专题2从海水中获得的化学物质

2005年第13期化学教与学13专题2从海水中获得的化学物质《第一单元氯、溴、碘及其化合物》导学季晓玲扬州大学附属中学225007【学海导航】海水是化学元素宝库，海水中溶解了大量气体物质和各种盐类。人类在陆地上发现的l00多种元素，在海水中可找到80多种。海水是人类获取氯、溴、碘、镁及其化合物的重要资源。一、氯、溴、碘的提取（一）氯碱工业——电解食盐水生产氯气和烧碱的化学工业我国主要以海盐为原料。海盐中含硫酸钙、硫酸镁、氯化镁等杂质，要净化后制成饱和食盐水再电解。2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑＋Cl2↑氯碱工业面临问题：①产品对设备腐蚀严重、环境污染显著。②电能消耗量大。（二）从海水中提取溴的常见工艺①浓缩并酸化海水后，通入适量的氯气，使溴离子转化为溴单质：2NaBr+Cl2=Br2+2NaCl②向含溴单质的水溶液中通空气和水蒸汽，将溴单质吹入盛二氧化硫溶液的吸收塔内以达到富集的目的：Br2+SO2+2H2O==2HBr+H2SO4（也可用NaOH或Na2CO3溶液吸收）③向吸收塔内的溶液中通入适量的氯气：2HBr+Cl2==2HCl+Br2④用四氯化碳（或苯）萃取吸收塔内的溶液中的溴单质。（三）从海洋植物中提取碘的主要工艺①用水浸泡海带或海藻灼烧后的灰烬②向水中通入适量的氯气，使碘离子转化为碘单质：2NaI+Cl2==I2+2NaCl③过滤，用有机溶剂萃取碘单质。△Cl2Cl2H2NaTiKTiCl4过滤CaCO3(耐火材料)熔融Na2CO3△通电(造纸、制肥皂等)(快中子反应堆热交换剂)熔融电解NaOHK.Na合金食卤Br2MgO(富集的方法)CaO(贝壳)(焰火，照明弹)高温Mg(OH)2MgCl2Cl2Mg电解NaHCO3H2ONH3、CO2食盐饱和食盐水水电解海水日晒2005年第13期化学教与学14二、氯、溴、碘的性质和用途（一）氯气（chlorinegas）的性质和用途氯自1774年被舍勒发现，到1810年被戴维确认为一种元素，经历了36年。实验室制备：①原理：MnO2＋4HCl(浓)△MnCl2＋Cl2↑＋2H2O②装置：固液加热型③收集：向上排空气法④验满：湿润的淀粉－碘化钾试纸等⑤尾气吸收：NaOH溶液。1、物理性质：通常是黄绿色、密度比空气大、有刺激性气味气体。能溶于水，有毒。2、化学性质：氯原子易得电子，氯是活泼的非金属元素。氯气与金属、非金属等发生氧化还原反应，一般作氧化剂。与水、碱溶液则发生自身氧化还原反应，既作氧化剂又作还原剂。3、氯气的用途：重要的化工原料，能杀菌消毒、制盐酸、漂白粉及制氯仿等有机溶剂和农药。拓展1：氯水（chlorinewater）氯水为黄绿色，所含Cl2有少量与水反应(Cl2+H2OHCl+HClO)，大部分仍以分子形式存在，氯水的主要溶质是Cl2。新制氯水含Cl2、H2O、HClO、H＋、Cl－、ClO－、OH－等微粒。拓展2：次氯酸（hypochlorousacid）次氯酸(HClO)是比H2CO3还弱的酸，溶液中主要以HClO分子形式存在。性质：①易分解(2HClO==2HCl+O2↑)，光照时会加速。②是强氧化剂：能杀菌；能使某些有机色素褪色。拓展3：漂白粉次氯酸盐比次氯酸稳定，容易保存，工业上以Cl2和石灰乳为原料制成漂白粉；漂白粉的有效成分【Ca(ClO)2】，须和酸(或空气中CO2)作用产生次氯酸，才能发挥漂白作用。（二）溴、碘的性质和用途溴碘物理性质深红棕色，密度比水大的液体，强烈刺激性气味，易挥发，强腐蚀性。紫黑色固体，易升华。气态碘在空气中显深紫红色，有刺激气味。在水中溶解度很小，易溶于酒精、四氯化碳等有机溶剂化学性质能与氯气反应的金属、非金属一般也能与溴、碘反应，只是反应活性不如氯气。氯、溴、碘单质间能够发生置换反应：氯能把溴和碘从它们的卤化物中置换出来，溴能把碘从它的卤化物中置换出来，即氯、溴、碘的氧化性强弱为：Cl2Br2I2用途染料、防爆剂、胶卷感光材料、杀虫剂、红药水、镇静剂，催泪性毒剂等。