第三单元海水中的化学知识点.pdf

精心整理 第三单元海水中的化学 一、海洋化学资源 1、海水中的物质 （1）海水由 96.5%的水和 3.5%的溶解的盐组成。 海水中主要有4 种金属离子（ Na+、Mg 2+、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 。 海水之最： 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 - 含量最多的非金属元素：O，含量最多的金属元素：Na 海水盐分中含量最多的非金属元素：Cl。 （2）海水制镁 .流程： .化学方程式： MaCl2+Ca(OH)2Mg(OH)2+CaCl2 Mg(OH)2+2HCl2H2O+MgCl2 MgCl2通电 Mg+Cl2 注意： 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。 从海水中提取镁时，选择石灰乳做沉淀剂的原因是什么？ 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+H2OCa(OH)2 2、海底矿物 （1）可燃冰 可燃冰 天然气水合物 固体极易燃烧 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。 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 ” 。 注意： 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 精心整理 冰” 。 人类开采可燃冰，面临着许多问题： 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。 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。 （2）锰结核 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）。 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。 3、海洋资源的开发和利用 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。 海洋资源： 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） 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。） 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） 生物资源（海水中生存的生物鱼、虾、贝、藻） 海洋污染：陆源污染、海上污染。 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。 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。 4、海水淡化 （1）蒸馏法淡化海水 .实验装置：如右图所示。 .实验现象： 加热后大试管中的海水沸腾，小试管中有少量无色液体； 向小试管的冷凝水中滴加硝酸银溶液后无白色沉淀产生。 .注意事项： 实验前要先检查装置的气密性，气密性良好才能使用； 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）； 为防止暴沸，可在大试管中加几粒沸石或碎瓷片； 试管中的液体量不能超过试管容积的1/3. .实验结论： 采用蒸馏的方法可除去海水中的可溶性杂质得到淡水。 .实验改进： 精心整理 使冷凝效果 更好的方法 换成较长的玻璃导管 将玻璃导管改为冷凝器 在玻璃导管上敷上冷毛巾 把接收冷凝水的小试管放在盛有冷水的烧杯中 注意： 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） NaCl 溶液中加入 AgNO3溶液会产生白色沉淀，其反应化学方程式为： NaCl+AgNO3AgCl+NaNO3 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： 膜法 反渗透法（利用的是渗透压的原理） 热法 低温多效蒸馏法、多级闪急蒸馏法 二、海水 “ 晒盐” 1、粗盐提纯（实际问题）： 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。 （1）除去粗盐中的不溶性杂质 方法： 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。 步骤：溶解 过滤蒸发 （2）除去粗盐中的可溶性杂质 粗盐中可溶性杂质主要有Na2SO4、CaCl2、MgCl2。 方法： 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。 原理： Na2SO4+BaCl2BaSO4+2NaCl 、MgCl2+2NaOHMg(OH)2+2NaCl CaCl2+Na2CO3CaCO3+2NaCl 、BaCl2+Na2CO3BaCO3+2NaCl Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2 、NaOH+HClNaCl+H2O 注意： .所用试剂都是过量的： 每滴加一滴试剂，都要观察一次现象，看沉淀是否继续增加。 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。 