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课题2 海水的综合利用
课后达标检测
从海水中可获得的在常温下为液体的单质是( )
A．Mg B．K
C．Br2 D．I2
解析：选C。本题考查通常状况下物质的状态。所给物质中只有Br2在常温下为液态。
近年来，冠以“绿色”的新概念不断产生，如绿色食品、绿色材料、绿色能源、绿色化学等。这里的“绿色”是对人类社会可持续发展战略的形象表述。“绿色化学”要求从经济、环保和技术上出发设计可行的化学反应。据此，由单质镁制硝酸镁的下列4个方案中，你认为可行并且符合“绿色化学”要求的方案是( )
A．MgMg(NO3)2
B．MgMgCl2Mg(OH)2Mg(NO3)2
C．MgMgOMg(NO3)2
D．MgMgSO4Mg(NO3)2
解析：选C。C项无污染，操作简单易行。
铁棒与石墨棒用导线连接后浸入0.01 mol·L－1的食盐溶液中，可能出现的现象是( )
A．铁棒附近产生OH－ B．铁棒被腐蚀
C．石墨棒上放出氯气 D．石墨棒上放出氧气
解析：选B。铁棒与石墨用导线连接浸入食盐溶液中会形成原电池，石墨为正极，发生的反应为：O2＋2H2O＋4e－===4OH－，铁作负极，发生反应：Fe－2e－===Fe2＋。
用电解水的方法分析水的组成时，需要加入一些电解质以增强水的导电性，不宜加入的物质是( )
A．Na2SO4 B．NaNO3
C．KOH D．CuSO4
解析：选D。加入CuSO4，电解时在阴极上会产生Cu，故不能加入。其他三种加入后还是产生H2、O2。
氯碱工业中关于电极材料的选用，下列说法合理的是( )
A．两极可用任意可导电固体材料
B．阳极必须用惰性电极
C．阴极必须用惰性电极
D．石墨阳极比金属阳极更节电
解析：选B。阳极必须用惰性电极，因为氯碱工业是利用直流电使溶液中的Cl－放电产生Cl2，若为活性电极，电极本身失去电子，代替了Cl－放电。
电解饱和食盐水时两电极上产生气体的体积比应是1∶1，但实际测量时却发现V(H2)>V(Cl2)(常温常压)，其原因可能是( )
A．H2的摩尔质量比Cl2的小
B．Cl2有刺激性气味
C．H2的熔沸点比Cl2的低
D．H2的溶解度比Cl2的小
解析：选D。由于H2难溶于水而Cl2能溶于水，故实测V(H2)>V(Cl2)。
下列说法正确的是( )
A．电解饱和食盐水的工厂可以生产盐酸
B．电解饱和食盐水在阴极区有NaOH固体生成
C．用离子交换膜法制烧碱不会对环境造成污染
D．氯碱工业产品不可能用于造纸、金属冶炼等行业
解析：选A。电解饱和食盐水可得到NaOH、H2、Cl2，H2＋Cl22HCl，HCl溶于水可得盐酸，NaOH可用于造纸，H2还可以用于冶炼金属。离子交换膜法制烧碱在阴极区可得到NaOH溶液。
下列可被工业上采用的冶炼方法是( )
A．电解熔融的氯化铝制铝
B．电解熔融的氯化镁制镁
C．电解氢氧化钠溶液制钠
D．高温下用H2还原氧化镁制镁
解析：选B。氯化铝是共价化合物，熔融状态下以分子形式存在，故不能用电解熔融氯化铝的方法制铝。Na＋在水溶液中电解时，电子被H＋得到而不能制得金属单质。比Al活泼的金属很难用一般的还原剂(如CO、H2、C等)把它们从化合物中还原出来；工业制取镁是采用电解熔融的MgCl2的方法。
从海水中提取金属镁的生产步骤有：①浓缩结晶 ②加熟石灰 ③加盐酸 ④过滤 ⑤熔融电解，正确的生产顺序是( )
A．①②③④⑤ B．⑤④③①②
C．②④③①⑤ D．③④②①⑤
解析：选C。海水中含有Mg2＋，加入Ca(OH)2可生成Mg(OH)2沉淀，过滤可得到Mg(OH)2固体。如何由Mg(OH)2制取金属镁？根据金属的冶炼方法知应电解含Mg2＋的熔融化合物。若直接加热Mg(OH)2，则Mg(OH)2发生分解生成MgO：Mg(OH)2MgO＋H2O，MgO熔点高，很难熔融；工业上不采用电解熔融MgO的方法，而是将Mg(OH)2转化为MgCl2，MgCl2熔点低，电解熔融MgCl2可得金属镁：MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑。
