高中化学鲁科版 (2019)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及答案

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

自主学习

1．同周期同主族元素性质的递变规律。

(1)同周期元素从左到右，金属性逐渐减弱，非金属性逐渐增强。

(2)同主族元素从上到下，金属性逐渐增强，非金属性逐渐减弱。

2．Br2、I2的性质。

(1)Br2、I2的物理性质

(2)溴、碘及其化合物的性质

①溴单质具有氧化性，能将碘化钾溶液中的碘置换出来，反应的化学方程式为Br2＋2KI===2KBr＋I2。

②在水溶液中，溴离子能与银离子反应，生成难溶于水和稀硝酸的浅黄色溴化银沉淀。反应的离子方程式为Br－＋Ag＋===AgBr↓，实验室常用硝酸银溶液和稀硝酸来检验Br－。

③在水溶液中，碘离子能与银离子反应，生成难溶于水和稀硝酸的黄色碘化银沉淀。反应的离子方程式为I－＋AgNO3===AgI↓＋，实验室常用硝酸银溶液和稀硝酸来检验I－。

④淀粉遇I2变蓝色，该性质可用于检验I2。

3．物质分离的一种方法：萃取和分液。

(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，从而达到分离的目的。

(2)操作步骤

1．判断下列说法是否正确：

(1)实验室保存液溴时要加少量水进行水封，不用橡胶塞。(　√　)

(2)向无色溶液中滴加氯水和CCl4，振荡，静置，下层溶液显紫色说明原溶液中有I－。(　√　)

(3)卤素单质X2与水反应都生成HX和HXO。(　×　)

提示：氟气和水反应生成HF和O2。

(4)加碘盐能使淀粉变蓝。(　×　)

提示：淀粉遇到碘单质变蓝，而加碘食盐中的碘并不是单质形态。

2.氰[(CN)2]的化学性质与卤素(X2)很相似，化学上称之为拟卤素，其氧化性介于Br2和I2之间。

①写出(CN)2在常温下与烧碱溶液反应的化学方程式：_________________。

②在KBr、KI、KCN的混合溶液中通入少量氯气，其离子方程式为_________

_________________________________________________。

答案：①(CN)2＋2NaOH===NaCN＋NaCNO＋H2O　②2I－＋Cl2===I2＋2Cl－

3．很多家庭都有如图这样的瓶子，这是把人参、枸杞、灵芝、鹿茸等中药材放在酒中进行泡制，一段时间以后倒出饮用，有舒筋活血之功效，你知道药材放在酒中泡制的原理吗？

提示：泡制药酒从化学上解释实际上属于固液萃取，中药材中的有效成分在泡制过程中转移到酒精中，通过饮用药酒达到一定药效。

合作探究

从海带中提取碘

碘是人和动物生命的必需微量元素，有“智力元素”之称。碘进入人体后，主要被甲状腺摄取参与甲状腺激素的形成。甲状腺激素调节机体的代谢水平，影响机体热能的产生、血糖与酮体水平以及智力与性功能，一旦缺乏就会造成危害，如引起地方性甲状腺肿、地方性克汀病等。那么，大量的碘是从哪里来的呢？工业上如何提取碘呢？

海带提碘

如图为海带提碘的整个过程

(1)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I－氧化为I2是提取的关键步骤。由元素周期表中元素性质的递变规律可知，为了将I－氧化成I2，可以加入氯水、溴水等氧化剂。

(2)上述流程③中，在过滤后的滤液中滴加稀硫酸和双氧水后，发生反应的离子方程式是什么？可以发现溶液颜色有什么变化？

提示：反应的离子方程式是2H＋＋2I－＋H2O2===I2＋2H2O。碘的水溶液往往呈现棕黄色。

(3)如果向流程③反应后的溶液中滴加淀粉，会有什么现象？

提示：如果向反应后的溶液中滴加淀粉，溶液变为蓝色。

萃取和分液

(1)萃取：利用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)把溶质从原溶剂里提取出来的方法。

(2)分液：萃取后，将两种液体用分液漏斗分开，从而达到提取物质的目的。

(3)分液操作注意的问题：①分液漏斗使用前要检验是否漏水；②下层液体要从下口放出，上层液体要从上口倒出。

1．海带提碘的工艺流程

2．海带提碘的基本实验操作：

思考讨论:

(1)萃取是一种什么样的实验操作？选用萃取剂需遵循哪些原则？

提示：萃取是利用溶质在互不相溶的溶剂中的溶解度不同，用一种溶剂把溶质从它与另一种溶剂所组成的溶液中提取出来的实验方法。

萃取剂须具备的条件：①溶质在萃取剂中的溶解度比在原溶剂中的大；②萃取剂与原溶剂互不相溶、不反应；③萃取剂不与被提取的溶质发生反应。

(2)萃取需要的主要仪器有哪些？萃取操作有哪些细节要求？

提示：萃取分液所用的主要仪器是分液漏斗，同时还需要夹持固定仪器铁架台和铁圈，最后接收分液液体时还需要烧杯。

萃取操作要求是：①萃取过程中需要充分振荡；②当两种液体交界液面降至旋塞位置时，适时关闭分液漏斗的活塞。尤其注意的是萃取后的溶液在分液时，下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出，不允许颠倒出口顺序。

【典例】海洋植物如海带、海藻中含有丰富的碘元素。碘元素以碘离子的形式存在。实验室从海藻中提取碘的流程如下：

(1)指出从海藻中提取I2的实验操作名称：①__________，③__________；写出②的离子方程式：______________________________________。

(2)提取碘的过程中，可供选择的有机溶剂是__________。

A．酒精　　    B．四氯化碳

C．醋酸       D．甘油

(3)为使海藻中I－转化为碘的有机溶液，实验室里有坩埚、烧杯、玻璃棒、集气瓶、酒精灯、导管、圆底烧瓶、石棉网以及必要的夹持仪器，还缺少的仪器是__________。

解析:(1)为了从悬浊液中分离出I－，应采用过滤的方法；从I2的水溶液中把它提取出来，应采用萃取的方法。

(2)酒精、醋酸、甘油都是易溶于水的物质，所以不能用于萃取碘。

(3)萃取分液所缺少的仪器是分液漏斗，过滤所缺少的仪器是普通漏斗。

答案：(1)过滤　萃取　2I－＋Cl2===I2＋2Cl－

(2)B　(3)分液漏斗、普通漏斗

(1)最后一步，溶解在苯或四氯化碳中的碘如何进行分离提纯呢？(关键能力——探究与创新)

提示：蒸馏。

(2)蒸馏适合分离什么样的混合物？(关键能力——理解与辨析)

提示：蒸馏是分离或提纯沸点不同的液体混合物的实验方法，可以除去易挥发、难挥发或不挥发的杂质。

(3)蒸馏操作过程中需要注意的细节有哪些？(关键能力——分析与推测)

提示：在蒸馏实验的装置中烧瓶内液体的体积，不少于容积1/3，不大于容积2/3为宜。烧瓶中还要加入几粒沸石(或碎瓷片)，以防液体暴沸。烧瓶的外壁要擦干，烧瓶下面要垫上石棉网，以免烧瓶受热后炸裂。要将温度计的水银球置于蒸馏烧瓶支管的出口处，测量将要逸出的气体的温度。冷凝管内的冷却水要从下口进、上口出，提高冷却的效果。在整套装置组装完毕之后，还要检查其气密性，只有气密性良好才能使用。

1．(2021·南京高一检测)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

解析:选B。萃取剂与原溶剂不互溶，且更易溶解溶质。

2．(2021·邢台高一检测)海水中的碘富集在海带中，我国海带产量居世界第一，除供食用外，大量用于制碘。提取碘的途径如图所示：

下列有关叙述正确的是(　　)

A．碘元素在海水中也有游离态

B．在提取的过程中用的氧化剂可以是H2O2

C．操作A是结晶或重结晶

D．B是提纯操作，常用蒸馏或分馏

解析:选B。碘元素在海水中只有化合态，没有游离态，A错误；双氧水是绿色氧化剂，可以将碘离子氧化为碘单质，在提取的过程中用的氧化剂可以是H2O2，B正确；操作A是萃取，操作B是分液，然后才是利用蒸馏等操作来得到碘单质，C、D错误。

【拔高题组】

1．(2021·安徽高一检测)海带中含碘元素，从海带中提取碘有如下步骤：①加入足量双氧水(含稀硫酸)；②将海带焙烧成灰后加水搅拌；③加CCl4振荡；④用分液漏斗分液；⑤过滤。合理的操作顺序是(　　)

