海洋资源利用与海洋化工

让更多的孩子得到更好的教育地址：北京市西城区新德街20号4层电话：[phone]传真：[phone]第1页共8页专题十第三讲海洋资源利用与海洋化工2007新考纲测试目标和能力要求了解海水的综合利用。了解化学科学发展对自然资源利用的作用。典例解析海水化学资源是指海水中所含有具有经济价值的化学物质。作为地球上最大的连续矿体的海洋水体，其中已发现80余种化学元素。在这些元素中，有的其含量虽然甚微，但由于海洋水体积巨大（约为13.7亿立方千米），所以它们在海水中的总量非常丰富。目前，人们已能直接从海水中提取稀有元素、化合物和核能物质(如从海水中提取镁、溴、碘、钾、铀和重水等)，其中有的资源已进入工业化生产，有的正在研究之中。例1、（2004年广东卷第20题）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：。解析：本题以海水制取金属镁为载体，较全面地考查了化学基本概念、基本原理、元素化合物和化学实验的基础知识，考查了学生的推理能力和实验基本操作能力。第（1）问根据提示的产物即可写出有关化学方程式：MgCl2·6H2OMg(OH)Cl+HCl↑+5H2O↑、MgCl2·6H2OMgO+HCl↑+5H2O↑或Mg(OH)ClMgO+HCl↑。从前面的反应方程式可知，空气中加热无法得到无水氯化镁。要得到无水氯化镁，必须防止其水解。根据氯化镁水解显酸性，干燥的HCl气流可以抑制MgCl2水解，同时能带走MgCl2·6H2O受热产生的水气。第（2）问考查了除杂的基本操作：粗略看都为碱，无法通过反应除去Ca(OH)2，仔细分析两种物质的性质差异，发现Mg(OH)2难溶而Ca(OH)2微溶。利用这一性质差别，可以让更多的孩子得到更好的教育地址：北京市西城区新德街20号4层电话：[phone]传真：[phone]第2页共8页加入MgCl2溶液，充分搅拌后过滤，沉淀用水洗涤即可除杂。第（3）问考查了玻璃棒在溶解、过滤、蒸发过程中的使用目的，属基本操作能力考查：溶解时能加速溶解；过滤时能防止外洒；蒸发时能防止液滴或晶体飞溅。答案：（1）MgCl2·6H2OMg(OH)Cl+HCl↑+5H2O↑MgCl2·6H2OMgO+HCl↑+5H2O↑或Mg(OH)ClMgO+HCl↑在干燥的HCl气流中，抑制了MgCl2水解，且带走MgCl2·6H2O受热产生的水气，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）搅拌，加速溶解；使待滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外洒；搅拌，防止因局部过热液滴或晶体飞溅。例2、我国首创以铝—空气—海水电池作为能源的新型海水标志灯，它以海水为电解质溶液，靠空气中的氧气使铝不断氧化而产生电流。只要把灯放入海水中数分钟，就会发出耀眼的白光。则该电源负极材料为：，正极材料为：，正、负极反应分别为：。解析：Al、O2（空气）之间的氧化还原反应为：4Al+3O2==2Al2O3，将该反应与原电池的原理、Al的导电性等知识进行综合分析可知，铝既是负极反应物，又是负极材料，O2是正极反应物，正极材料应该选择还原性比Al弱的导电性强的材料，如石墨等。Al、O2的氧化反应、还原反应分别为：Al：Al－3e-==Al3+（×4）4Al－12e-==4Al3+O2：O2+2H2O+4e-==4OH－（×3）3O2+6H2O+12e-==12OH－答案：负极材料为铝，正极材料为石墨。负极反应：4Al－12e-==4Al3+正极反应：3O2+6H2O+12e-==12OH-例3、氢氧化钠是一种用途十分广泛的重要化工原料。工业上主要通过电解氯化钠饱和溶液的方法获得氢氧化钠,我国的氯碱工业大多数采用离子交换膜电解槽。⑴写出电解饱和氯化钠溶液时电极反应和总的离子反应方程式：阳极：；阴极：；总反应：。