高中化学 化学与资源开发利用（第10课时）《海水提镁 从海水中提取重水》三案一课学案 新人教版选修2

第10课时  海水提镁  从海水中提取重水 学案 【学习目标】 1.掌握海水提镁的原理与工艺流程。 2.了解从海水中提取重水的工艺流程。 【重点难点】 1.海水提镁的原理与工艺流程 2.海水中提取重水的工艺流程 课前预习 【情景 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 】我国的镁矿储量世界第一，是世界上最大的镁生产和出口国，2003年，原镁产量占全球的63%。目前主要是通过煅烧陆地天然菱镁矿来制取镁，用这种方法制得的氧化镁，纯度不高，还要消耗大量的能源，并且对环境污染很大。 海水提镁自本世纪40年代开创以来，发展极快，目前世界上生产的镁已有60％取自海水中，英国、美国、日本在这方面走在前列。因为这种方法不仅可以得到高纯度的镁，而且能耗低、没有污染。我国近几年也开始了研究工作，相信在不久的将来即可实现海水提镁的工业化生产。 海水中的镁主要是氯化镁，浓度很小，那么人们如何利用自然资源从海水中把氯化镁提取出来，又怎样将氯化镁中的镁还原出来呢？ 【预习内容】 根据教材有关内容填写下列空白： 一、海水提镁 1.原理 电解熔融的MgCl2就可以得到金属镁和氯气。 2.提取过程 3.主要化学反应或离子反应 ①制备石灰乳： 、 。 ②沉淀Mg2＋： ③制备MgCl2： ④电解MgCl2： 二、从海水中提取重水 提取重水的方法有 法、 法、 法和 法，其中常用的一种是 ，交换按下列反应进行： ，重水D2O可作原子反应堆的中子减速剂和传热介质(重水堆)。 预习内容答案 一、石灰乳 Mg(OH)2 盐酸 MgCl2 Mg＋Cl2 CaCO3CaO＋CO2↑ CaO＋H2O=Ca(OH)2 Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋Ca2＋ Mg(OH)2＋2HCl==MgCl2＋2H2O MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑ 二、蒸馏 电解 化学交换 吸附 硫化氢—水双温交换法 H2O(l)＋HDS(g)==HDO(l)＋H2S(g) 堂中互动 【问题探究1】海水提镁的工艺流程和有关反应原理怎样？ 【教师点拨】海水资源提取金属镁的生产步骤：加熟石灰→过滤→加盐酸→浓缩、结晶、脱水、干燥→熔融电解。 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 解答: 【即学即练1】海水中镁的总储量约为2.1×1015t，目前世界上60%的镁来自海水。工业规模海水提镁的流程如下图所示： 试回答下列问题： (1)海水提镁的过程中①、②反应的化学方程式： ①______________________________________， ②______________________________________。 (2)由氯化镁溶液制取无水氯化镁固体，其操作过程是____________________________________________________。 (3)为了使MgSO4，完全转化为Mg(OH)2，则加入的生石灰须过量，然后分离得Mg(OH)2沉淀，考虑Ca(OH)2溶解度，应该用________法分离。 (4)金属镁、铝的工业冶炼方法既有相似之处，又有不同之别，下 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 是氧化镁和氯化镁的熔沸点数据： 物质 氧化镁 氯化镁 熔点(℃) 2852 714 沸点(℃) 3600 1412 工业上炼镁采用电解熔融氯化镁，而冶炼铝则用电解熔融的Al2O3，其原因是_________ ______________________________________________________________________________。 1.(1)①CaCO3CaO＋CO2↑ ②MgCl2(熔融) Mg＋Cl2↑ (2)先加热蒸发、冷却结晶得到MgCl2·6H2O，然后在HCl气氛中加热得到无水MgCl2 (3)低温过滤 (4)MgCl2的熔点较MgO的熔点低，熔融MgCl2消耗较少的能量，节约能源，降低成本；AlCl3是共价化合物，熔融不导电，只能电解熔融(熔于冰晶石中)Al2O3生产铝。 