A．①②③④⑤　　　  B．①③⑤②④

C．②⑤①③④       D．②①③⑤④

解析:选C。海带中提取碘：先将海带焙烧成灰，向海带灰中加水搅拌，再过滤，向滤液中加入足量氧化剂(如H2O2等)，然后加入CCl4振荡，最后用分液漏斗分液。即合理的操作顺序为②⑤①③④。

2．(2021·惠州高一检测)为了从海带浸取液中提取碘，某同学设计了如下实验方案：

下列说法正确的是(　　)

A．①中反应的离子方程式：2I－＋H2O2===I2＋2OH－

B．②中分液时含I2的CCl4溶液从分液漏斗上口倒出

C．③操作使用的是反萃取法，得到的上层溶液中含有I－和IO

D．操作Z的名称是加热

解析:选C。A项中加入稀硫酸，环境为酸性，不能生成OH－，故A错误；四氯化碳的密度比水大，②中分液时含I2的CCl4溶液从分液漏斗下口放出，故B错误；I2和浓NaOH溶液反应生成NaI和NaIO3，NaI和NaIO3的水溶液的密度比四氯化碳小，③操作是反萃取法，得到的上层溶液中含有I－和IO，故C正确；从含I2的悬浊液中得到I2固体，应该采用过滤的方法，故D错误。Ｋ

海带含有丰富的碘。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，除需要三脚架外，还需要用到的仪器有哪些？

(2)过程中步骤③和步骤⑥的操作名称是什么？

(3)请书写步骤④反应的离子方程式。

(4)步骤⑤中，某学生选择用苯来提取碘的理由是什么？

(5)请设计一种检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘的简单方法。

解析:(1)灼烧海带需要的仪器还有泥三角和酒精灯。(2)步骤③是由海带灰的悬浊液得到碘离子的溶液，为过滤操作，步骤⑥是分离碘和回收苯，为蒸馏操作。(3)步骤④是酸性条件下，MnO2氧化I－的反应，离子方程式为2I－＋MnO2＋4H＋===Mn2＋＋I2＋2H2O。(4)将碘水中的碘萃取出来，萃取剂应具备的性质是不溶于水，且比水更容易使碘溶解。(5)检验是否还有单质碘，可以通过加入淀粉，观察溶液是否变蓝。

答案：(1)坩埚　泥三角　酒精灯　(2)过滤，蒸馏

(3)2I－＋MnO2＋4H＋===Mn2＋＋I2＋2H2O

(4)苯与水互不相溶；碘在苯中的溶解度比在水中大

(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，说明还有单质碘)

海水提溴

浩瀚的海洋里蕴藏着丰富的化学资源，海洋中含有元素约为 80多种，其中溴被人们称为“海洋元素”，因为地球上99%以上的溴都蕴藏在大海中，从海水中提取的溴占世界溴年产量的左右。工业上，溴大量用于制造燃料的抗爆剂，见光容易分解的溴化银用作感光材料；农业上，制含溴的杀虫剂；医药上NaBr、KBr常被用作镇静剂；红药水的成分是含溴和汞的有机化合物。那么海水中的溴如何提取呢？

溴的性质

(1)常温常压下，溴是有挥发性的深红棕色液体，有刺激性气味；可溶于水，易溶于乙醇、四氯化碳等有机溶剂。

(2)已知Br2能与NaOH反应，写出该反应的化学反应方程式。

提示：Br2＋2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O。

从海水中提取溴

(1)步骤：浓缩、氧化和提取。

(2)反应原理：离子方程式为Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2。

(3)空气吹出法：利用Br2的挥发性，通入空气和水蒸气，就可将Br2吹出。

1．从海水中提取溴

(1)步骤：浓缩、氧化、富集、提取。

(2)反应原理：离子方程式为Cl2＋2Br－===2Cl－＋Br2。

(3)提取方法：利用Br2的挥发性，鼓入热空气或水蒸气，就可将Br2分离出来。

2．提取流程

【典例】海水中溴含量约为65 mg·L－1，从海水中提取溴的工艺流程如图：

(1)以上步骤Ⅰ中已获得游离态的溴，步骤Ⅱ又将之转变成化合态的溴，其目的是__________________________________________________。

