第三单元海水中的化学0 ?5 U$ H" P0 P0 q# ^& }+ f
一、海洋化学资源
6 s: P5 i7 g9 J3 L" h: t0 @" v1、海水中的物质. b1 s, g( v, \0 g: I
(1)海水由96。5%的水和3。5%的溶解的盐组成。
% s( h$ |, G e, ]' X①海水中主要有4种金属离子(Na+、Mg2+、Ca2+、K+)和2种酸根离子(Cl—、SO42—)。当把海水蒸干时,任一金属离子和酸根离子都可以结合构成一种盐,故海水中主要的盐有:Na2SO4、NaCl、MgSO4、MgCl、CaSO4、CaCl、K2SO4、KCl。: \& J; H% [7 ~0 x9 ~) H
②海水之最:5 B- w! \: [) H( x" i" M, ?. @5 F
含量最多的金属离子:Na+,含量最多的非金属离子或酸根离子:Cl—4 v& K: |, P( s7 A F9 @4 t
含量最多的非金属元素:O,含量最多的金属元素:Na3 n! w% O; s0 m! F
海水盐分中含量最多的非金属元素:Cl。5 |, [) h. D& {2 S- h
(2)海水制镁
9 M; I7 Q# h& H! U5 Z" o/ wⅠ.流程:
5 o$ L! R; m7 u& g4 | i- SⅡ.化学方程式:
8 }- u& R& _4 \①MaCl2+Ca(OH)2=Mg(OH)2↓+CaCl2* k) ^, ~' J; ~
②Mg(OH)2+2HCl=2H2O+MgCl2! D0 \+ G+ W q& f
③MgCl2通电Mg+Cl2↑
. ^. M6 b9 ^* a. f8 q+ }( s: g注意:
~6 _8 @+ l7 T8 e3 J5 J6 D5 I! Q) O①海水中原本就有氯化镁,为什么要先加石灰乳生成氢氧化镁沉淀,再加盐酸得到氯化镁呢?海水中氯化镁的含量很低,要想得到它,首先要设法使之富集。提取镁时,如果直接以海水为原料,则将其中的氯化镁转化为沉淀的过程就是为了使镁元素富集;如果以卤水为原料,则在海水晒盐阶段就经过了一次富集,转化为沉淀的目的即可使镁元素进一步富集,又可除去其中的氯化钠等杂质., _( _7 d' m7 z" q* i/ E+ x" _) `8 n
②从海水中提取镁时,选择石灰乳做沉淀剂的原因是什么?! @: R# ^/ {' m: q
因为石灰乳价廉易得,大海中富含贝壳,它们的主要成分为碳酸钙,可就地取材通过大海制得石灰乳,反应的化学方程式为:CaCO3高温CaO+CO2↑、CaO+H2O=Ca(OH)2; V3 E# \. v* |& O1 s) C: P$ [
2、海底矿物1 o3 @, x* R$ c0 w* Y% D
(1)可燃冰; ^: i4 u' s% m: ]
①可燃冰——天然气水合物—-固体-—极易燃烧. y$ v: @" _( Y
②形成:由天然气(主要成分是CH4)和水在低温、高压条件下形成的冰状固体.
! e7 n% T/ Q4 U3 u O& S2 U③优点:燃烧产生的热量比同等条件下的煤或石油产生的热量多得多.燃烧后几乎不产生任何残渣或废气,被科学家誉为“未来能源”、“21世纪能源”。) \9 t4 T3 ]0 h$ B: b( p
注意:
& L. q' d3 H5 B' S, @+ {7 t①纯净的天然气水合物呈白色,形似白雪,可以像固体酒精一样直接被点燃,被形象的称为“可燃冰"。3 \& w2 q) K( T4 R6 o9 W
②人类开采可燃冰,面临着许多问题:
5 F; v5 |" T8 A0 f* ^7 a第1页A.收集海水中的气体十分困难,可燃冰在海底大面积分,其分解出来的甲烷很难聚集在某一地区内收集,而且一离开海床便迅速分解,容易发生喷井意外。" h5 i/ ~/ f% }7 C ]
B。甲烷的温室效应很强,若处理不当,分解出来可能造成大陆架边缘动荡而引发海底塌方,甚至导致大规模海啸,带来灾难性后果。因此,可燃冰也是一种存在安全隐患的能源。$ j+ Q" @# e# w3 [5 A4 @+ `
(2)锰结核0 J/ J7 A9 ?4 }4 ~: e+ ?. B
