【同步讲义】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（讲）

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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。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。
浩瀚的海洋里蕴藏着丰富的化学资源。我国大陆海岸线长达18000km，海岛海岸线长达14000km，这为我国开发利用海洋化学资源提供了良好的自然条件。目前，我国利用海洋资源获取钾、镁、澳、氯、碘等元素已形成规模。
在前面学习的有关元素及其化合物性质的基础上，结合元素周期律、元素周期表的相关知识，尝试从海带中提取碘单质，并设计从海水中提取溴单质的工艺流程。
项目活动1. 海带提碘
海带、紫菜等藻类植物中含有丰富的碘元素。其中，海带产量高、价格低，常用作提取碘单质的原料。碘元素在海带中以碘化物的形式存在。灼烧干海带可以分解除去其中的有机化合物。灼烧后得到的海带灰中，除了存在可溶性碘化物外，还存在多种可溶性无机盐。请以海带灰为原料，提取碘单质。
1．为了将I-转化为I2，可以选用哪些化学试剂?选择的依据是什么?如何检验碘单质的存在?
思路: I－转化为I2，化合价升高做还原剂，应该加入氧化剂，比如：次氯酸、氯气（水）、氧气、臭氧、双氧水、三氯化铁、高锰酸钾（H＋）、浓硫酸等，注意降低成本和选择绿色氧化剂。可以通过碘遇淀粉变蓝的特点检验碘单质的存在。
2．请设计实验方案，并运用流程图表示从海带灰中提取碘单质得到含碘单质的溶液的实验流程。
答案：1.实验与步骤
（1）称取3g干海带，用刷子把干海带表面的附着物刷净（不要用水洗）。将海带剪碎，酒精润湿（便于灼烧）后，放在坩埚中。
（2）用酒精灯灼烧盛有海带的坩埚，至海带完成成灰，停止加热，冷却。
（3）将海带灰转移到小烧杯中，再向烧杯中加入10ml蒸馏水，搅拌，煮沸2min－3min，使可溶物溶解，过滤。
（4）向滤液中滴入几滴硫酸，再加入约1ml H2O2溶液。观察现象。
（5）取少量上述滤液，滴加几滴淀粉溶液。观察现象。
2.流程图
3.问题与讨论
如果用其他氧化剂（如浓硫酸，氯水，溴水等），要做后处理，如溶液的酸碱度即pH的调节，中和酸性到基本中性。当选用浓硫酸氧化I-离子时，先取浸出碘的少量滤液放入试管中，加入浓硫酸，再加入淀粉溶液，如观察到变蓝，可以判断碘离子氧化为碘。
4. 拓展实验
从紫菜中提取碘，方法同海带制碘的实验操作。因此可以在实验中指定一些实验组做该实验。
【知识归纳】萃取与分液
1．萃取和分液的原理
(1)萃取：利用某种溶质在互不相溶的两种溶剂里溶解度的不同，用一种溶剂（萃取剂）将其从原溶剂里提取出来的方法。
(2)分液：利用分液漏斗将萃取后两种互不相溶的液体分开的操作。
2．操作(萃取碘水中的碘)

图1 图2 图3 图4
(1)加萃取剂(如图1)
方法：用量筒量取10 mL碘的饱和水溶液，倒入分液漏斗中，然后注入4 mL CCl4，盖好玻璃塞。
现象：液体分层，有色层在下层。
(2)振荡萃取(如图2)
方法：用右手压住分液漏斗口部，左手握住活塞，把分液漏斗倒转过来振荡，使两种液体充分混合。
(3)静置分层(如图3)
方法：将分液漏斗放在铁架台上静置。
现象：液体分层，上层：水层，无色；下层：碘的CCl4层，紫色。
(4)分液(如图4)
方法：待液体分层后，将分液漏斗颈上的玻璃塞打开(或使塞上的凹槽或小孔对准漏斗上的小孔)，再将分液漏斗下面的活塞拧开，使下层液体沿烧杯壁流下；上层液体从分液漏斗上口倒出。
