然气的综合利用和海水资源保护意识和合理开发，建立可持续发展意识和绿色化学观念，并能对与此有关的社会热点问题做出正确的价值判断。 你知道海洋中有哪些可以利用的资源吗？ 海洋约占地球表面积的71%，海水中含量最多的O、H两种元素，加上Cl、Na、Mg、S、Ca、K、Br、C、Sr、B、F等11种元素，其总含量超过99%，其余1%为70多种含量微少的元素。被称为“元素的故乡”。 【引入】 元素 浓度（mg/L） 元素 浓度（mg/L） 元素 浓度（mg/L） 钠Na 1.1×104 氯Cl 1.9×104 金Au 4.0×10－6 镁Mg 1.3×103 溴Br 6.7×101 铀U 3.0×10－4 钾K 3.8×102 碘I 6.0×10－2 镍Ni 2.0×10－3 锂Li 1.7×10－1 铯Cs 5.0×10－4 钼Mo 1.0×10－2 问题1. 你认为可以从海水中获得哪些产品或资源，为什么？ （1）可以从海水中获得储量特别大的如Na、Mg、Cl、Br等元素的单质及化合物；具有特别用途的如Li、Mo、Cs、U等元素的单质及化合物；特别贵重的元素如Au的单质及化合物。 （2）总量巨大但浓度极低，要耗费大量能源和时间进行富集、分离和提纯 海水资源的分布特点：广阔性、多样性、分散性 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 1、海水淡化 2、海水循环冷却 服务于火电厂、核电厂的循环冷却 蒸馏法 将海水加热至沸腾汽化，然后将蒸气冷凝而得到蒸馏水 电渗 析法 在外加直流电场的作用下，利用阴、阳离子交换膜对水中阴、阳离子的选择透过性，使水中的一部分离子转移到另一部分水中而达到除盐的目的 离子 交换法 用阳离子交换树脂和阴离子交换树脂除去海水中的阴离子、阳离子，得到去离子水 一、海水资源的开发利用 目的：从海水中提取淡水 蒸馏法的历史最久。 ① 海水的蒸馏 一、海水资源的开发利用 分离沸点相差较大的液体混合物，也可除去水等液体中难挥发或不挥发的杂质。 蒸馏 酒精灯 蒸馏烧瓶 温度计 冷凝管 牛角管 锥形瓶 沸石 ① 海水的蒸馏 一、海水资源的开发利用 【思考】 为什么冷却水通入方向与被冷凝蒸气流向相反？ 为了使蒸馏出的蒸气与冷却水长时间充分接触，带走尽可能多的热量。 为什么温度计水银球的顶端要与圆底烧瓶支管下沿处于同一水平线。 测量蒸气的温度 原理：加热到水的沸点，液态水变为水蒸气，与海水中的盐分离，水蒸气冷凝得到淡水 【课堂练习】 典例1.海水淡化可使用蒸馏法。如图所示为以自来水为原料制取蒸馏水的实验装置,请回答下列问题。 (1)图中的两处明显错误 ①　　　　　　　　　; ②　　　　　　　　　。  (2)仪器A的名称是　　　　　, 仪器B的名称是　　　　。 (3)实验时A中除加入自来水外,为防止 液体暴沸还需加入少量　　　　。  温度计的水银球插入液体中 冷却水进出口方向反了 蒸馏烧瓶 碎瓷片(或沸石) 冷凝管 海水化学资源的开发利用 ⑴ 定义：从海水中提取食盐的传统方法称为“盐田法”，又称“滩晒法”，是最简便和经济有效的方法。 ⑵ 原理： 蒸发、结晶 ⑶ 过程： 海水 盐田 饱和食盐水 粗盐 精盐 风吹日晒 水分蒸发 风吹日晒 水分蒸发 引入 提纯 ⑷ 用途： 制得的氯化钠除食用也是生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸的工业原料。 海水日晒制盐 一、海水制盐 (Mg2+、SO42-、Ca2+) 从海水中制得的氯化钠除了供食用，还作为化工原料用于生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸等。 