①海底还蕴藏着一种含有多种金属的矿物——多金属结核,也称:锰结核(含锰最多)。
8 d M6 c/ s/ J②锰结核含有锰、铁、镍、铜、钴和钛等20多种金属元素,多金属结核的全球总储量在30000亿吨以上。
6 M0 a0 z3 ^ q2 C. v' r3、海洋资源的开发和利用
2 {! _4 P; |3 v q海洋资源指的是与海水水体本身有着直接关系的物质和能量。3 ?- |" g# j8 p6 R. W7 w) ]
①海洋资源:
) I+ j i5 i: K化学资源(溶解于海水中的化学元素——工业用冷却水源、食盐等各种盐类、淡水、溴)
0 _3 v8 H1 N5 Y( O- @矿产资源(滨海、大陆架及深海海底所蕴藏的矿产资源——滨海砂矿:富含砂、贝壳等建筑材料,大陆架:石油、天然气、煤、硫、磷,金属矿产;海盆:深海锰结核。)
l' O2 m& y- I) ?7 w) T动力资源(海水波浪、潮汐及海流所产生的能量、贮存的热量—-潮汐发电、波浪发电)) M; ]* v, t M1 N* O( |' G
生物资源(海水中生存的生物—-鱼、虾、贝、藻)
) M$ \3 M; `# u/ d②海洋污染:陆源污染、海上污染。
) x2 ]4 ^9 _; A( J5 q1 ]③防止污染措施:海洋环境立法、建立海洋自然保护区、加强海洋环境监测、提高消除污染的技术水平等。
8 F {% ?" F: J5 p& Z" k: h6 ]注意:开发海洋资源的同时要保护海洋过度索取会遭到海洋的报复。, u7 M0 y; `3 m3 E
4、海水淡化
, R% W) [" }" K: u7 y(1)蒸馏法淡化海水
% z' e: ]1 A. YⅠ。实验装置:如右图所示。
3 ]* G) l0 Y1 e% [, fⅡ。实验现象:
& M; D U2 [, k* A2 W' Y4 W8 v加热后大试管中的海水沸腾,小试管中有少量无色液体;
7 `, {$ {! }, C向小试管的冷凝水中滴加硝酸银溶液后无白色沉淀产生.2 b! C. U# O* S- M _ v6 ]1 T
Ⅲ.注意事项:9 t# \, `+ ] }0 ~: B* Z0 H' l* i
①实验前要先检查装置的气密性,气密性良好才能使用;
% z% C0 v5 R9 v7 ~- G: F②玻璃导管尽量长些(延长水蒸气在导管中的滞留时间,有利于热的水蒸气冷凝);
4 [' m0 p3 Z7 [$ A: ^, A③为防止暴沸,可在大试管中加几粒沸石或碎瓷片;9 Y* [/ @" u$ g" r
④试管中的液体量不能超过试管容积的1/3.
$ w5 j6 x) U% p. xⅣ.实验结论:
7 h U& Z' Y1 O- y. E采用蒸馏的方法可除去海水中的可溶性杂质得到淡水。8 R8 d5 G" |" k F, D
Ⅴ.实验改进:) [7 i$ w6 t3 J7 C/ r# |
使冷凝效果更好的方法①换成较长的玻璃导管
7 @6 n/ G2 [& N/ B& @; M# x②将玻璃导管改为冷凝器
) S" ?& e1 ~* }# Q4 h; E③在玻璃导管上敷上冷毛巾5 E- R! k) C6 E/ j4 Z9 O2 |& o
第2页; R: y& s! v" b3 z$ z* f- P6 @
注意:9 z% ? A( M8 |; g, l# }
①蒸馏是通过加热蒸发而将液体从溶液中分离出来的一种方法,是分离液体混合物的一种方法。(分离混合物的方法:过滤、结晶、蒸馏); u7 D( ]) \( L) l
②NaCl溶液中加入AgNO3溶液会产生白色沉淀,其反应化学方程式为:
" \; U% {" L, n$ kNaCl+AgNO3=AgCl↓+NaNO30 X) y% ]* j0 K4 \( T
向溶液中加入AgNO3溶液,看是否产生白色沉淀,是检验溶液中有无Cl—的常用方法。(2)世界范围内海水淡化能做到规模化和产业化的主要方法:1 s$ G; [9 b& h& L
①膜法-—反渗透法(利用的是渗透压的原理)% O, m: k$ L0 v, \4 q( k( G' ?