思考：(1)从碘水中提取I2，能否用酒精代替CCl4？为什么？
提示：碘在酒精中的溶解度大于在水中的溶解度，但是萃取碘不可使用酒精，因为酒精和水可任意混溶，达不到萃取的目的。
(2)漏斗中有四氯化碳和水两层无色液体，请设计简单实验证明哪层液体是水层？
提示：取少许上层液体，注入盛水的试管中，振荡，若不分层说明上层为水层。
实现物质分离的基本思路：
【拓展探究】从碘的四氯化碳溶液中提取碘
(1)碘单质与浓氢氧化钠反应的离子方程式为
3I2+6OH—===5I—+IO3+3H2O。
(2)反萃取法：将富集在有机溶剂中的单质利用化学方法重新富集在水中的方法。
【名师提醒】
1.萃取的三个“三”
2.萃取、分液的操作注意事项
【注意】①萃取实验中，要使碘尽可能全部地转移到CCl4中，应加入适量的萃取剂，同时采取多次萃取的方法。②要将萃取后碘的CCl4溶液分离，可以采取减压蒸馏的方法，将CCl4萃取剂分离出去。
【跟踪练习】1. 选择萃取剂将碘水中的碘萃取出来，其中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
【解析】选用的萃取剂的原则：①和原溶液中的溶剂互不相溶；②对溶质的溶解度要远大于原溶剂，与密度大小没有关系。
2．将碘水中的碘萃取出来的实验中，下列说法错误的是
A．分液漏斗使用前要检验它是否漏水
B．萃取剂要求不溶于水，且比水更容易使碘溶解
C．注入碘水和萃取剂，倒转分液漏斗反复用力震荡后立即分液
D．分液时，打开旋塞，使下层液体从下口流出，上层液体从上口倒出
【答案】C
【解析】A．为防止漏液，使用前要检查分液漏斗是否漏液，故A正确；B．碘在CCl4中的溶解度比在水中的溶解度大，可用四氯化碳萃取，故B正确；C．震荡后需静置分层后分液，故C错误；D．下层液体下口流出，上层液体从上口倒出，以免污染液体，故D正确。
3．在下列实验操作中错误的是（ ）
A．分液时，分液漏斗中下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出
B．加热试管内物质时，试管底部与酒精灯灯芯接触
C．过滤时，玻璃棒在引流过程中应放在三层滤纸处
D．称量时，称量物放在称量纸上，置于托盘天平左盘，砝码直接放在托盘天平右盘
【答案】B
【解析】A.分液时，防止液体出现杂质，分液漏斗中下层液体从下口放出，上层液体从上口倒出，A正确；B. 加热试管内物质时，试管底部与酒精灯外焰接触，B错误；C.过滤时，玻璃棒在引流过程中应放在三层滤纸处，在一层滤纸处，造成滤液中含有固体颗粒，C正确；D.称量时，称量物放在称量纸上，置于托盘天平左盘，砝码直接放在托盘天平右盘。
4.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
【解析】萃取剂与原溶剂不互溶,且更易溶解溶质。
5.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、观察下层溶液显橙红色,检验Br-的存在
【答案】B
【解析】Br2+2NaOHNaBr+NaBrO+H2O,上层溶液颜色变浅或消失，A正确；酒精易溶于水,不能用酒精萃取溴水中的溴，B不正确；可以用CCl4萃取溴水中的溴，C正确；2Br-+Cl2Br2+2Cl-，CCl4比水密度大，Br2溶于CCl4，所以下层显橙红色，D正确。
6. 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-
D.操作Z的名称是加热
【答案】C
【解析】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;碘化钠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-,故C正确;从含有碘的悬浊液中得到碘,应该采用过滤的方法,故D错误。