⑵离子交换膜电解槽一般采用金属钛作阳极,其原因是。阴极一般用碳钢网制成。阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室,其作用是。⑶为使电解氯化钠的速度加快,下列措施可行的是（）A．增大阴极碳钢网的面积B．提高饱和氯化钠溶液的温度C．加大阴极与阳极间的距离D．提高电解时电源电压⑷如果将某离子交换膜电解槽的①电解时电压增大到原来的2倍；②电解时的电流强度增大到原来的2倍；③电解时温度从30℃提高到60℃,则电解速率一定会达到原来2倍的是其原因是：。解析：电解氯化钠的速率与单位时间通过的电量、离子迁移的速率有关。依据电解反应原理⑴阳极反应：2Cl—－2e—→Cl2↑（氧化反应）；阴极反应：2H+＋2e—→H2↑（还原反应）；电解饱和食盐水的总反应可以表示为：让更多的孩子得到更好的教育地址：北京市西城区新德街20号4层电话：[phone]传真：[phone]第3页共8页⑵阳极产生的Cl2不易腐蚀金属钛；既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸,又能避免氯气和氢氧化钠溶液作用而影响烧碱的质量。⑶由以上的知识很容易判断出A,B,D能是反应速度加快。⑷实质上就是单位时间内流过电路的电量。当电解时电压增大到原来的2倍,电解池的电阻可能发生变化,电解时的电流强度不一定增大到原来的2倍；电解时温度从30℃提高到60℃，电解池的内阻会有所降低,但并不一定恰好降低为原来的一半；当电解时的电流强度增大到原来的2倍，单位时间内流过电路的电量恰好为原来的2倍，发生反应的物质的量也恰好为原来的2倍，即反应速率为原来的2倍。专题预测与训练一、选择题1．关于电解NaCl水溶液，下列叙述正确的是A．电解时在阳极得到氯气，在阴极得到金属钠B．若在阳极附近的溶液中滴入KI试液，溶液呈棕色C．若在阴极附近的溶液中滴入酚酞试液，溶液呈无色D．电解一段时间后，将全部电解液转移到烧杯中，充分搅拌后溶液呈中性2．是非常重要的资源，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3．列广告用语在科学上没有错误的是A．这种饮料中不含任何化学物质B．这种蒸馏水绝对纯净，其中不含任何离子C．这种口服液含丰富的氮、磷、锌等微量元素D．没有水就没有生命4．时间烧沸的天然水不宜喝的主要原因是A．水中的氧气少了B．水中的亚硝酸盐浓度大了C．水中的钙镁离子多了D．水中的二氧化碳多了5．某些化学试剂可用于净水。水处理中使用的一种无机高分子混凝剂的化学式可表示为[Al2(OH)nClm·yH2O]X，式中m等于A．3-nB．6-nC．6+nD．3+n6．某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl2被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图的装置，则对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是A．a为正极，b为负极；NaClO和NaClB．a为负极，b为正极；NaClO和NaClC．a为阳极，b为阴极；HClO和NaClD．a为阴极，b为阳极；HClO和NaCl二、填空题7．往有机聚合物中添加阻燃剂，可增加聚合物的使用安全性，扩大其应用范围。例如，在某聚乙烯树脂中加入等质量由特殊工艺制备的阻燃型Mg(OH)2，树脂可燃性大大降低。该Mg(OH)2的生产工艺如下：石灰乳精制卤水→合成→水热处理→过滤→水洗→表面处理→过滤水洗→干燥让更多的孩子得到更好的教育地址：北京市西城区新德街20号4层电话：[phone]传真：[phone]第4页共8页⑴精制卤水中的MgCl2与适量石灰乳反应合成碱式氯化镁［Mg(OH)2-xClx·mH2O］，反应的化学方程式为。