②热法——低温多效蒸馏法、多级闪急蒸馏法8 v3 P" I! `( T! J a2 D
二、海水“晒盐”# t' i" B5 k1 R' _ w
1、粗盐提纯(实际问题):6 N8 o$ J! @8 Z" W0 \4 p, {7 }
海水“晒盐”得到的粗盐,往往含有可溶性杂质(如Na2SO4、CaCl2、MgCl2等)和不溶性杂质(如泥沙等),必须对其进行分离和提纯,才能用于工业生产和人们的生活.) f* Z( _& u9 j' d, P: d
(1)除去粗盐中的不溶性杂质- g4 u. D6 O+ u4 _8 d: G
①方法:4 y! R, b9 `* [* P5 s8 r n4 d
将粗盐晶体溶解在水中,过滤除去不溶物,再通过蒸发结晶得到比较纯净的氯化钠晶体。- ]. ]7 B% f$ k
②步骤:溶解→过滤→蒸发0 Q# U; R% f5 x% O2 |+ a* ] m
(2)除去粗盐中的可溶性杂质% V5 Y: y4 U7 n9 g
粗盐中可溶性杂质主要有Na2SO4、CaCl2、MgCl2。
7 h* D$ ~2 O5 ~1 l) i% K# n6 d/ \①方法:- r/ R$ ?# q& b8 J& y- t
加入过量的BaCl2可除去Na2SO4,加入过量的NaOH可除去MgCl2,加入过量的Na2CO3可除去CaCl2和过量的BaCl2,然后进行过滤把沉淀除去,再加入适量的盐酸,将溶液的pH调为7,除去多余的Na2CO3和NaOH。
2 W9 z; r+ J5 D v& u' i% @, Y②原理:5 J z- M# J Y n- A) d2 Y, ^. Z1 P
Na2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2NaCl、MgCl2+2NaOH=Mg(OH)2↓+2NaCl/ W8 b! g. I/ a, ^
CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl、BaCl2+Na2CO3=BaCO3↓+2NaCl2 e r: U) O* g& _
Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑、NaOH+HCl=NaCl+H2O/ A7 l0 j+ d/ }
注意:. h# w3 v3 Q9 @2 L8 _. G7 E/ o$ \
Ⅰ。所用试剂都是过量的:
5 k% W; i% h0 H每滴加一滴试剂,都要观察一次现象,看沉淀是否继续增加.
/ |! c3 _8 [3 m$ L' [# h$ L若有沉淀增加,则需继续滴加试剂;若不再有沉淀增加,则停止滴加试剂。8 V5 M- K! O! Q; ^+ a3 o
故最后一滴试剂不参加反应,所以所用试剂都是过量的。1 |3 @) C1 N0 Q7 b; ^: i$ r& R
Ⅱ。除杂质时所加试剂的顺序要求是:
/ L, k& ]2 u+ v" c" q& f①Na2CO3必须在BaCl2之后加入,目的:除去过量的Ba2+。! V: r9 n2 ?4 t; }
②过滤之后加HCl,目的:除去过量的CO32-和OH—。
% J, g: }1 W* w' l第3页③除以上两点要求外,其它试剂顺序可调整。
. t* ^& I! c' `' A, m+ L如:BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、HCl;或BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、HCl;6 T, w X* W+ ]. G9 ]7 p
或NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、HCl。+ D0 r4 H/ a4 E/ G s* x& }
2、食盐的用途7 ]7 b+ Y0 L/ k
①工业:制造烧碱、纯碱、氮气、盐酸、化学肥料、塑料、合成橡胶、染料等.
7 R* _# T7 o0 Q8 o9 V②生活:用作调味品和食品添加剂。
- p8 g- M2 H; y) y8 n7 x% ~③医疗:生理盐水是使用氯化钠配制的。
3 i# t; d/ f& d$ Y* _: P" g4 o④农业:用一定浓度的氯化钠溶液选种。
' L2 F+ |9 M# ^三、海水“制碱”
; [3 U' y& X7 g( B* h% J1、氨碱法质纯碱, r! t h9 z! z2 |$ V# C3 w" {
i0 J% E; _5 \Ⅱ。媒介:氨$ F; K" R+ X* i8 A
Ⅲ。原理:
. p L9 g8 ]0 P$ s9 e* M) l. r/ ]" m向饱和食盐水中通入氨气制成饱和氨盐水,然后在加压的条件下向氨盐水中通入足量的二氧化碳生成碳酸氢钠,由于碳酸氢钠在该状态下溶解度小,呈晶体析出,过滤得到NaHCO3固体,NaHCO3不稳定,受热后会分解成Na2CO3、H2O和CO2,因此给NaHCO3加热就可得到Na2CO3。3 y/ |3 G$ a6 W3 g. V2 P
Ⅳ。相关反应化学方程式: Q, ^9 {% @( j( o& ^9 z/ @ e
①NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl
) I* w) m1 b0 J②2NaHCO3△Na2CO3+H2O+CO2↑! j" T! x6 M7 U, Z5 m1 r; P
NH4Cl2NH4Cl+Ca(OH)2△CaCl2+2H2O+2NH3↑& w# ^4 j2 l$ {% p# Z
Ⅴ。优缺点
) o6 V0 {" S. d6 U$ c! a优点:①原料易得、便宜。②CO2和NH3可回收使用,能连续生产.
