化学必修 第二册微项目 海带提碘与海水提溴——体验元素性质递变规律的实际应用学案

这是一份化学必修 第二册微项目 海带提碘与海水提溴——体验元素性质递变规律的实际应用学案，共8页。

——体验元素性质递变规律的实际应用





1．通过海带提碘活动和海水提溴工艺流程的设计，建立真实复杂系统中物质富集、分离、提取的基本思路。


2．通过海带提碘活动和海水提溴工艺流程的设计，体会元素周期律、元素周期表在分析、解决实际问题中的价值。





[必备知识]


1．Br2、I2的物理性质


2.萃取与分液


(1)萃取


①利用某种溶质在两种互不相溶的溶剂里溶解能力的不同，用一种溶剂(萃取剂)将其从原溶剂中提取出来的方法叫萃取。


②萃取后，可以用分液漏斗把互不相溶的两种液体分开，从而达到提取某物质的目的。


(2)操作步骤





(3)注意事项


①萃取剂必须具备的三个条件：


萃取剂和原溶剂互不相溶、不反应；


萃取剂和溶质互不发生反应；


溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度。


②萃取和分液的主要仪器是分液漏斗。


3．海带提碘


(1)Cl2的氧化性比I2强，Cl2＋2KI===I2＋2KCl。


(2)淀粉遇I2显蓝色，可利用该特性来检验碘是否存在。


实验室里，从海带灰中提取碘单质包括浸取、过滤、氧化、萃取四个步骤。其中将碘离子氧化为碘单质是提取的关键步骤，所选择的氧化剂的氧化性应强于碘单质，氯水、溴水均可以用作提取碘单质实验中的氧化剂。


4．海水提溴


从海水中提取溴，一般要经历浓缩、氧化和提取三个步骤。在海水提溴的化工生产中，常选用氯气作为氧化剂，反应原理为Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－。


5．分离和提纯的一般方法


(1)物理方法：过滤、蒸发结晶、蒸馏或分馏、萃取、分液、升华等。


(2)化学方法：沉淀法、洗气法、转化法等。


[项目活动1] 海带提碘


海带、紫菜等藻类植物中含丰富的碘元素。碘元素在海带中以碘化物的形式存在。


[问题探究]


1．预测海带中碘化物的水溶性。


提示：易溶于水。根据同主族元素形成的结构类似的化合物，性质类似，大多数金属氯化物易溶于水，故预测海带中碘化物易溶于水。


2．如何从干海带中获得碘化物？


提示：先将干海带放在坩埚中灼烧成灰，将海带灰用水浸泡，过滤，得含碘化物的水溶液。


3．如何将碘化物转化为单质碘？并用离子方程式表示。


提示：向含碘化物的水溶液中加入氯水或溴水或在酸性条件下加入双氧水，可实现转化。离子方程式为


Cl2＋2I－===I2＋2Cl－


Br2＋2I－===I2＋2Br－


H2O2＋2I－＋2H＋===2H2O＋I2


4．如何从含碘水溶液中获得纯净的单质碘？


提示：向含碘水溶液中加入CCl4(或苯、汽油)进行萃取、分液，得到碘的四氯化碳(或苯、汽油)溶液，再用蒸馏法可获得碘。也可用反萃取法获得碘，步骤如下：





碘与浓NaOH溶液的反应为3I2＋6NaOH===5NaI＋NaIO3＋3H2O，加H2SO4后的反应为5I－＋IO eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3))＋6H＋===3I2↓＋3H2O。


[探究总结]


1．海带提碘流程





2．物质的分离与提纯


(1)分离和提纯的原则。


①“不增”——不能引入新的杂质；


②“不减”——不能减少被提纯物质；


③“易分”——杂质或反应后的杂质易与被提纯物质分离；


④“易复原”——被提纯的物质要容易复原。


(2)注意事项。


①为除尽杂质，除杂试剂需过量。


②加入试剂的原则：后面的试剂要把前面过量的试剂除尽。


③沉淀完全的判断方法是在上层清液中(或取少量上层清液置于小试管中)滴加沉淀剂，如果不再产生沉淀，说明沉淀已经完全。


3．物质分离提纯的基本思路





[项目活动2] 海水提溴


空气吹出法是目前用于从天然海水中提取溴的最成熟的工业方法，其流程如图所示。





[问题探究]


