2020-2021学年第三单元 海洋化学资源的综合应用第1课时导学案

这是一份2020-2021学年第三单元 海洋化学资源的综合应用第1课时导学案，共10页。学案主要包含了粗盐提纯，从海水中提取溴等内容，欢迎下载使用。


一、粗盐提纯
1．难溶物的除杂：
2．可溶物的除杂试剂及SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 的检验：
(1)除去NaCl溶液中的Ca2＋、Mg2＋、SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 的沉淀试剂一般分别为Na2CO3溶液、NaOH溶液、BaCl2溶液。
(2)检验SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 试剂用稀盐酸和BaCl2溶液。
粗盐提纯的过程中，过滤使用的主要玻璃仪器有哪些？
提示：烧杯、漏斗、玻璃棒。
二、从海水中提取溴
1．海水提溴的原理：
2．海水中提取溴的具体操作步骤：
(1)工艺流程。
(2)工艺流程说明。
①由母液得到的溴溶液中通入气体的目的是将Br－氧化为Br2。
②通入热空气或水蒸气的目的是使溴从溶液中挥发出来。
3．溴的性质：
(情境思考)海水是元素的宝库。已知在海水中含有很多的元素，其中因自然界中的溴元素主要存在于海水中，所以溴被称为“海洋元素”。
据此，回答以下问题：
(1)海水中的溴元素的主要存在形式是什么？
提示：海水中的溴元素主要以溴离子的形式存在。
(2)若将海水中的溴元素变成溴单质，需要哪些过程？
提示：主要需要的过程有浓缩—氧化—提取。
粗盐提纯
除杂路线：
【方法规律】分离和提纯的“三必须”和“四原则”
(教材开发)教材【基础实验】中探究了粗盐中杂质离子的去除过程，某兴趣小组的同学根据教材中的实验，设计了以下粗盐的提纯过程。
据此回答：
(1)除去粗盐中的可溶性杂质时，对三种除杂试剂(BaCl2、Na2CO3、NaOH)的加入量有什么要求？其加入顺序如何？(科学探究与创新意识)
提示：加入量必须过量NaOH—BaCl2—Na2CO3
(或BaCl2—NaOH—Na2CO3或BaCl2—Na2CO3—NaOH)。
(2)在加入BaCl2除去SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 时，如何操作证明SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 已除尽？(科学探究与创新意识)
提示：静置，向上层清液中加BaCl2溶液，若无沉淀，则可证明。
【典例】(2021·南通高一检测)为除去粗盐中的CaCl2、MgCl2、硫酸盐以及泥沙等杂质，某同学设计了一种制备精盐的实验方案，步骤如下：
(1)第①步中，操作A是________________，第⑤步中，操作B是______________________。
(2)判断试剂X过量的方法是_______________________________。
(3)写出第④步中涉及反应的化学方程式____________________。
(4)第⑤步操作中得到的固体成分有：泥沙、CaCO3、Mg(OH)2、____________(填化学式)。
(5)此实验方案尚需完善，具体步骤是________________________________。
【解题指南】解答本题注意以下两点：
(1)注意除去离子的过程中的先后顺序问题；
(2)注意加入试剂的量的问题。
【解析】粗盐中有难溶物，首先通过溶解，过滤除去不溶物。然后通过加入除杂剂，除去Ca2＋、Mg2＋和SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(4)) 杂质离子，除杂试剂分别为BaCl2、NaOH、Na2CO3，每次除杂试剂均是过量的，所以要考虑引入的新杂质也必须除去，Na2CO3用盐酸反应生成CO2除去。
答案：(1)溶解 过滤
(2)取加入BaCl2之后的上层清液少许于试管中，再滴加1～2滴BaCl2溶液，若未变浑浊，表明BaCl2过量
(3)BaCl2＋Na2CO3===BaCO3↓＋2NaCl，CaCl2＋Na2CO3===CaCO3↓＋2NaCl
(4)BaCO3
(5)向滤液中加入适量稀盐酸
某同学在学习了粗盐的提纯后，根据粗盐提纯的相关程序和操作，进行了物质的分离和提纯。经了解，粗盐中含有部分氯化镁，该同学想把粗盐中的氯化镁除去。
除去食盐中的氯化镁，选择的主要试剂有哪些？主要发生的反应有哪些？
提示：试剂主要有NaOH溶液和盐酸。除去MgCl2，应加入过量NaOH溶液，过滤后再加入盐酸。发生的反应为MgCl2＋2NaOH===Mg(OH)2↓＋2NaCl，Mg(OH)2＋2HCl===MgCl2＋2H2O。
海水提溴
1．溴的提取：
溴单质的氧化性介于氯和碘单质的氧化性之间，因此，在海水提溴的化工生产中可以选用氯气作氧化剂。从海水中提取溴，一般要经历浓缩、氧化和提取三个步骤。