【解析】(1)贝壳的主要成分是CaCO3，高温CaCO3分解生成CaO和CO2，CaO与H2O生成的Ca(OH)2又与Mg2＋生成Mg(OH)2，Mg(OH)2加HCl在一定条件下生成无水MgCl2，电解MgCl2 (熔融)在阴、阳极上分别得Mg和Cl2。 (2)对MgCl2溶液加热蒸发得到MgCl2·6H2O，由于MgCl2·6H2O在受热条件下易水解，为防止水解应在HCl气氛中加热脱水转化为无水MgCl2。 (3)因为Ca(OH)2的溶解度是随温度升高而降低，为了减少Ca(OH)2与Mg(OH)2共沉，所以在低温下过滤，所得Mg(OH)2纯度较高。 (4)AlCl3是共价化合物，熔化后不导电，故可电解熔化的Al2O3得铝单质；而从表可看出MgO的熔点较MgCl2高，虽然电解两种物质均可得到单质镁，但熔化MgO比MgCl2消耗更多的能量，从经济角度考虑，一般多用电解熔融MgCl2法制Mg。 【问题探究2】海水提镁整个生产过程中涉及到平衡理论的应用问题，请你指出并加以阐述。 【教师点拨】从沉淀溶解平衡原理的应用和水解平衡原理的应用角度分析。 分析解答：工业生产中平衡原理的应用 (1)沉淀溶解平衡原理的应用 ①向海水中加入沉淀剂Ca(OH)2，由于c(OH－)增大，Mg(OH)2的溶解度小于Ca(OH)2，则最大程度地将Mg2＋转化为Mg(OH)2沉淀。 ②向Mg(OH)2沉淀中加入盐酸，使沉淀溶解平衡右移，Mg(OH)2溶解。 (2)水解平衡原理的应用 在MgCl2·6H2O脱水变为MgCl2时，由于MgCl2＋2H2OMg(OH)2＋2HCl水解平衡的存在，提供HCl气体环境，增大c(HCl)，抑制了MgCl2的水解，避免了Mg(OH)2的生成。 【即学即练2】世界上60%的镁是从海水中提取的，其主要步骤如下：①把贝壳制成石灰乳　②在海水中加入石灰乳，过滤，洗涤沉淀物　③将沉淀物与盐酸反应，结晶、过滤　④在氯化氢热气流中干燥晶体　⑤电解上述晶体的熔融物。下列说法不正确的是(　　) A.镁元素在元素周期表中位于第3周期，ⅡA族 B.向洗涤液中滴加碳酸钠溶液可检验沉淀是否洗涤干净 C.在氯化氢热气流中干燥晶体的目的是抑制MgCl2水解 D.步骤⑤也可以采用电解该晶体水溶液的方法 2.D【解析】D项中操作的反应方程式是MgCl2＋2H2O 练案 A组（课堂反馈 满分50分） 一、选择题（每小题5分，共35分） 1.D2O可做原子能反应堆的( ) A.中子减速剂 B.中子加速剂 C.传热介质 D.全是 1.AC【解析】D2O可作原子能反应堆的中子减速剂和传热介质（这种反应堆称勾重水堆）。 2.为了探索月球上是否有生命存在的痕迹，需要分析月球岩石中是否包藏有碳氢化合物。(当然这仅仅是探索的第一步)。科学家用氘盐酸(即DCl)和重水(D2O)溶液处理月球的岩石样品，对收集的气体加以分析。结果只发现有一些气体状态的碳氘化合物。这个实验不能用普通盐酸的理由是(　　) A.普通盐酸的酸性太强 B.普通盐酸具有挥发性 C.普通盐酸无法和岩石中的碳化物反应 D.无法区别岩石中含有的是碳化物还是碳氢化合物 2.D【解析】此处用DCl和D2O的目的，是利用D区别于H，便于区别月球岩石中含有碳化物还是碳氢化合物。故选D。 3.从海水中提取下列物质，可以不涉及化学变化的是( ) A. Mg B. NaCl C.Br2 D.K 3.B【解析】海水中不存在单质镁，故生成金属镁必然发生了化学变化，同理C、D也是如此，海水中存在NaCl，可直接蒸发海水得到NaCl，是物理变化过程，不涉及化学变化。 4.从海水中提取镁，正确的方法是(　　) A.海水 B.海水 C.海水 D.海水 4.D【解析】本题要求我们既要知道镁是由电解熔融的氯化镁得到的，还要知道生产中从海水中提取氯化镁的途径及原料的合理使用，即利用海边富有的贝壳资源生产氢氧化钙以变废为宝。 5.从海水中提取金属镁的生产步骤有：①浓缩结晶　②加熟石灰 ③加盐酸　④过滤　⑤熔融电解，正确的生产顺序是(　　) A.①②③④⑤ B.⑤④③①② C.②④③①⑤ D.③④②①⑤ 5.C【解析】海水中含有Mg2＋，加入Ca(OH)2可生成Mg(OH)2沉淀：Mg2＋＋2OH－===Mg(OH)2↓，过滤可得到Mg(OH)2固体。根据金属的冶炼方法知应电解含Mg2＋的熔融化合物。