1．为什么选晒盐后的苦卤而不是海水作为提取溴单质的原料？


提示：苦卤中Br－的浓度比海水大得多。


2．向苦卤中通入Cl2继而通入热空气可得粗溴，在此过程中体现了溴的哪些性质？


提示：(1)溴的氧化性不如氯气强，可用置换法制备溴单质；(2)溴易挥发，因此可用热空气从溶液中分离出来。


3．实验室常用MnO2＋2NaBr＋3H2SO4 eq \(=====,\s\up10(△))2NaHSO4＋MnSO4＋2H2O＋Br2↑来制备Br2。请比较实验室提取溴与工业提取溴有何异同？


提示：实验室制备溴和工业制备溴的相同点：都是Br－被氧化得Br2；不同点：工业提取溴需经过复杂的富集、分离、提纯等生产工艺流程。


4．工业上常利用电解饱和食盐水的方法提取氯气，本项目中利用氧化剂来提取碘单质和溴单质。请结合元素周期律知识解释采用不同方法提取氯、溴、碘单质的原因。


提示：根据周期表中元素性质递变规律知氯气的氧化性较强，需要氧化性更强，价格更贵的氧化剂才能制得，综合考虑获取多种物质，降低生产成本等因素，采用电解的方法制备氯气更合适。而溴、碘单质的氧化性较弱，容易被廉价的氧化剂——氯气氧化置换制得。





1．欲将固体碘与食盐的混合物分离开，最好的方法是( )


A．溶解、过滤 B．溶解、结晶


C．溶解、加AgNO3，过滤D．加热升华


D [固体碘加热可以升华，遇冷结晶。]


2．选择萃取剂将碘水中的碘萃取出来，这种萃取剂应具备的性质是( )


A．不溶于水，且必须易与碘发生化学反应


B．不溶于水，且比水更容易使碘溶解


C．不溶于水，且必须比水密度大


D．不溶于水，且必须比水密度小


[答案] B


3．下列说法不正确的是( )





A．图Ⅰ振荡后静置，上层溶液颜色变浅或消失


B．图Ⅱ所示装置用酒精提取溴水中的溴


C．用CCl4提取溴水中的Br2


D．在溶液中先加入氯水再加入CCl4，振荡、静置、观察下层溶液显橙色，检验Br－的存在


B [A正确，Br2＋2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O，上层溶液颜色变浅或消失；B不正确，酒精易溶于水，不能用酒精萃取溴水中的溴；C正确，可以用CCl4萃取溴水中的溴；D正确，2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－，CCl4比水密度大，Br2溶于CCl4，所以下层显橙色。]


4．向NaI和NaBr的混合溶液中通入足量的Cl2，充分反应后将溶液蒸干，灼烧残余物，最后剩下的物质是( )


A．NaCl、I2、Cl2 B．NaCl、I2


C．NaCl、NaBr D．NaCl


D [通入足量的Cl2，溶液中的NaI、NaBr均完全反应，2NaI＋Cl2===2NaCl＋I2，2NaBr＋Cl2===2NaCl＋Br2，因为Br2易挥发，I2易升华，因此将溶液蒸干、灼烧后只剩下NaCl。]


5．下列叙述不正确的是 ( )


A．仅用试管、胶头滴管、溴水、KI淀粉溶液比较Br2与I2的氧化性的强弱


B．利用烧杯、玻璃棒、胶头滴管、分液漏斗及溴水和CCl4能除去NaBr溶液中的少量NaI(忽略夹持装置)


C．在KI淀粉溶液中通入氯气，溶液变蓝，说明氯气能与淀粉发生显色反应


D．向FeI2溶液中通入少量Cl2，再滴加少量CCl4，振荡、静置，下层液体为紫色


C [KI淀粉溶液中通入Cl2，溶液变蓝，说明Cl2氧化了I－，生成I2。]


6．海带中含有丰富的碘。为了从海带中提取碘，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、泥三角外，还需要用到的实验仪器是________(从下列仪器中选出所需的仪器，将标号字母填写在空白处)。