氯碱工业 制钠和氯气 制盐酸 制漂白剂(84) 2NaOH＋Cl2==NaCl＋NaClO＋H2O 2NaCl＋2H2O 2NaOH＋H2↑＋Cl2↑ 电解 2NaCl(熔融) 2Na＋Cl2↑ 电解 H2＋Cl2 2HCl 点燃 NaCl NaHCO3 Na2CO3 侯氏制碱法 ① NaCl (饱和)+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl ② 2NaHCO3==Na2CO3+H2O+CO2↑ △ 饱和NaCl溶液 NH3 足量 CO2 足量 过滤 滤液 NH4Cl 沉淀 NaHCO3 △ Na2CO3 先通NH3，再通CO2 △ 【课堂练习】 C 二、海水提溴 溴是唯一一种常温状态下是液态的非金属单质。 （吹出法） 溴及其化合物在医药、农药、染料和阻燃剂等的生产中有广泛应用。 海水Br- 混合体系 含量低 Br-存在于一个含有多种成分、且富集程度较低的复杂体系中 二、海水提溴 （吹出法） 问题1：如何将海水中的Br-与其他杂质分离？提出方案 海水Br- （Na+、Mg2+、Cl-.......） 资料卡片： Br2是具有挥发性的红棕色液体，熔点为-7.2℃，沸点58.76℃。可溶于水，易溶于乙醇、苯等有机溶剂。Br2具有强的氧化性。 蒸馏： 适用于“液+液”的混合物或“固（可溶性）+液”且固体熔沸点较高的混合物。通过加热，沸点低的物质先气化被蒸出，进而冷凝收集即可获得产品。 Br2 氧化剂Cl2 氧化性：Cl2＞Br2＞I2 分离Br2 蒸馏 溶液 二、海水提溴 （吹出法） 资料卡片： 工业上常用的一种海水提溴技术叫做“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。请分析并讨论以上生成流程，写出氧化和吸收环节主要反应的离子方程式。 写出生成流程的主要步骤、离子方程式、完成工业流程图 序号 步骤 离子方程式 ① ② ③ ④ ⑤ 氧化 吹出 吸收 氧化、蒸馏 冷凝 二、海水提溴 海水Br- 氧化室 酸和Cl2 吹出塔 空气 吸收塔 SO2和H2O 蒸馏塔 Cl2 冷凝器 Br2 ① ② ③ ④ 海水Br- 氧化剂Cl2 蒸馏 Br2（aq） Br2 工业流程 讨论方案 为什么Br-已经被氧化，还需要SO2还原从而二次氧化？ Br2海水 Br2+空气 ⑤ 为什么不直接蒸馏 ？ 吸收液Br- 富集 1mol Br2 ~ 2mol Cl2 二、海水提溴 （吹出法） 资料卡片： 工业上常用的一种海水提溴技术叫做“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。请分析并讨论以上生成流程，写出氧化和吸收环节主要反应的离子方程式。 写出生成流程的主要步骤、离子方程式、完成工业流程图 序号 步骤 离子方程式 ① ② ③ ④ ⑤ 氧化 吹出 吸收 氧化、蒸馏 冷凝 2Br- + Cl2 = 2Cl- + Br2 Br2+SO2+2H2O=H2SO4+2HBr Br2+SO2+2H2O=4H++SO42-+2Br- 2Br-+Cl2=2Cl-+Br2 2HBr+Cl2=2HCl+Br2 Br2挥发性 二、海水提溴 （浓缩海水） 溴0.0672g/L 溴30g/L 富集 富集 转化 分离 条件控制、 生产效率、 环境保护等 二、海水提溴 寻找自然资源 化工产品 物质转化 富集元素 分离提纯 失电子 Br- Br2 -1 0 被氧化 得电子 M M +n 0 被还原 如：海水钠、海水提镁等 1. 从淡化海水中提取溴的流程如下： 下列有关说法不正确的是（ ） A.X试剂可用Na2SO3饱和溶液 B.步骤Ⅲ的离子反应：2Br－＋Cl2===2Cl－＋Br2 C.工业上每获得1 mol Br2，需要消耗Cl2 44.8 L D.步骤Ⅳ包含萃取、分液和蒸馏 C 【课堂练习】 2. 海水中溴元素以Br－形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如图所示： (1) 步骤①反应的离子方程式是________________________。 (2) 步骤③反应的化学方程式是_______________________________。 (3) 从理论上考虑，下列物质也能充分吸收Br2的是_____(填字母)。 