若直接加热Mg(OH)2，则Mg(OH)2发生分解生成MgO：Mg(OH)2MgO＋H2O，MgO熔点高，很难熔融；工业上不采用电解熔融MgO的方法，而是将Mg(OH)2转化为MgCl2，MgCl2熔点低，电解熔融MgCl2可得金属镁：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。 6.从海水中提取镁，可按如下步骤进行：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、在HCl气体氛围中干燥产物：④将得到的产物熔融电解得到镁。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.①②③步骤的目的是从海水中提取镁盐 C.①②③步涉及化合、分解和复分解反应 D.第①到第④步的反应都是氧化还原反应 6.D【解析】镁及其化合物的性质。① CaCO3CaO+CO2↑ CaO+H2O=Ca(OH)2 ② MgCl2　+Ca(OH)2=CaCl2 ＋Mg(OH)2↓③Mg(OH)2＋2HCl＝MgCl2＋2H2O。①涉及分解反应和化合反应，均不是氧化还原。②③都是复分解反应，也不是氧化还原。 7.海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源等(如下图所示)。 下列有关说法正确的是(　　) A．大量的氮、磷废水排入海洋，易引发赤潮 B．工段②中结晶出的MgCl2·6H2O可在空气中受热分解制无水MgCl2 C．在工段③④⑤中溴元素均被氧化 D．工段①中除去粗盐中的SO 7.A【解析】本题考查海水的综合开发与利用。海水中含有大量的氮、磷等元素能引起赤潮，A项正确；结晶出的MgCl2·6H2O需要在HCl气氛中制无水MgCl2，否则由于水解而最终得到氧化镁，B选项错误；反应④为Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，溴元素被还原，C选项错误；粗盐提纯的顺序中要注意两点，一是Na2CO3溶液在BaCl2溶液后加入，二是盐酸最后加入，D选项错误。 二、填空题（共15分） 8.(6分) 从海水中可提取多种化工原料，下面是工业上对海水成分综合利用的示意图。 试回答下列问题： (1)写出用海滩上的贝壳制Ca(OH)2的化学方程式_________________________。 (2)写出电解饱和NaCl溶液的化学方程式___________________________________。 (3)将电解生成的氯气通入石灰乳中可制得漂白粉，写出其反应的化学方程式_____________ ___________________________________。 (4)用海滩上的贝壳制Ca(OH)2而不从异地山中开凿石灰石制取，主要考虑到什么问题？_________________________________。 8.(1)CaCO3CaO+CO2↑  CaO+H2O=Ca(OH)2 (2)2NaCl+2H2O2NaOH+H2↑+Cl2↑ (3)2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O (4)就地取材，降低成本。 【解析】海水中存在着大量的资源，海水的综合利用是工业上获取资源的重要手段。工业生产讲究生产效益，最经济的 办法 鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载鲁班奖评选办法下载企业年金办法下载企业年金办法下载 是最好的办法。 9.(9分) 海水中含有丰富的化学元素，下面是某化工厂从海水中提取NaCl、Mg(以MgCl2形式存在)和Br2(以NaBr的形式存在)及综合利用的生产流程简图： 请回答： (1)Mg(OH)2中加入盐酸后，要获得MgCl2·6H2O晶体，需要进行的实验操作依次为________。 A．蒸馏 B．灼烧 C．过滤 D．蒸发 E．冷却结晶 (2)利用MgCl2·6H2O可制得无水氯化镁，应采取的措施是_______________________。 (3)目前工业上主要采用隔膜法电解饱和食盐水，下列关于隔膜电解槽的叙述错误的_____。 A．隔膜的作用是防止氯气和氢氧化钠、氯气和氢气接触而发生反应 B．电解之前应除去Ca2＋、Mg2＋以防止电解时生成Ca(OH)2、Mg(OH)2堵塞隔膜 C．