(2)步骤Ⅱ通入热空气吹出Br2，利用了溴的__________(填字母)。

A．氧化性　　  B．还原性

C．挥发性      D．腐蚀性

(3)步骤Ⅱ中涉及的离子反应如下，请在下面方框内填入适当的化学计量数：

(4)上述流程中吹出的溴蒸气，也可先用二氧化硫水溶液吸收，再用氯气氧化后蒸馏。写出溴与二氧化硫水溶液反应的化学方程式：_________________。

(5)实验室分离溴还可以用溶剂萃取法，下列可以用作溴的萃取剂的是__________(填字母)。

A．乙醇        B．四氯化碳

C．烧碱溶液      D．苯

解析:(1)步骤Ⅰ中获得游离态的溴的含量较低，步骤Ⅱ又将之转化为化合态的溴，其目的是富集溴。(2)溴易挥发，步骤Ⅱ通入热空气吹出Br2，就是利用了溴的挥发性，故选C。(3)步骤Ⅱ中根据元素守恒知，生成物还有CO2，该反应中Br元素化合价由0价变为－1价、＋5价，其最小公倍数是5，再结合原子守恒或电荷守恒得方程式为3Br2＋3CO===BrO＋5Br－＋3CO2↑。(4)溴具有强氧化性、二氧化硫具有还原性，二者在水溶液中混合易发生氧化还原生成氢溴酸和硫酸，反应方程式为SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。(5)萃取剂的选取标准：萃取剂和溶质不反应、溶质在萃取剂中的溶解度大于在原溶剂中的溶解度、萃取剂和原溶剂不互溶。乙醇易溶于水，所以不能作萃取剂，故A错误；四氯化碳符合萃取剂选取标准，所以能作萃取剂，故B正确；烧碱溶液和溴能发生反应，所以不能作萃取剂，故C错误；苯符合萃取剂选取标准，所以能作萃取剂，故D正确。

答案：(1) 富集(或浓缩)溴元素　(2) C　(3) 3　3　1　5　3

(4)SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4　(5)BD

(1)上述流程Ⅱ中向混合液中吹入热空气，将生成的溴吹出用纯碱溶液吸收，写出该过程的化学反应方程式。(关键能力——理解与辨析)

提示：3Br2＋3Na2CO3===5NaBr＋NaBrO3＋3CO2↑

(2)上述流程Ⅲ中用H2SO4酸化，使NaBr、NaBrO3中的溴转化为单质溴，再用什么试剂提取溴？选择该种试剂的理由是什么？该过程是否产生副产物？你能写出这一过程的化学方程式吗？(关键能力——分析与推测)

提示：有机溶剂；根据溴易溶于有机溶剂；副产物为Na2SO4；5NaBr＋NaBrO3＋3H2SO4===3Na2SO4＋3Br2＋3H2O

从海水中提取的溴约占世界溴年产量的，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，再用空气和水蒸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。

【拔高题组】

1．工业海水提溴时，下列操作步骤与目的均正确的是(　　)

解析:选C。浓缩海水提高c(Br－)，n(Br－)不变，故A错误；通入氯气发生Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－，氧化溴离子，故B错误；溴易挥发，热空气可吹出溴，故C正确；CCl4萃取可分离溴与水溶液，故D错误。

2．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所示装置为用酒精提取溴水中的溴

C．可用CCl4提取溴水中的Br2

D．检验Br－的存在时，在溶液中先加入氯水再加入CCl4，振荡、静置，观察下层溶液是否显橙红色

解析:选B。A正确，Br2能与NaOH反应：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密度比水大，Br2溶于CCl4，所以下层显橙红色。

从海水中提取溴常用吹出法，即用氯气(Cl2)将海水里溴化钠(NaBr)中的溴置换出来，再用空气或水蒸气吹出溴(Br2)。流程示意图如下：

(1)写出氯气置换出溴单质的化学方程式：___________________________；

该反应在pH＝3的酸性条件下进行，可用________测定反应液的酸碱度。

(2)吹出的溴和大量空气混合在一起进入吸收塔(吸收塔中发生的反应：Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr)。根据流程图分析，通入SO2的目的是______________

_______________________________________。

解析:依据题干叙述可知氯气可以置换出溴化钠中的溴，其化学方程式为Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2，常见的测定溶液酸碱度的方法是使用pH试纸测定，由于吸收塔中发生的反应是Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，所以加入二氧化硫的目的是使溴与空气相互分离。

