2023年第三单元海水中的化学知识点.docx

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。
①海水中重要有4种金属离子（Na+、Mg2+、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，故海水中重要的盐有：Na2SO4、 NaCl、MgSO4、MgCl、CaSO4、CaCl、K2SO4、KCl。
②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
Ⅰ.流程：

Ⅱ.化学方程式：
①MaCl2+Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓+CaCl2
②Mg(OH)2+2HCl＝2H2O+MgCl2
③MgCl2通电Mg+Cl2↑
注意：
①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，一方面要设法使之富集。提取镁时，假如直接以海水为原料，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；假如以卤水为原料，则在海水晒盐阶段就通过了一次富集，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。
②从海水中提取镁时，选择石灰乳做沉淀剂的因素是什么？
由于石灰乳价廉易得，大海中富含贝壳，它们的重要成分为碳酸钙，可就地取材通过大海制得石灰乳，反映的化学方程式为：CaCO3高温CaO+CO2↑、CaO+H2O＝Ca(OH)2
2、海底矿物
（1）可燃冰
①可燃冰——天然气水合物——固体——极易燃烧
②形成：由天然气（重要成分是CH4）和水在低温、高压条件下形成的冰状固体。
③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：
①纯净的天然气水合物呈白色，形似白雪，可以像固体酒精同样直接被点燃，被形象的称为“可燃冰”。
②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，并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，若解决不妥，分解出来也许导致大陆架边沿动荡而引发海底塌方，甚至导致大规模海啸，带来劫难性后果。因此，可燃冰也是一种存在安全隐患的能源。
（2）锰结核
①海底还蕴藏着一种具有多种金属的矿物——多金属结核，也称：锰结核（含锰最多）。
②锰结核具有锰、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、海洋资源的开发和运用
海洋资源指的是与海水水体自身有着直接关系的物质和能量。
①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）
②海洋污染：陆源污染、海上污染。
③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
Ⅰ.实验装置：如右图所示。
Ⅱ.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。
Ⅲ.注意事项：
①实验前要先检查装置的气密性，气密性良好才干使用；
②玻璃导管尽量长些（延长水蒸气在导管中的滞留时间，有助于热的水蒸气冷凝）；
③为防止暴沸，可在大试管中加几粒沸石或碎瓷片；
④试管中的液体量不能超过试管容积的1/3.
Ⅳ.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。
Ⅴ.实验改善：

使冷凝效果更好的方法
①换成较长的玻璃导管
②将玻璃导管改为冷凝器
③在玻璃导管上敷上冷毛巾
④把接受冷凝水的小试管放在盛有冷水的烧杯中
注意：
①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）
②NaCl溶液中加入AgNO3溶液会产生白色沉淀，其反映化学方程式为：
NaCl+AgNO3＝AgCl↓+NaNO3
向溶液中加入AgNO3溶液，看是否产生白色沉淀，是检查溶液中有无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重要方法：
①膜法——反渗透法（运用的是渗透压的原理）
②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，往往具有可溶性杂质（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，才干用于工业生产和人们的生活。
（1）除去粗盐中的不溶性杂质
①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。
②环节：溶解→过滤→蒸发
（2）除去粗盐中的可溶性杂质
粗盐中可溶性杂质重要有Na2SO4、CaCl2、MgCl2。
①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。
②原理：
Na2SO4+BaCl2＝BaSO4↓+2NaCl、MgCl2+2NaOH＝Mg(OH)2↓+2NaCl
CaCl2+Na2CO3＝CaCO3↓+2NaCl、BaCl2+Na2CO3＝BaCO3↓+2NaCl
Na2CO3+2HCl＝2NaCl+H2O+CO2↑、NaOH+HCl＝NaCl+H2O