阴极产物为氢氧化钠和氢气 D．电解槽的阳极用金属铁网制成 (4)母液中常含有MgCl2、NaCl、MgSO4，KCl等，可进一步加工制得一些重要的产品。若将母液加热升温到60 ℃以上，随着水分的蒸发，会逐渐析出晶体，此晶体的主要成分是________；过滤上述晶体后，将滤液降温到30 ℃以下，又逐渐析出晶体，用一定量的冷水洗涤该晶体，最后可得到比较纯净的________晶体。 9.(1)D、E、C (2)在HCl气流中脱水，防止MgCl2水解 (3)D (4)MgSO4、NaCl　KCl 【解析】(1)由溶液中提纯易溶于水的晶体，常用蒸发、冷却结晶的方法。 (2)MgCl2·6H2O制无水氯化镁，如果直接加热MgCl2·6H2O不能得到，应将MgCl2·6H2O在干燥的HCl气流中加热得无水MgCl2。 (3)隔膜法电解槽的阳极用碳棒制成，阴极为铁网，所以D错误。 (4)将母液加热升温到60 ℃以上，由图象可知MgSO4的溶解度随着温度的升高而降低，所以随着水分的蒸发，会有MgSO4晶体和氯化钠析出，然后将滤液降温到30 ℃以下，又逐渐析出KCl晶体。 B组（课后拓展） 1.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错误的是 A.历史最悠久的海水淡化方法是蒸馏法 B.海水中的氘(含HDO 03‰)发生聚变的能量，足以保证人类上亿年的能源消费，HDO与H2O化学性质不同 C.从海水中可以得到NaCl电解熔融NaCl可制备金属钠 D.从海水中提取镁可以采用下列方法：海水Mg(OH)2MgCl2溶液→MgCl2→MgCl2(熔解)Mg 1.B 【解析】从海水中提取淡水和工业上利用NaCl和MgCl2的问题.同位素是中子数不同的同种元素的不同原子，物理性质不同，化学性质相同。 2.海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示： (1)若在空气中加热MgCl2·6H2O，生成的是Mg(OH)Cl或MgO，写出相应反应的化学方程式。 ______________________________________。 用电解法制取金属镁时，需要无水氯化镁。在干燥的HCl气流中加热MgCl2·6H2O时，能得到无水MgCl2，其原因是_____________________________________________________。 (2)Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2应怎样除去？写出实验步骤。 ____________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________。 (3)实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明在这三种情况下使用玻璃棒的目的： 溶解时：______________________________________。 过滤时：______________________________________。 蒸发时：______________________________________。 2.(1)MgCl2·6H2OMg(OH)Cl＋HCl↑＋5H2O↑ MgCl2·6H2OMgO＋2HCl↑＋5H2O↑或Mg(OH)ClMgO＋HCl↑　 干燥的HCl气流抑制了MgCl2的水解，且带走MgCl2·6H2O受热产生的水蒸气，故能得到无水MgCl2 (2)加入MgCl2溶液，充分搅拌、过滤，沉淀用水洗涤 (3)溶解时：搅拌，加速溶解 过滤时：使待滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外洒 蒸发时：搅拌，防止因局部过热使液滴或晶体飞溅 【解析】本题以无机物和电解原理为载体，较全面地考查了基本概念，基本原理，元素化合物和化学实验的基础内容，思维要求较高，考查了学生的推理能力、综合应用能力和实验操作能力。 (1)海水提取镁的关键是制得无水MgCl2，由于MgCl2为强酸弱碱盐，故MgCl2·6H2O晶体加热脱水时，因Mg2＋的水解不能得到无水MgCl2，工业生产中通常采用的方法是在不断通入干燥HCl气流的条件下加热脱水，以抑制Mg2＋的水解。 (2)除去Mg(OH)2沉淀中混有的Ca(OH)2时，可根据Mg(OH)2与Ca(OH)2溶解度的差异，向混合物中加入MgCl2溶液，使溶解度相对较大的Ca(OH)2转变为难溶的Mg(OH)2和易溶的CaCl2而除去。 (3)实验室中玻璃棒的主要用途为：①搅拌，目的是加快物质的溶解，或使物质混合均匀；当进行蒸发结晶操作时目的是防止因局部过热而导致液滴或晶体飞溅。②引流，目的是使液体沿玻璃棒流入接收仪器中，防止外洒，如：过滤、一定物质的量浓度溶液的配制等。 3.海水中有丰富的化学资源，从海水中可提取多种化工原料。下图是某工厂对海水资源综合利用的示意图。 试回答下列问题： (1)粗盐中含有Ca2+、Mg2+、SO42-等杂质，精制后可得NaCl饱和溶液，精制时通常在溶液中依次加入过量的BaCl2溶液、过量的NaOH溶液和过量的Na2CO3溶液，过滤后向滤液中加入盐酸至溶液呈中性。请写出下列操作中发生的化学反应的离子方程式： ①粗盐溶液中加入过量的Na2CO3溶液：______________________。 ②滤液中加入盐酸至溶液呈中性：______________________。 (2)母液中含有K+、Na+、Mg2+等阳离子，从上图中可以看出，对母液进行一系列的加工可制得金属镁。 ①从离子反应的角度思考，在母液中加入石灰乳所起的作用是______________________；若加入石灰乳后所制取的产品中还混杂着熟石灰，那么将熟石灰从该产品中除去的方法是______________________。 ②石灰乳是生石灰与水作用形成的化合物，从充分利用当地海洋化学资源，提高生产与经济效益的角度考虑，生产生石灰的主要原料是______________________。 ③电解氯化镁的化学方程式是______________________；从氧化还原反应的角度分析，该反应中的还原剂是______________________。 ④电解无水氯化镁所得的镁蒸气在特定的环境里冷却后即为固体镁，下列物质中可以作镁蒸气的冷却剂的是______________________(填写代号)。A.H2                B.CO2                C.O2                D.水蒸气 (3)在该化工厂中，海水提取氯化钠后的母液经过提取氯化镁后形成了新的母液，向新母液中加入一种常见的气态氧化剂，又制取了重要的化工原料溴单质。 ①生成溴单质的化学反应的离子方程式是______________________；生产中将溴单质从化合物中分离出来的方法是______________________;这种方法的成功应用是基于溴单质具有______________________性。 ②以下是对生产溴单质所用的气态氧化剂寻找供货源的设想，其中合理的是__________(填写代号)。 A.从外地购买    B.在当地新建生产厂 C.从本厂生产烧碱处循环   D.从本厂生产镁单质处循环 ③从多种经营综合开发，打造大而强的现代企业以及本厂生产所需要的原料等方面来看，你认为该化工厂还可以再增加的生产项目是_______________。 3.(1)①Ba2++CO32-=BaCO3↓,Ca2++CO32-=CaCO3↓ ②2H++CO32-=CO2↑+H2O,H++OH-=H2O (2)①沉淀Mg2+〔或制取Mg(OH)2〕  加入MgCl2后搅拌  ②贝壳  ③MgCl2Mg+Cl2↑  MgCl2  ④A (3)①Cl2+2Br-=2Cl-+Br2  通入热空气或水蒸气  易挥发  ②CD  ③生产盐酸 【解析】(1)最后加过量Na2CO3溶液有两个作用，一是除去溶液中的Ca2+，二是除去过量的Ba2+。由于NaCl溶液显中性，而除杂时NaOH、Na2CO3都过量，只要加盐酸至呈中性，说明NaOH、Na2CO3都恰好反应完全，生成NaCl了。 (2)制得金属镁的一系列过程中发生的反应为：CaCO3CaO+CO2↑,CaO+H2O=Ca(OH)2, MgCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2, Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O,MgCl2Mg+Cl2↑ (3)提取溴是利用活泼性更强的氯将溴置换出来。