【模型认知——物质分离提纯思维模板】
(1)固体与固体混合物：若杂质易分解、易升华，可用加热法；若一种易溶，另一种难溶，可用溶解过滤法；若两者都易溶，可以利用溶解度不同，用结晶法。
(2)液体与液体混合物：若沸点相差较大，用蒸(分)馏法；若互不相溶，用分液法；若在不同溶剂中的溶解度相差很大，用萃取分液法。
(3)气体与气体混合物：若杂质气体易与某种溶液反应，一般用洗气法。
项目活动2. 海水提溴
溴是海水中重要的非全属元素。地球上99%的溴元素以Br-的形式存在于海水中，所以人们也把溴称为“海洋元素”。目前，从海水中提取的溴占世界溴年产量的1/3左右。苦卤(海水晤盐后得到的母液)是海水制盐业的副产物，其中含有高浓度的K＋、Mg2＋、Br－和SO42－等，是从海水中提取溴的主要原料。
【从苦卤中提取溴单质的实验方案】
1．空气吹出法是日前用于从大然海水中提取溴的最成熟的工业方法。将海水酸化后，用氯气将Br－氧化为溴单质；继而通入空气和水蒸气，将溴单质吹入吸收塔中，使溴蒸气与吸收剂SO2和水发生反应，将溴蒸气转化成氢溴酸；最后用氯气将其氧化得到溴单质。请比较你设计的提取溴单质的实验方案与利用空气吹出法提取溴单质方法的异同。
2．工业上常利用电解饱和食盐水的方法制取氯气，本项目利用氧化剂来制取碘单质和溴单质。请利用元素周期律的知识解释采用不同方法制取氯、溴、碘单质的原因。
从海水中提取溴，一般要经历浓缩、氧化、提取三个步骤。海水中Br－的含量一般为0.067g·L-1；而苦卤中Br－的含量要大得多，因而苦卤常作为提取溴单质的原料。溴单质的氧化性介于氯气和碘单质的氧化性之间。因此，在海水提溴的化工生产中，常选氯气作为氧化剂。向苦卤中通入氧气，可将Br－化为溴单质。
海洋是一个巨大的化学资源宝库，但由于开发技术比较复杂、生产成木较高，很多元素难以直接提取。不过，科学家在这个领域的探索从未停止过。今后，人类对海洋资源的开发利用将继续遵循综合开发的原则，保护海洋生态环境，降低生产成本，提高经济效益。
【实验用品】溴化钠溶液、氯水、四氯化碳
【实验步骤】(1)在一支试管中加入2～3 mL NaBr溶液,滴加少量新制氯水。
现象及结论:溶液由无色变成橙色。反应的化学方程式为Cl2+2NaBr AUTOTEXT == \* MERGEFORMAT 2NaCl+Br2。
(2)向上述试管中再滴加少量CCl4,振荡,静置。
现象及结论:液体分成两层,上层为无色溶液,下层为橙红色液体。
(3)海水中提取溴的原理分析。
根据以上实验和同主族元素性质递变可知,由于氯气的氧化性强于溴单质的氧化性,所以可以用氯气氧化溴单质然后再用有机溶剂萃取的方式从海水中提取溴单质。
【思考讨论】
(1)从海水中提取溴、碘和海水中提取食盐的原理相同吗?为什么?
提示:不同。海水提取食盐为物理变化,而溴、碘的提取为化学变化。
(2)从海水中提取溴的过程中,为什么往溴水中鼓入热空气或水蒸气可获得粗溴?在实验室中怎样从溴水中提取溴?
提示:溴具有很强的挥发性,往溴水中鼓入热空气或水蒸气,溴即可挥发出来。在实验室中可以采用萃取的方法提取溴。
(3)写出海水中的Br－和海植物中I－提取的化学方程式。
提示:2NaBr+Cl2 AUTOTEXT == \* MERGEFORMAT AUTOTEXT == \* MERGEFORMAT 2NaCl+Br2;2NaI+Cl2 AUTOTEXT == \* MERGEFORMAT AUTOTEXT == \* MERGEFORMAT 2NaCl+I2。
(4)从海水中提取溴和碘时操作对象有何不同?为什么?