(1)浓缩：海水中Br－的含量一般为0.067 g·L－1，而苦卤(海水晒盐后得到的母液)中Br－的含量大得多，可作提取溴的原料。在工业上，海水提溴可以和海水晒盐联合进行。
(2)氧化：将Br－转化为Br2需要加氧化剂，一般用氯气作氧化剂。
Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2
(3)提取：通过上述反应，生成的溴单质依然溶解在苦卤中，利用溴的挥发性，鼓入热空气或水蒸气，就可将溴分离出来。
2．工艺流程：
【拓展提升】富集溴的另外一种方法
为富集溴单质，获得粗溴后，可以通入Na2CO3溶液，发生的化学反应方程式为3Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑。然后再酸化，通过离子反应BrO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) ＋ 5Br－＋6H＋===3Br2＋3H2O重新获得Br2。有时也通入SO2气体富集，发生的反应方程式为Br2＋SO2＋2H2O===2HBr＋H2SO4，然后加入氧化剂氧化Br－重新获得Br2。
(教材开发)教材【学以致用】中有变色玻璃的原理，根据教材中的叙述，回答下列问题：
(1)写出该过程中涉及的化学方程式。(科学探究与创新意识)
提示：主要涉及的方程式有2AgBr eq \(=====,\s\up7(强光)) 2Ag＋Br2；2Ag＋Br2 eq \(=====,\s\up7(CuO)) 2AgBr。
(2)若该过程在实验室中完成，从实验的安全角度出发，需要注意哪些问题？(科学态度与社会责任)
提示：由于溴单质易挥发，所以应该在通风环境中，且注意要有防护措施。
【典例】空气吹出法工艺，是目前“海水提溴”的主要方法之一。其工艺流程如图：
(1)步骤③的化学方程式为___________________________________。
(2)步骤②通入热空气或水蒸气吹出Br2，利用的溴的性质是______________________________________。
(3)步骤⑤的蒸馏过程中，温度应控制在80～90 ℃。温度过高或过低都不利于生产，请解释原因：______________________________________________。
【解题指南】解答本题需注意以下两点：
(1)明确溴单质容易挥发，可以被热空气吹出。
(2)了解吹出溴时温度过高，水蒸气含量太高，温度过低，溴无法完全蒸出，吸收效率低。
【解析】从海水中提取溴，一般要经过浓缩、氧化、提取三个步骤。步骤①的“氯气氧化”发生的反应是Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2，生成的溴仍溶解在海水中。Br2的沸点较低，通入热空气，使它和热空气一起挥发出来(步骤②)，再用SO2吸收(步骤③)：Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，这样可以得到较大浓度的含Br－的溶液，进一步用氯气氧化(步骤④)，得到Br2，然后蒸馏便得到了液溴。步骤⑤如果温度过高，水蒸气含量太高，如果温度太低，则溴不能完全蒸出，吸收率低。
答案：(1)Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr
(2)挥发性
(3)温度过高，大量水蒸气被蒸出，溴蒸气中水增加；温度过低，溴不能完全蒸出，吸收率低
【母题追问】
(1)得到的“溴水混合物Ⅱ”中混有少量的氯气，如何除去？
提示：加入适量NaBr。发生的反应为Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2。
(2)在实验室进行步骤⑤的蒸馏过程，需要哪些玻璃仪器？
提示：酒精灯、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、牛角管和锥形瓶。
由于溴在海水中的含量很高，目前从海水中提取溴已经成为溴单质的重要来源。海水提溴的过程主要涉及的流程有氧化—提取—富集三步，有人在富集溴的过程中使用如下反应：
5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O。据此回答下列问题：
(1)下列反应中，与上述反应在原理上最相似的是( )
a．2NaBr＋Cl2===Br2＋2NaCl
b．2KI＋Br2===I2＋2KBr
c．2H2S＋SO2===3S↓＋2H2O
d．Cl2＋H2O===HCl＋HClO
提示：c。在反应5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4===3Br2＋3Na2SO4＋3H2O中，反应物中Br－被氧化， BrO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3)) 被还原，最后都生成Br2。也就是在此反应中被氧化和被还原的为不同价态的同一元素(溴)，而且生成的是同一价态的物质。在4个选项中，只有c项中被氧化和被还原的元素为不同价态的同一元素(硫)，且最后都生成同一价态的物质单质硫，两者原理最相似。