⑵合成反应后，继续在393K～523K下水热处理8h，发生反应：［Mg(OH)2-xClx·mH2O］==(1-2x)Mg(OH)2+2xMgCl2+mH2O水热处理后，过滤、水洗。水洗的目的是。⑶阻燃型Mg(OH)2具有晶粒大，易分散、与高分子材料相容性好等特点。上述工艺流程中与此有关的步骤是。⑷已知热化学方程式：Mg(OH)2(s)==MgO(s)+H2O(g)；△H1=+81.5kJ·mol-1Al(OH)3(s)=12Al2O3(s)+32H2O(g)；△H2=+87.7kJ·mol-1①Mg(OH)2和Al(OH)3起阻燃作用的主要原因是。②等质量Mg(OH)2和Al(OH)3相比，阻燃效果较好的是，原因是。⑸常用阻燃剂主要有三类：A．卤系，如四溴乙烷；B．磷系，如磷酸三苯酯；C．无机类，主要是Mg(OH)2和Al(OH)3。从环保的角度考虑，应用时较理想的阻燃剂是(填代号)，理由是。8．海带中含有丰富的碘。为了从海中提取碘，某研究性学习小组设计并进行了以下实验：请填写下列空白：(1)步骤①灼烧海带时，除需要三脚架外，还需要用到的实验仪器是（从下列仪器中选出所需的仪器，用标号字母填写在空白处）。A．烧杯B．坩埚C．表面皿D．泥三角E．酒精灯F．干燥器(2)步骤③的实验操作名称是；步骤⑥的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收苯，该步骤的实验操作名称是。(3)步骤④反应的离子方程式或。(4)步骤⑤中，某学生选择用苯来提取碘的理由是。(5)请设计一种检验提取碘后的水溶液中是否还有单质碘的简单方法：9．海带中含有丰富的碘，一般以I－存在，可用离子交换法来提取海带中的碘，其步骤如下：①用水浸泡海带，浸出液中含I－和褐藻糖胶。②用溶液调节浸出液的pH至12左右，使褐藻糖胶转化为褐藻糖酸钠而呈絮状沉淀析出，静置澄清，用倾析法倾出清液。③用溶液调节清液的pH至1.5~2，滴入NaClO，此时清液变成棕褐色（此时应控制NaClO让更多的孩子得到更好的教育地址：北京市西城区新德街20号4层电话：[phone]传真：[phone]第5页共8页的用量，只使部分I－氧化为I2，故无沉淀生成）。a写出NaClO与I－反应离子方程式此时碘元素主要存在的形式为b在实际操作中，为什么不能加入过量NaClO而I－使完全氧化（结合以下各步操作考虑这个问题）④将棕褐色的溶液通过氯型强碱性阴离子交换树脂（以R+—Cl－表示）柱。待溶液全部通过后，树脂呈黑红色，流出液无色，写出上述交换反应方程式：⑤从柱的下端加入适当浓度的NaOH溶液，浸没树脂，静置一段时间以后，树脂恢复为原来的颜色，放出柱中无色液（称A液）于烧杯中，此时A液中所含的离子有；树脂上的离子有所发生反应的离子方程式为：⑥将NaCl溶液加入柱中，浸没树脂，静置一段时间以后，慢慢放出无色溶液（称B液）于另一烧杯中，此时B溶液含有的离子有；树脂上存在的离子有⑦往A液中滴加H2SO4溶液并不断搅拌，直到棕黑色沉淀不再继续形成为止，静置澄清，上述反应的离子方程式是⑧B液用H2SO4酸化后，滴加NaNO2至棕黑色沉淀不再继续形成为止（反应产物中有N2），静置澄清。上述反应的离子方程式是：⑨合并7、8两步所得到的沉淀及少量清液，进行离心分离，得到粗碘，置于放有浓H2SO4的干燥器中进行干燥。粗碘不宜在烘箱中干燥，其原因是10．海水是取之不尽的化工原料资源，从海水中可提取各种化工原料。下图是工业上对海水的几项综合利用的示意图：试回答下列问题：①粗盐中含有Ca2+、Mg2+、SO42－等杂质，精制时所用试剂为：A盐酸；BBaCl2溶液；CNaOH溶液；DNa2CO3溶液。加入试剂的顺序是②电解饱和食盐水时，与电源正极相连的电极上发生的反应为与电源负极线连的电极附近溶液pH（变大、不变、变小）。若1mol电子的电量为96500