提示:海水中溴元素(Br－)的含量丰富,从海水中提取溴是直接利用提取粗盐后的母液通入氯气进行处理,而海水中含碘总量虽大,但浓度较低,这给提取带来了麻烦,某些海藻具有富集碘的能力,如海带,因此,利用浸泡液浸泡海带可富集碘,或将干海带灼烧后的灰烬作为提取碘的原料。
【探究总结】
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－ AUTOTEXT == \* MERGEFORMAT AUTOTEXT == \* MERGEFORMAT 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
【成果展示】1. 完善自己设计的“海带提碘”和“海水提溴”的流程图和方案，展示交流。
2. 提炼、概括物质分离和提纯的基本思路；以小组为单位，交流、分享对元素周期律、元素周期表在物质分离和提纯中应用价值的体会。
【跟踪训练】1. 工业上制备相关物质，涉及的反应原理及部分流程较为合理的是
A．制取镁: 海水Mg(OH)2 MgOMg
B．冶炼铝: 铝土矿NaAlO2无水AlCl3Al
C．制溴: 浓缩海水Br2HBr(aq)Br2
D．制碘: 海带海带灰I2(aq)I2
【答案】C
【解析】A．缺少过滤步骤，生成的氢氧化镁沉淀需要过滤后溶解，制备金属镁，需要电解熔融的氯化镁得到，不是电解氧化镁，故A错误；B．电解熔融的氧化铝冰晶石熔融体制备金属铝，氯化铝是共价化合物，熔融的氯化铝不能导电，故B错误；C．海水浓缩后加入氧化剂氯气氧化溴离子为溴单质，被二氧化硫吸收后富集，再通入氯气氧化溴化氢得到溴单质，步骤和实验过程正确，故C正确；D．热裂汽油含有不饱和烃，和碘单质会发生加成反应，不能做萃取剂，应用分馏汽油，故D错误；
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
【答案】C
【解析】A．向苦卤中通入Cl2置换出溴单质，分离得到溴，通入Cl2是为了提取溴，故A正确；B．粗盐中含有Ca2+、Mg2+、SO42﹣等杂质，精制时通常在溶液中依次中加入过量的BaCl2溶液、过量的NaOH溶液和过量的Na2CO3溶液，过滤后向滤液中加入盐酸至溶液呈中性，再进行重结晶进行提纯，故B正确；C．工业常选用生石灰或石灰水作沉淀剂，故C错误；D．海水提取溴一般用氯气置换溴离子转化为溴单质，用空气和水蒸气吹出单质溴，再用SO2将其还原吸收转化为HBr，达到富集的目的，故D正确。
3.从海水中提取部分物质的过程如图所示:
下列有关说法正确的是( )
A.过程①中除去粗盐中的SO42-、Ca2+、Mg2+、Fe3+等杂质,加入药品的顺序为Na2CO3溶液→NaOH溶液→BaCl2溶液→过滤后加盐酸
B.由“母液→Mg”一系列变化中未涉及氧化还原反应
C.工业上一般用金属钠与无水MgCl2反应制取Mg单质
D.反应③和⑤均可由下列反应实现:2Br-+Cl2Br2+2Cl-,该反应属于置换反应
【答案】D
【解析】A不正确, Na2CO3溶液应在加BaCl2溶液的后面,因为加入过量的BaCl2溶液后,过量的Ba2+需用CO32-除去;B不正确,电解MgCl2制取镁的反应是氧化还原反应;C不正确,工业上用电解MgCl2的方法制取镁;D正确,采用Cl2作氧化剂氧化Br-提取Br2。
4.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③的实验操作名称是________,需要的玻璃仪器________。
(2)步骤⑥的目的是从含碘苯溶液中分离出单质碘和回收苯,该步骤的实验操作名称是________。
(3)步骤⑤中,某学生选择用苯从碘的水溶液中提取碘的理由是 __________
________________。
(4)请设计一个简单实验,检验提取碘后的水溶液中是否还含有单质碘________。