A.NaOH B.FeCl2 C.Na2SO3 D.H2O 2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－ SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr ABC (4)步骤⑤蒸馏过程中，温度应控制在80～90 ℃。温度过高或过低都不利于生产，若温度过高，大量水蒸气随溴排出，溴蒸气中水分增加；若温度过低，则___________ ______________。 溴不能完全 蒸出，产率低 【课堂练习】 三、海水提镁 MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑ 通电 海水 Mg2+ Mg(OH)2 加碱 过滤加酸 MgCl2溶液 蒸发？ 设计方案 苦卤 富集 MgCl2溶液 HCl 加热浓缩、降温结晶 HCl气流中加热脱水 MgCl2水解： MgCl2+H2O⇌Mg(OH)2+HCl Ca(OH)2 H2 加热可以除去过量HCl 三、海水提镁 一、制备Ca(OH)2 CaCO3 CaO＋CO2↑ CaO＋H2O==Ca(OH)2 二、沉淀Mg2+ Ca(OH)2＋MgCl2==Mg(OH)2↓＋CaCl2 三、制备MgCl2 Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O 四、MgCl2·6H2O晶体脱水 MgCl2·6H2O == MgCl2+6H2O↑ HCl ▲ 五、制取Mg MgCl2(熔融) == Mg + Cl2↑ 电解 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。 【课堂练习】 D 四、海带提碘 H2O2（H+）或Cl2 I- I- 稀硫酸的作用： 增强H2O2的氧化性； 抑制I2与水反应 2H＋＋2I－＋H2O2 = I2＋2H2O/ Cl2＋2I－= I2＋2Cl－ 坩埚 为什么不直接蒸馏 I2 的水溶液？蒸馏先出来的是哪个物质？ 水沸点100℃，与I2升华温度接近，I2沸点184℃，CCl4沸点77℃。 直接蒸馏碘的水溶液，导致碘升华，且碘在水中溶解度低，需先用CCl4萃取。 蒸馏先出来的是CCl4,留下的是I2 四、海带提碘 H2O2（H+）或Cl2 I- I- 坩埚 方法一： 浓NaOH溶液 分液 含I-、IO3-溶液 H2SO4 I2的水溶液 过滤 单质I2 反萃取 3I2 + 6OH- = 5I- + IO3- + 3H2O 5I- + IO3- + 6H+ =3I2+3H2O 方法二： 【课堂练习】 A 【总结】 MgCl2 HCl Mg 电解（熔融） Cl2 H2SO4 Br2 空气吹出 SO2/H2O HBr Cl2 H2O 蒸馏 Br2 灼烧 溶解 过滤 I-(aq) Cl2 I2(aq) 萃取 蒸馏 I2 【课堂练习】 C 【补充】 实验操作到底用蒸发结晶还是冷却结晶？ 1、绝大多数的题目都用“冷却结晶” 2、“冷却结晶”与“降温结晶”是完全相同的 3、“冷却结晶”一整套操作：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥 4、没事被说“重结晶”，和前面两个不是一回事。 【补充】 1、蒸发结晶 适用于溶解度受温度影响不大的物质从溶液中结晶析出。（需加热） 如：NaCl溶液 NaCl固体。 蒸发结晶 2、冷却结晶 又称降温结晶，即冷却热饱和溶液法，根据物质在不同温度下溶解度不同（一般是高温下溶解度大，低温时溶解度小。）适用于溶解度随温度下降而明显减小。 如：NaCl、KNO3溶液 分离两种混合物 冷却结晶 用蒸发皿 先蒸发浓缩，再冷却结晶 【补充】 例题： 1、如：NaHCO3溶液 NaHCO3固体。 