答案：(1)Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2　pH试纸

(2)分离溴与空气

课堂测评

1．(水平1)从海藻灰中提取碘的方法是往海藻灰浸取液中通入氯气后，用升华方法将置换出来的碘提纯。但向浸取液中通入氯气时会生成少量性质类似于Cl2的ICl和IBr。为了消除这两种杂质，使其中的碘完全游离出来，需要加入适量的(　　)

A．CaO　　　B．KI　　　C．H2O　　　D．酒精

解析:选B。为使少量的ICl、IBr中的碘全部游离出来，因ICl、IBr中的碘元素都是＋1价，应加入还原剂，故只有B项符合，发生的化学反应为ICl＋KI===I2＋KCl和IBr＋KI===I2＋KBr。

2．(水平1)从海水中可以提取溴，但得到的液溴中常常溶有少量氯气，除去氯气应该采用的方法是(　　)

A．加适量的KI溶液

B．通入溴蒸气

C．加入适量的NaOH溶液

D．加入适量的NaBr溶液

解析:选D。A项，Cl2和Br2均能与KI反应生成I2，B项，Cl2与Br2不发生反应；C项，Cl2和Br2均与NaOH发生反应；D项，Cl2与NaBr发生反应：Cl2＋2NaBr===2NaCl＋Br2。

3．(水平1)从海带中提取碘的实验过程中涉及下列操作，其中正确的是(　　)

解析:选D。灼烧海带应用坩埚，A项错误；过滤时应用玻璃棒引流，B项错误；苯的密度比水的小，萃取后的混合溶液中苯在上层，应从分液漏斗上口倒出，C项错误。

补偿训练:

(水平2)海水开发利用的部分过程如图所示。下列说法错误的是(　　)

A．向苦卤中通入Cl2是为了提取溴

B．粗盐可采用除杂和重结晶等过程提纯

C．工业生产中常选用NaOH作为沉淀剂

D．富集溴一般先用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收

解析:选C。苦卤中含有Br－，通入Cl2可将Br－氧化生成Br2，A正确；粗盐中含有Ca2＋、SO等杂质离子，故先除杂得NaCl和KCl的混合溶液，而NaCl的溶解度随温度变化不大，故采用重结晶可以得到纯净的NaCl，B正确；工业上沉淀海水中的Mg2＋，采用Ca(OH)2，不用NaOH，因为NaOH的价格较贵，C错误；Br2易挥发，用热空气和水蒸气吹出后，用SO2吸收，生成H2SO4和HBr，富集后再用Cl2处理HBr生成Br2，D正确。

4．(水平2)海带是海洋中的一种褐藻，海带中含有丰富的碘，是人类经常食用的一种补碘食物。某资料中有“海带中碘的检验”的选做实验，操作步骤如下：

①取3 g左右干海带，除去表面杂质，剪碎，用酒精润湿，放在坩埚中灼烧成灰，冷却；

②将海带灰转移到小烧杯中加蒸馏水，搅拌，煮沸2～3 min，使可溶物质溶解，过滤；

③向滤液中滴入几滴硫酸，再加入约1 mL H2O2溶液，观察现象；

④取少量上述所得溶液，滴加几滴淀粉溶液，观察现象；

⑤向③剩余的滤液中加入1 mL CCl4，振荡静置，观察现象；

⑥向加有CCl4的溶液中加入NaOH溶液，充分振荡后，将混合液的下层液体放入指定的容器中。

请回答下列问题：

(1)海带中碘元素是__________(填“碘离子”“碘单质”或“碘酸盐”)，步骤①中除去海带表面的杂质一般用刷子刷净，不用水清洗，原因是________________。

(2)可说明海带中含有碘的现象为__________。

(3)操作⑤叫做__________。操作⑥的目的是________________________。

解析:海带中碘元素主要以碘离子形式存在；除去海带表面的杂质一般用刷子刷净，不用水清洗，原因是防止碘元素的损失。可以利用淀粉遇碘变蓝这一特征现象来鉴别海带中含有碘。向③剩余的滤液中加入1 mL CCl4，振荡静置，可以出现分层现象，因为碘易溶于CCl4，这种操作叫做萃取。

答案：(1)碘离子　防止碘元素的损失　(2)④步中加入淀粉溶液后变蓝；⑤步中下层液体呈紫红色　(3)萃取　回收CCl4