【答案】(1)过滤 烧杯、玻璃棒和漏斗 (2)蒸馏 (3)苯和水不互溶;碘在苯中的溶解度大于在水中的溶解度 (4)加入淀粉试液,若不变蓝色,说明没有碘。
【解析】(1)分离难溶性固体和溶液采用过滤方法,所以步骤③的实验操作名称是过滤,过滤时需要烧杯、玻璃棒、漏斗。
(2)分离互溶且沸点不同的液体采用蒸馏方法,碘易溶于苯,但碘和苯的熔沸点不同,所以可以采用蒸馏的方法分离。
(3)苯和水不互溶,碘在苯中的溶解度大于在水中的溶解度,且碘和苯不反应,所以苯可以作萃取剂。
(4)碘遇淀粉试液变蓝色,所以可以用淀粉试液检验是否含有碘,其检验方法为向该溶液中滴加淀粉试液,如果溶液变蓝色,则证明含有碘,否则不含碘。
5. 某学习小组按如下实验流程探究海带中碘含量的测定和碘的制取。
实验（一） 碘含量的测定
实验（二） 碘的制取
另制海带浸取原液，甲、乙两种实验方案如下：
已知：3I2＋6NaOH===5NaI＋NaIO3＋3H2O。
（1）实验（一）中的仪器名称：仪器A________，仪器 B________。
（2）①分液漏斗使用前须检漏，检漏方法为__________________。
②步骤X中，萃取后分液漏斗内观察到的现象是___________________。
③下列有关步骤Y的说法，正确的是________。
A 应控制NaOH溶液的浓度和体积
B 将碘转化成离子进入水层
C 主要是除去海带浸取原液中的有机杂质
D NaOH溶液可以由乙醇代替
④实验（二）中操作Z的名称是________。
（3）方案甲中采用蒸馏不合理，理由是________________________。
【答案】坩埚 500 mL容量瓶向分液漏斗中加入少量水，检查旋塞处是否漏水；将漏斗倒转过来，检查玻璃塞是否漏水液体分上下两层，下层呈紫红色 AB 过滤主要由于碘易升华，会导致碘的损失
【解析】（1）根据仪器的构造可知，用于灼烧海带的仪器为坩埚；通过仪器B配制500mL含有碘离子的浸取液，需要使用500mL的容量瓶，故答案为：坩埚；500mL容量瓶；
(2)①分液漏斗的检漏应先检查漏斗颈旋塞处是否漏水，再检查漏斗口玻璃塞处是否漏水，其方法是：检查漏斗颈旋塞处是否漏水时，先关闭分液漏斗的旋塞，加入适量的水，看是否漏水，若不漏，再将活塞旋转180°后观察是否漏水；检查漏斗口玻璃塞处是否漏水时，先关闭分液漏斗的旋塞，加入适量的水，把漏斗倒过来观察是否漏水，若不漏，将玻璃塞旋转180度后再倒置观察，若还是不漏水，则玻璃塞处不漏水；
②步骤X为萃取操作，由于CCl4密度比水大，且I2易溶于CCl4，故萃取后分液漏斗内观察到的现象液体分为上下两层，上层呈无色，下层呈紫红色；
③据题中所给信息：3I2＋6NaOH＝5NaI＋NaIO3＋3H2O，步骤Y目的在于把碘元素全部由CCl4层转移入水层，NaOH溶液应过量，为了下一步便于提取碘，所加氢氧化钠溶液的体积不能过多，故其浓度不能太小，故选项A、B正确，选项C错误，由于I2在CCl4和酒精中都易溶解，且CCl4和酒精互溶，酒精不能从I2的CCl4溶液中萃取I2，选项D错误；答案选AB；
④实验(二)中，由于碘单质在酸性溶液的溶解度很小，碘在水溶液中以晶体析出，故操作Z是过滤；
(3)由于碘易升华，加热碘的四氯化碳溶液时，碘易挥发，会导致碘的损失，故不采用蒸馏方法。
三原则
①萃取剂和原溶液中的溶剂互不相溶；
②萃取剂和原溶液中的溶剂、溶质不发生反应；
③溶质在萃取剂中的溶解度要远大于在原溶剂中的溶解度
三仪器
①分液漏斗；②烧杯；③铁架台(带铁圈)
三溶剂
常见萃取剂：①汽油；②苯；③四氯化碳
操作
目的
振荡过程中要不时旋开活塞放气
防止分液漏斗内部压强过大发生危险
分液时要使分液漏斗的下端颈尖紧贴烧杯内壁
防止液体飞溅
放出下层液体时应及时关闭活塞
防止上层液体流出
分液时要先打开分液漏斗上口的玻璃塞
保证分液漏斗内部气压与外界相同，使液体顺利流下
上层液体从上口倒出
保证上层液体尽量少地沾附下层液体