注意：
Ⅰ.所用试剂都是过量的：
每滴加一滴试剂，都要观测一次现象，看沉淀是否继续增长。
若有沉淀增长，则需继续滴加试剂；若不再有沉淀增长，则停止滴加试剂。
故最后一滴试剂不参与反映，所以所用试剂都是过量的。
Ⅱ.除杂质时所加试剂的顺序规定是：
①Na2CO3必须在BaCl2之后加入，目的：除去过量的Ba2+。
②过滤之后加HCl，目的：除去过量的CO32-和OH-。
③除以上两点规定外，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
①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。
②生活：用作调味品和食品添加剂。
③医疗：生理盐水是使用氯化钠配制的。
④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

Ⅰ.原料及产物：
原料
产物
食盐、二氧化碳、氨气
纯碱（重要产物）、氯化铵（次要产物）
Ⅱ.媒介：氨
Ⅲ.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。
Ⅳ.相关反映化学方程式：
①NaCl+NH3+CO2+H2O＝NaHCO3+NH4Cl
②2NaHCO3 △ Na2CO3+H2O+CO2↑
NH4Cl的解决：2NH4Cl+Ca(OH)2 △ CaCl2+2H2O+2NH3↑
Ⅴ.优缺陷
优点：①原料易得、便宜。②CO2和NH3可回收使用，能连续生产。
缺陷：①食盐运用率不高。②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：①食盐运用率高。②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：
①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，是由于它能与水反映生成很少量的氢氧化钠。
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.家庭中运用纯碱溶液显碱性的性质除去油污。
②与Ca(OH)2反映
现象：产生白色沉淀。
化学方程式：Na2CO3+Ca(OH)2＝2NaOH+CaCO3↓
注意：
A.工业制烧碱的方法就是运用上述反映。
B.制取碱类物质原理：
选取具有相应金属离子（或铵根离子）的盐类物质的溶液与氢氧化钠等可溶性碱反映。如氢氧化铜的制取可用：CuSO4+2NaOH＝Cu(OH)2↓+Na2SO4
③与酸（HCl、H2SO4）反映
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+2HCl＝2NaCl+H2O+CO2↑
Na2CO3+H2SO4＝Na2SO4+H2O+CO2↑
注意：
Na2CO3和NaHCO3都能与酸（HCl、H2SO4）反映产生CO2，检查某物质中是否具有CO32-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，观测到有气泡冒出，将生成的气体通入澄清石灰水中，石灰水变浑浊，证明待测样品中具有CO32-或HCO3-。
④与某些盐（如BaCl2、CaCl2）反映
现象：生成白色沉淀。
化学方程式：Na2CO3+BaCl2＝BaCO3↓+2NaCl
Na2CO3+CaCl2＝CaCO3↓+2NaCl
（3）Na2CO3与NaHCO3比较

Na2CO3
NaHCO3
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
2NaHCO3 △ Na2CO3+H2O+CO2↑

用途
①石油精炼、粗盐精制、硬水
软化、人造纤维及玻璃生产
②应用于冶金、造纸、纺织印
染、洗涤剂生产等领域
①灭火器中产生二氧化碳的原料
②食品工业上发酵粉的原料
③制造饮料常用的原料
④医疗上治疗胃酸过多的药剂之一
4、盐的性质
①盐+酸→新盐+新酸
条件：反映物——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+2HCl＝2NaCl+H2O+CO2↑、CaCO3+2HCl＝CaCl2+H2O+CO2↑
AgNO3+HCl＝AgCl↓+HNO3、BaCl2+H2SO4＝BaSO4↓+2HCl
注意：氯化银（AgCl）和硫酸钡（BaSO4）既不溶于水，也不溶于酸。
②盐+碱→新盐+新碱
条件：反映物——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)2＝CaCO3↓+2NaOH、CuSO4+2NaOH＝Na2SO4+Cu(OH)2↓
③盐+盐→新盐+新盐
条件：反映物——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
④盐+金属→新盐+新金属
例如：Fe+CuSO4=Cu+FeSO4
5、复分解反映
①定义：由两种化合物互相互换成分，生成此外两种化合物的反映。属于化学反映的基本类型。
②条件：生成物中至少有沉淀、气体、水中的一种时，复分解反映才会发生。
（碱+盐和盐+盐的反映中，反映物都必须可溶）
③特点：复分解反映中，各元素的化合价保持不变。