重要的化工原料。配碘酒和碘化物，食用盐中加KIO3，碘化银制造相底片和人工降雨。2005年第13期化学教与学15三、氧化还原反应（oxidation-reductionreaction）1、氧化还原反应的有关概念氧化还原反应的实质：发生电子转移（电子的得失或电子对的偏移）。化合价降低+ne－被还原氧化剂＋还原剂＝还原产物＋氧化产物化合价升高－ne－被氧化2、氧化还原反应的一般规律同一反应中：①氧化反应与还原反应同时发生，相互依存。②氧化剂得电子总数与还原剂失电子总数相等。即氧化剂化合价降低总数与还原剂化合价升高总数相等。3、氧化还原反应中电子转移的表示方法（双线桥法）书写要求：①箭头是由反应物中的某一元素指向对应的生成物中的同一元素。②一定要标出得、失电子的总数，并且数值相等。【例题解析】例1、家用消毒液的发生器是以精盐和自来水为反应物，通电时，发生器的电解槽的极板上产生大量气泡，切断电源后，生成液具有强烈的杀菌消毒能力。与该反应器工作原理直接有关的化学方程式是（）A、2NaOH+Cl2==NaCl+NaClO+H2OB、H2+Cl2==2HClC、2NaCl+2H2O==2NaOH+H2↑+Cl2↑D、2HClO==2HCl+O2↑解析：根据发生器的反应物和反应条件，可以推测在发生器中电解食盐水，C中反应会发生。再根据生成液具有强烈的杀菌消毒能力，结合电解食盐水后的产物可以推断Cl2和NaOH发生作用生成了NaClO，A中反应也会发生。答案：A、C例2、ClO2是一种杀菌效率高、二次污染小的水处理剂。实验室可通过以下反应制得ClO2：2KClO3+H2C2O4+H2SO4△2ClO2↑+K2SO4+2CO2↑+2H2O，下列说法正确的是（）A、KClO3在反应中得到电子B、H2C2O4在反应中被氧化C、ClO2是氧化产物D、1molKClO3参加反应有2mol电子转移解析：本题以氧化还原反应为命题背景，考查学生将基本知识与题给信息相联系的应用能力。由所给可知，KClO3中氯元素从+5价降低为+4价，1molKClO3得到1mol电子，KClO3被还原，得还原产物ClO2；H2C2O4中碳元素从+3价升高到+4价，H2C2O4被氧化。答案：A、B例3、当周围空间不慎有大量氯气溢出时，处在该环境中的人可以用浸有一定浓度某种物质的水溶液的毛巾捂住鼻子，以防中毒，最适宜采用的物质是（）A、NaOHB、KIC、NH3•H2OD、Na2CO3解析：本题用筛选法求解，消除有毒气体毒性时选用试剂的原则是：①选用的试剂应该无毒，没有强烈刺激性和腐蚀性；②选用试剂不能与所接触物反应产生有毒或其它有害物。A、不宜，NaOH虽能吸收Cl2，但它本身有强腐蚀性，会灼伤肌肤。B、不宜，KI溶液吸收了Cl2，但产生的I2仍是有毒的。C、不宜，氨本身有腐蚀性，且容易产生氨气，刺激性很强。通电2005年第13期化学教与学16D、适宜，Cl2+H2OHCl+HClO，2HCl+Na2CO3==2NaCl+CO2↑+H2O答案：D例4、将13.4克KCl和KBr的混合物，溶于水配成500ml溶液，通入过量的Cl2，反应后将溶液蒸干，得固体11.175克。则原来所配溶液中K＋、Cl－、Br－的物质的量之比为（）A、3︰2︰1B、1︰2︰3C、1︰3︰2D、2︰3︰1解析：方法一将溶液蒸干后，Br2挥发，所得的固体是KCl。可利用差量法解题2KBr+Cl2==2KCl+Br2△m2mol2×(80－35.5)gn(KBr)13.4g－11.175gn(KBr)=0.05moln(KCl)=(13.4g－0.05mol×119g·mol－1)/74.5g·mol－1=0.1mol所以：n(K＋)︰n(Cl－)︰n(Br－)=0.15mol︰0.1mol︰0.05mol=3︰2︰1方法二在任何电解质溶液中，电荷守恒。即n(Cl－)+n(Br－)=n(K＋)答案：A例5、右图是某老师设计的一个微型实验装置图：请你说出实验过程中可能出现的现象，试写有关化学方程式。