用U形管、石墨电极、低碳钢电极、铅蓄电池和导线等组装电解槽，电解饱和食盐水(电解是成功的)。回答下列问题：
(1)石墨电极上的气态产物是________，低碳钢电极上的气态产物是________。
(2)NaOH生成于________(填“阳极区”或“阴极区”)。请对你的判断作出简要的解释________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)如果将铅蓄电池的正、负极对调后再连接，电解的化学方程式是________________________________________________________________________。
解析：在电解池中，石墨是惰性电极，它用作电解池的阳极，接电源的正极，低碳钢是活性电极，它用作电解池的阴极，接电源的负极。电解装置如图所示。
饱和NaCl溶液中有Na＋和H＋两种阳离子，H＋放电能力较强；有
OH－和Cl－两种阴离子，Cl－放电能力较强。电极反应式如下：
石墨电极(阳极)：2Cl－－2e－===Cl2↑
低碳钢电极(阴极)：2H＋＋2e－===H2↑或4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
在电解的过程中，阴极区生成OH－，溶液里的Na＋受电场力的作用移向阴极区，在阴极区生成了NaOH。
将铅蓄电池的正、负极对调后再连接，石墨电极(惰性电极)变成了阴极，低碳钢电极(活性电极)变成了阳极，电极反应如下：
石墨电极(阴极)：4H2O＋4e－===2H2↑＋4OH－
低碳钢电极(阳极)：2Fe－4e－===2Fe2＋
电解总化学反应方程式：Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2↑。
答案：(1)Cl2(或氯气) H2(或氢气)
(2)阴极区 OH－在阴极区生成，溶液里的Na＋受电场力的作用移向阴极区，OH－与Na＋在阴极组成了NaOH
(3)Fe＋2H2OFe(OH)2＋H2↑
假如你是一位企业家，在开发海水资源的众多项目中，选择了海水提镁，在前期考察过程中你将遇到许多问题，请根据背景材料的提示，按要求回答相关问题：
材料1：下图为海水中各元素含量情况(mg/L)
材料2：部分化学试剂的市场价格
试剂
氢氧化钾
氢氧化钠
氢氧化钙
氧化钙
价格(元/吨)
5238.0
2300.00
1200.00
700.00
请回答下列问题：
(1)在海水提镁的过程中要实现对镁离子的富集、分离，有以下三个方案：
方案一：直接往海水中加入沉淀剂；
方案二：加热蒸发海水后再加入沉淀剂；
方案三：在晒盐后的卤水中加入沉淀剂。
你认为方案________最合理。
不选方案________的理由是_____________________________________。
不选方案________的理由是________________________________________。
(2)应该选择________试剂作为镁离子的沉淀剂。不考虑其他费用，沉淀相同量的镁离子所用氢氧化钠和氧化钙的价格比为________。
(3)为了节省成本，你可考虑以海边上的贝壳为原料，试简述其理由：____________。
解析：(1)海水提镁首先要对海水进行浓缩，然后加入沉淀剂，显然方案一浪费原料，方案二浪费能量，最合理的是方案三。
(2)根据市场价格，CaO作为镁离子的沉淀剂最为经济。假设沉淀a mol镁离子，则需要氢氧化钠和氧化钙的价格比为：(2a×40×2300)∶(a×56×700)＝230∶49。
(3)贝壳的主要成分为碳酸钙，可以通过高温煅烧贝壳的方式生产氧化钙，作为镁离子的沉淀剂，降低成本。
答案：(1)三 一 海水中镁浓度太低，要沉淀必须加入大量的沉淀剂，浪费原料 二 要加热海水需大量的能源
(2)CaO 230∶49
(3)贝壳中含碳酸钙，加热分解生成氧化钙可作沉淀剂，节省了成本
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