受热易分解 冷却结晶 2、如：CuSO4溶液 CuSO4·5H2O 受热结晶水没有了，易分解 冷却结晶 3、如：FeCl3溶液 FeCl3固体 水解Fe3+ + 3H2O ⇌Fe(OH)3 + 3H+ 冷却结晶 4、“蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥”一整套操作。 （饱和溶液） 如BaCl2与Na2SO4制取BaSO4，洗涤表面附着的BaCl2与Na2SO4 【补充】 3、重结晶 A（可溶，S随T变化大） B（难溶） C（易溶） 杂质 ①加热溶解 A、C溶液 B难溶 ②趁热过滤 A、C溶液 ③冷却结晶 A固体析出 C溶液 重结晶指的是这三步完整的过程 (1)海洋约占地球表面积的71%，因此地球不缺水，人类可以任意使用，不用节约(　　) (2)海水淡化的方法中，蒸馏法成本最低(　　) (3)海水中含量最多的两种元素为Na元素和Cl元素(　　) (4)可以通过电解饱和食盐水的方式获取金属钠和氯气(　　) 提示　海水中含量最多的两种元素为O和H元素。 × × × × 提示　电解饱和食盐水可以获取氢氧化钠、氢气和氯气，不能生成金属钠。 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”) (5)从溴化钾中获取单质溴发生了氧化还原反应(　　) (6)除了从海水中获取淡水和化学物质外，其他就没有什么价值了(　　) 提示　除了从海水中获取淡水和化学物质，海水在能量方面也具有十分重要的战略意义，如潮汐能、波浪能等新型能源的开发和利用等。 √ × (7)用蒸馏法进行海水淡化是物理变化。(　　) √ 提示　蒸馏是利用液体混合物中各组分沸点不同进行分离的方法,没有发生化学变化。 提示　海水中溴元素是以溴离子的形式存在,需要发生氧化反应才能生成溴单质。 2、海水是一个巨大的化学资源库，下列有关海水综合利用的说法正确的是（ ） A.利用潮汐发电是将化学能转化为电能 B.海水蒸发制海盐的过程中发生了化学变化 C.从海水中可以得到MgCl2，电解熔融MgCl2可制备Mg D.海水中含有溴元素，只需经过物理变化就可以得到溴单质 C 第 页 3、水资源非常重要，虽然地球约70%的面积被海水所包围，但淡水的比例只有2.5%，且其中绝大部分以冰川和其他形式存在，实际能够用来饮用的水不足全球淡水总量的1%。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 D 解析　雪与雨水成分相同，是水蒸发后凝结而成的，含矿物质很少，而深井中的水不断与硅酸盐矿物质接触，其中溶有许多矿物质，C项正确；由于水在4 ℃时密度最大，因此在0～4 ℃之间，温度越高水的密度越大，而在4 ℃以上时，温度越高水的密度越小，D项错误。 4、下列关于海水知识不正确的是(　　) A．海水资源的利用包括海水水资源的利用和化学资源的利用B．海水既苦又涩，不能直接利用 C．海水中某些金属元素总储量很大，但富集程度却很低 D．海水淡化应同化工生产结合，同能源技术结合 B 解析　海水资源的利用包括海水水资源的利用和海水化学资源的利用，海水水资源的利用包括海水淡化(同化工生产和能源技术相结合)和直接利用(循环冷却，冲厕等)，海水化学资源利用包括海水制盐，海水提Mg、Br2、I2等，虽然海水中某些金属元素的总储量很大，但富集程度却很低，故A、C、D正确，B错误。 5、下列属于海水化学资源利用的是(　　) A.海水淡化 B.海水冷却循环 C.海水提溴 D.海水发电 解析 海水的淡化、海水冷却循环是利用海水的水资源,海水发电是利用海水的潮汐能和波浪能,A、B、D均不是利用海水的化学资源。 C 6、地球上的大部分水是以海水形式存在的，若能找到海水淡化的大规模生产方法，将极大地缓解目前人类面临的水资源日益紧缺的状况。下列有关海水淡化的方法在原理上完全不可行的是（ ） A.加明矾使海水中的盐分沉淀而淡化 B.利用太阳能使海水蒸馏淡化 C.将海水缓慢凝固以获取淡化的饮用水 D.将海水通过离子交换树脂，以除去所含离子 A 第 页 Lavf58.18.100 Lavf58.20.100 $