解析：本装置将氯气的制取与卤素间的置换反应有机地结合起来，把氯气、溴蒸气及单质碘之间的相互关系充分地体现出来了，整套装置浑然一体，实验现象明显直观，各种性质由于颜色的明显变化而一目了然，实验药品用量较少，实验过程气体不外漏，不仅可节约药品，而且绿色环保。有利于培养学生的创造性思维和综合运用知识的能力。答案：①出现黄绿色气体：2KMnO4+16HCl==2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O；②湿润的红纸条褪色：Cl2+H2OHCl+HClO；③c处湿碘化钾的棉团变棕褐色：Cl2+2KI==2KCl+I2；④b附近浸有湿溴化钠的棉团变黄色：Cl2+2NaBr==2NaCl+Br2；e、f处的现象分别为变蓝色（因含有淀粉）和棕褐色：Br2+2KI==2KBr+I2；⑤d处的现象、原因均同e处：Cl2+2KI==2KCl+I2；⑥湿的氢氧化钠棉花团均先变淡黄绿色后又褪色：Cl2+2NaOH==NaCl+NaClO+H2O。例6、较低温度下，氯气通入石灰乳中可制得漂白粉，该反应为放热反应。某校甲、乙两化学研究性学习小组均用200mL12mol/L盐酸与17.4gMnO2在加热条件下反应制备氯气，并将制备的氯气与过量的石灰乳反应制取漂白粉，用稀NaOH溶液吸收残余的氯气。分析实验结果发现：①甲、乙两组制得的漂白粉中Ca(ClO)2的质量明显小于理论值②甲组在较高温度下将氯气与过量的石灰乳反应，所制得的产品中Ca(ClO3)2的含2005年第13期化学教与学17量较高。试回答下列问题：⑴上述实验中理论上最多可制得Ca(ClO)2多少克?⑵实验中所得到的Ca(ClO)2的质量明显小于理论值，试简要分析其可能原因，并写出可能涉及到的化学方程式。解析:⑴据题意：n(HCl)=12mol/L×0.2L=2.4moln(MnO2)=17.4g÷87g/mol=0.2molMnO2+4HCl(浓)△MnCl2+Cl2↑+2H2On(MnO2)∶n(HCl)=2.4mol∶0.2mol=12∶1＞4∶1所以浓HCl过量，应根据MnO2计算。根据制备氯气的化学方程式n(Cl2)=n(MnO2)=0.2mol又因为：2Cl2+2Ca(OH)2=Ca(ClO)2+CaCl2+2H2On[Ca(ClO)2]=1/2n(Cl2)=1/2×0.2mol=0.1molm[Ca(ClO)2]=143g/mol×0.1mol=14.3g⑵①随着反应进行，温度升高，会产生副产物Ca(ClO3)2；6Cl2+6Ca(OH)2△5CaCl2+Ca(ClO3)2+6H2O②Cl2未与石灰乳完全反应，残余Cl2被NaOH溶液吸收Cl2+2NaOH=NaCl+NaClO+H2O答案：⑴上述实验中理论上最多可制得Ca(ClO)2的质量为14.3g⑵略。【习题精练】一、选择题（每小题有1～2个正确答案）1、在抢救大出血的危症病人时，常需静脉点滴，输予0.9％的氯化钠溶液（俗称“生理盐水”）是由于人体血液的“矿化度”（即无机盐的相对含量）为0.9％。另有研究表明，30亿年前地表原始海水的矿化度即为0.9％。对此，下列猜测或评论中，不足取的是（）A、人类祖先可能是从原始海洋中逐渐进化到陆地上的B、人体血液和原始海水的矿化度均为0.9％纯属巧合C、人体血液和原始海水之间存在着某些尚未被认识的关系D、人体血液仍然带有原始海水的某些印痕2、在我们的日常生活中出现了“加碘食盐”、“增铁酱油”、“高钙牛奶”、“富硒茶叶”、“含氟牙膏”等商品。这里的碘、铁、钙、硒、氟，应理解为（）A、单质B、分子C、元素D、氧化物3、溴与氯同属“卤族”元素，其单质在性质上具有很大的相似性，但Cl2比Br2的活泼性强，下面是根据氯气的性质，对溴单质性质的预测，其中不正确的是（）A、溴单质可以和烧碱溶液反应B、溴单质只具有氧化性C、溴原子最外层有7个电子，在化学反应中容易得1个电子D、溴离子可以用硝酸酸化