故最后一滴试剂不参加反应，所以所用试剂都是过量的。 精心整理 .除杂质时所加试剂的顺序要求是： Na2CO3必须在 BaCl2之后加入，目的：除去过量的Ba 2+。 过滤之后加 HCl，目的：除去过量的CO3 2-和 OH-。 除以上两点要求外，其它试剂顺序可调整。 如：BaCl2、NaOH、Na2CO3、过滤、 HCl；或 BaCl2、Na2CO3、NaOH、过滤、 HCl； 或 NaOH、BaCl2、Na2CO3、过滤、 HCl。 2、食盐的用途 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。 生活：用作调味品和食品添加剂。 医疗：生理盐水是使用氯化钠配制的。 农业：用一定浓度的氯化钠溶液选种。 三、海水 “ 制碱” 1、氨碱法质纯碱 .原料及产物： 原料产物 食盐、二氧化碳、氨气纯碱（主要产物）、氯化铵（次要产物） .媒介：氨 .原理： 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。 .相关反应化学方程式： NaCl+NH3+CO2+H2ONaHCO3+NH4Cl 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2 NH4Cl 的处理： 2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2H2O+2NH3 .优缺点 优点：原料易得、便宜。CO2和 NH3可回收使用，能连续生产。 缺点：食盐利用率不高。回收NH3时产生大量污染环境的CaCl2。 2、侯氏制碱法（联合制碱法） 优点：食盐利用率高。产生两种有用产物NH4Cl 和 Na2CO3，不产生污染环境的CaCl2。 3、纯碱的性质 （1）物理性质：白色粉末，易溶于水。 （2）化学性质： 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。 注意： A.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。 精心整理 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。 与 Ca(OH)2反应 现象：产生白色沉淀。 化学方程式： Na2CO3+Ca(OH)22NaOH+CaCO3 注意： A.工业制烧碱的方法就是利用上述反应。 B.制取碱类物质原理： 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+2NaOHCu(OH)2+Na 2SO4 与酸（ HCl、H2SO4）反应 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。 化学方程式： Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2 Na2CO3+H2SO4Na2SO4+H2O+CO2 注意： Na2CO3和 NaHCO3都能与酸（ HCl、H2SO4）反应产生CO2，检验某物质中是否含有CO3 2-或 HCO3 -的方法为： A.试剂：稀盐酸、澄清石灰水、待测样品。 B.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CO3 2-或 HCO3-。 与某些盐（如BaCl2、CaCl2）反应 现象：生成白色沉淀。 化学方程式： Na2CO3+BaCl2BaCO3+2NaCl Na2CO3+CaCl2CaCO3+2NaCl （3）Na2CO3与 NaHCO3比较 Na2CO3NaHCO3 俗名纯碱、苏打小苏打 色、态白色粉末状固体白色粉末状晶体 溶解性碳酸钠比碳酸氢钠易溶于水 受热稳定性稳定，受热不易分解受热易分解 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2 用途石油精炼、粗盐精制、硬水 软化、人造纤维及玻璃生产 应用于冶金、造纸、纺织印 染、洗涤剂生产等领域 灭火器中产生二氧化碳的原料 食品工业上发酵粉的原料 制造饮料常用的原料 医疗上治疗胃酸过多的药剂之一 4、盐的性质 精心整理 盐+酸新盐+新酸 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。 例如： Na2CO3+2HCl2NaCl+H2O+CO2 、CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2 AgNO3+HClAgCl+HNO3、BaCl2+H2SO4BaSO4+2HCl 注意：氯化银（ AgCl）和硫酸钡（ BaSO4）既不溶于水，也不溶于酸。 盐+碱新盐+新碱 条件：反应物 盐与碱都必须溶于水；生成物必须有气体、沉淀或水。 例如： Na2CO3+Ca(OH)2CaCO3+2NaOH 、CuSO4+2NaOHNa2SO4+Cu(OH)2 盐+盐新盐+新盐 条件：反应物 的两种盐必须都溶于水；生成物必须有沉淀。 例如： Na2SO4+Ba(NO3)2 2NaNO3+BaSO4、 NaCl+AgNO3 AgCl+NaNO3、 K2CO3+CaCl2 CaCO3+2KCl 盐+金属新盐+新金属 例如： Fe+CuSO4=Cu+FeSO4 5、复分解反应 定义：由两种化合物互相交换成分，生成另外两种化合物的反应。属于化学反应的基本类型。 条件：生成物中至少有沉淀、气体、水中的一种时，复分解反应才会发生。 （碱+盐和盐 +盐的反应中，反应物都必须可溶） 特点：复分解反应中，各元素的化合价保持不变。