, j F& I) R7 i5 I& {9 ~缺点:①食盐利用率不高。②回收NH3时产生大量污染环境的CaCl2。' G% A4 R+ ~0 L7 W1 K- Y z$ q
2、侯氏制碱法(联合制碱法)
9 M, X5 f9 ?. |2 ?% q2 f8 I+ U优点:①食盐利用率高。②产生两种有用产物NH4Cl和Na2CO3,不产生污染环境的CaCl2。0 i0 U( c7 n1 Q
3、纯碱的性质- L" K7 r. ^2 V
(1)物理性质:白色粉末,易溶于水。/ ]7 r ]& ~& E! p7 S
(2)化学性质:
, d# n& Q- |- g①与指示剂的作用-—纯碱溶于水溶液显碱性,能使无色酚酞试液变红,使紫色石蕊试液变蓝。9 }2 C" |! H3 Q, M. j' c- G$ `: q
注意:
# w0 ?3 h. x( {; RA.碳酸钠属于盐而不属于碱,它的水溶液呈碱性,是因为它能与水反应生成很少量的氢氧化钠。B。盐类物质的水溶液有的呈中性如NaCl,有的呈碱性如Na2CO3,有的呈酸性如CuSO4. C.家庭中利用纯碱溶液显碱性的性质除去油污。: b1 r/ x" l' Y% q! p1 O$ Y0 H
第4页②与Ca(OH)2反应$ N+ j# K8 D1 M: X0 h# P* y& e
现象:产生白色沉淀。7 {' P2 }# q4 V1 o0 m, j/ j: u$ s
化学方程式:Na2CO3+Ca(OH)2=2NaOH+CaCO3↓, {$ V' G$ U' p8 y& ^# ]* u4 R
注意:
0 \$ q4 S% \& [; x; x) jA.工业制烧碱的方法就是利用上述反应。
: @, c/ S; _3 lB.制取碱类物质原理:
: x0 s% S1 r, ]选取含有相应金属离子(或铵根离子)的盐类物质的溶液与氢氧化钠等可溶性碱反应.如氢氧化铜的制取可用:CuSO4+2NaOH=Cu(OH)2↓+Na2SO4' f: j1 E4 q9 ]3 l+ z' E+ y$ {
③与酸(HCl、H2SO4)反应
7 L9 M4 n3 x$ O7 b: V现象:生成无色、无味的气体,该气体能使澄清的石灰水变浑浊。
$ B8 `% Q& r& a: l3 @# P! s化学方程式:Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑
- u1 a( }( |- ]: P/ q$ kNa2CO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+CO2↑
$ {# _9 T3 m, _, ^7 s% o) j注意:
! s! Y+ b" @- @+ N2 b! u1 x" k' dNa2CO3和NaHCO3都能与酸(HCl、H2SO4)反应产生CO2,检验某物质中是否含有CO32-或HCO3—的方法为:
- H9 {6 Q4 U8 b$ Q J2 sA.试剂:稀盐酸、澄清石灰水、待测样品。
* O" E- E- S* |7 Q" C$ I( r1 wB.操作方法:取待测样品于试管中,向其中滴加适量的稀盐酸,观察到有气泡冒出,将生成的气体通入澄清石灰水中,石灰水变浑浊,证明待测样品中含有CO32-或HCO3-。
: F9 X. p' X* Z: [' F7 ~9 r6 r. D④与某些盐(如BaCl2、CaCl2)反应) ^6 S1 Z$ q8 R9 y6 m. b
现象:生成白色沉淀。1 j9 b! w: o; @8 i1 x5 h
化学方程式:Na2CO3+BaCl2=BaCO3↓+2NaCl: Q& U0 w: l2 q& i
Na2CO3+CaCl2=CaCO3↓+2NaCl/ c$ N9 s& W1 l* R6 P- k
/ s- u Z, I" k/ n P4
2 U8 j$ ~3 L7 ~: W% l4 N①盐+酸→新盐+新酸
- e9 m) W s6 i, p" A条件:反应物——盐可溶或难溶,酸必须可溶;生成物——必须有气体、沉淀或水.
9 E6 ] h5 Z P+ ^' f例如:% B' I6 N7 s7 V) j) i4 Y% `1 R
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