(2)从氧化还原反应的角度进行分析，在上述反应中，氧化剂是什么？还原剂是什么？若有3 ml NaBrO3参与反应，转移电子的物质的量是多少？
提示：根据化合价的变化可知，该反应中氧化剂是NaBrO3，还原剂是NaBr。若有3 ml NaBrO3参与反应，转移电子的物质的量是15 ml。
三言两语话重点
(1)学会粗盐提纯的具体步骤和操作方法。
(2)学会粗盐提纯中物质分离提纯的方法——过滤。
(3)学会海水提溴的原理
Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2
1．实验室用粗盐提纯制取食盐晶体的过程中，下列操作不需要的是( )
【解析】选D。实验室用粗盐提纯制取食盐晶体，涉及物质的溶解、过滤、蒸发结晶等操作，且除去食盐中混有的氢氧化钠、碳酸钠等，可加入盐酸，可用pH试纸测定盐酸是否过量，没有用到蒸馏操作。
2．(2021·镇江高一检测)由海水提取溴的部分流程如下。下列说法正确的是( )
A．反应①②③为氧化还原反应
B．反应②中生成S和HBr
C．氧化性：SO2>Br2>Cl2
D．反应③溶液中生成的Br2可以用乙醇萃取
【解析】选A。A项，反应①为2NaBr＋Cl2===2NaCl＋Br2，反应②为Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋ 2HBr，反应③为2HBr＋Cl2===Br2＋2HCl，这三个反应均为氧化还原反应，正确；B项，反应②生成H2SO4和HBr，错误；C项，根据氧化剂的氧化性强于氧化产物的氧化性，有：Cl2>Br2>SO2，错误；D项，乙醇与水互溶，故不可作萃取剂，错误。
3．(2021·扬州高一检测)从海水中提取的溴约占世界溴年产量的 eq \f(1,3) ，从海水中提取溴的主要步骤可表示为( )
A．氧化→吸收→吹出 B．氧化→吹出→吸收
C．吹出→氧化→吸收 D．吹出→吸收→氧化
【解析】选B。从海水中提取溴，先用氧化剂将溴离子氧化为溴单质，再用热空气吹出后用溶有二氧化硫的溶液吸收。所以主要步骤是氧化→吹出→吸收，B项正确。
【补偿训练】
(2021·常州高一检测)工业上常用如下的方法从海水中提溴：
下列说法错误的是( )
A．步骤①的主要反应为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－
B．物质X为HBrO
C．步骤②③的目的是富集溴元素
D．步骤②利用了溴易挥发的性质
【解析】选B。A项，步骤①是利用氯气氧化海水里的Br－，发生的主要反应为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，正确；B项，SO2和Br2、水反应的化学方程式为SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，物质X为HBr，错误；C项，利用步骤②③的操作，目的是富集溴元素，正确； D项，步骤②利用了溴易挥发的性质，通过升温促进溴蒸气挥发，正确。
4．某化学研究性学习小组为了解从工业溴中提纯溴的方法，查阅了有关资料：Br2的沸点为59 ℃，微溶于水，有毒性和强腐蚀性。他们参观生产过程后，绘制了如下装置简图。
请你参与分析讨论：
(1)图中仪器B的名称：_____________________________________________。
(2)整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因为_______________________________________________。
(3)实验装置气密性良好，要达到提纯溴的目的，操作中如何控制关键条件：________________。
(4)C中液体产物的颜色为________，为除去该产物中仍残留的少量Cl2，可向其中加入NaBr溶液，充分反应后，再进行的分离操作是________________。
【解析】单质溴有强氧化性，橡胶不耐氧化。蒸馏法分离混合物利用的是混合物中不同组分沸点的差异。在蒸馏工业溴的过程中，挥发出来的Br2的沸点(59 ℃)是通过温度计b的示数显示出来的，温度计a的示数显示的是圆底烧瓶内工业溴(混合物)的温度。含Cl2的液态Br2中加入NaBr溶液，发生化学反应：Cl2＋2NaBr===Br2＋2NaCl。Br2比NaCl的沸点低，故可以用蒸馏法分离Br2和NaCl；液态溴(饱和溴水)和NaCl溶液呈分层状态，故也可以用分液法分离Br2和NaCl。
答案：(1)冷凝管
(2)溴腐蚀橡胶
(3)控制温度计b的温度，并收集59 ℃时的馏分
(4)深红棕色 分液(或蒸馏)A
化学方程式及反应现象
KBr
溶液
反应
Cl2+2KBr====2KCl+Br2
现象
①溶液由无色变成橙色
②分层，上层变浅，下层变橙红色
单质
Br2
颜色、状态
深红棕色液体
特性
容易挥发
保存
密封、水封
在不同溶剂中形成溶液的颜色
水
黄色～橙色
酒精
橙红色
四氯
化碳
橙色～橙红色