A．烧杯 B．表面皿 C．坩埚 D．酒精灯 E．干燥器


(2)步骤④一定发生的化学反应类型是________。


A．化合反应 B．分解反应 C．氧化还原反应


(3)步骤⑤所用的主要仪器是________。步骤③的实验操作名称是________。


(4)①～⑥操作中，使用玻璃棒的是________(填序号)。


(5)请设计简单实验，验证⑤提取碘后的水溶液中是否含有碘单质。


_____________________________________________________________


___________________________________________________________。


[解析] (1)灼烧固体时还用到坩埚和酒精灯。


(2)经步骤④使碘离子变为碘单质，发生氧化还原反应。


(3)分液的主要仪器是分液漏斗。分离固体和溶液用过滤的方法。


(4)能使用玻璃棒的是①灼烧、②浸泡(溶解)和③过滤。


(5)利用淀粉遇I2变蓝检验。


[答案] (1)CD (2)C (3)分液漏斗 过滤


(4)①②③


(5)取少量提取碘后的水溶液于试管中，加入几滴淀粉试液，观察是否出现蓝色(如果变蓝，说明有单质碘)


7．海水中溴元素以Br－形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如图：





(1)步骤①反应的离子方程式是___________________________，


步骤③反应的化学方程式是______________________________。


(2)从理论上考虑，下列物质也能吸收Br2的是________(填序号)。


A．NaOH B．FeCl2


C．Na2SO3 D．H2O


(3)步骤③中氧化剂是________，若反应中生成2 ml HBr，则消耗________ml SO2。


(4)根据上述反应判断SO2、Cl2、Br2三种物质氧化性由强到弱的顺序是________________。


[解析] (1)读懂流程图，可以写出2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－，SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。(2)只从理论上考虑，NaOH具有强碱性，能吸收Br2，Fe2＋、SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3))具有还原性也能吸收Br2，但Br2在水中的溶解度较小，不能充分吸收。(3)Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，该反应中氧化剂为Br2，还原剂为SO2，反应中每生成2 ml HBr，则消耗1 ml SO2。(4)最后再向含HBr的溶液中通入适量Cl2，蒸馏得到Br2。经过上述反应过程知氧化性由强到弱的顺序为Cl2>Br2>SO2。


[答案] (1)2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－ SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr


(2)ABC (3)Br2 1


(4)Cl2>Br2>SO2


8．通过海水晾晒可得粗盐，粗盐中除含有NaCl外，还含有MgCl2、CaCl2、Na2SO4以及泥沙等杂质。制备精盐的各步操作流程如下：





(1)在第⑦步蒸发过程中要用玻璃棒搅拌，目的是___________________。


(2)第②、④步操作的目的分别是除去粗盐中的Na2SO4和CaCl2，需要加入的试剂依次是________(填化学式)。


(3)第⑥步操作中发生反应的化学方程式为______________________。


(4)在第③步操作中，选择的除杂试剂不能是KOH溶液，理由是___________________________。


(5)第⑤步操作中，需要的仪器有_________、_________、_________、_________。


[解析] (1)在第⑦步蒸发过程中要用玻璃棒搅拌，目的是防止液体局部受热温度过高，造成液滴飞溅。(2)第②步操作的目的是除去粗盐中的硫酸钠，则需要加入过量BaCl2溶液，第④步操作是为了除去CaCl2及过量的BaCl2，则需要加入过量Na2CO3溶液。(3)第⑥步操作的目的是除去滤液中过量的氢氧化钠和碳酸钠，所以发生反应的化学方程式为NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑。(4)不能用KOH溶液、会引入新杂质K＋。


[答案] (1)防止液体局部受热温度过高，造成液滴飞溅


(2)BaCl2、Na2CO3


(3)NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑


(4)会引入新杂质K＋ (5)漏斗 烧杯 玻璃棒 铁架台(带铁圈)


色、态
密度
溶解性
特性
CCl4溶液
溴
深红棕色液体
均比水的大
水中：微溶；有机溶液中：易溶
易挥发
橙红或红棕色
碘
紫黑色固体
易升华
紫红色