“海水資源的利用”工藝設計

趙玉雙

浩瀚的海洋是一個巨大的寶庫，海水就是一項取用不盡的資源，它不僅有航運交通之利，而且經(jīng)過淡化就能大量供給工業(yè)和生活用水。海水中含有多種元素，可供提取利用的有50多種。限于經(jīng)濟技術條件，從海水中主要提取食鹽、鉀鹽、溴、碘、鎂等物質。目前從海水中制得的氯化鈉除了供食用，還作為化工原料用于生產(chǎn)燒堿、純堿、鈉、氯氣、鹽酸等。從海水中制取鎂、鉀、溴及其他化工產(chǎn)品，就是在傳統(tǒng)海水制鹽工業(yè)的基礎上發(fā)展起來的。

一、食鹽的提取

食鹽提取的方法是將海水引入海灘上的鹽田里，利用日光和風力逐漸使水蒸發(fā)，慢慢濃縮，使食鹽呈結晶析出，這樣得到的是粗鹽，還含有一定量的Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等可溶性雜質，我們可以利用化學沉淀法進行提純。

例1 為了除去粗鹽中的Ca2+、Mg2+、SO—及泥沙，得到純凈的NaCl，可將粗鹽溶于水，然后進行下列操作。正確的操作順序是（）。

①過濾②加過量 NaOH溶液③加適量鹽酸④加過量Na2CO3溶液⑤加過量BaCl2溶液

A.④②⑤①③

B.④①②⑤③

C.②⑤④①③

D.①④②⑤③

解析粗鹽經(jīng)溶解、過濾除去難溶性的雜質泥沙，也可加入沉淀劑后將沉淀與難溶性雜質一并除去。根據(jù)除雜時不能引入新的雜質的原則，除雜盡可能選擇含鈉離子或氯離子的試劑，但每一步所加過量試劑必須通過后續(xù)所加試劑除去。

本題目中可能的除雜順序有：BaCl2→NaOH→Na2CO3→HCl;BaCl2→Na2CO3→ NaOH→HCl;NaOH→BaCl2→Na2CO3→HCl。其中過量的NaOH 溶液和Na2CO3溶液都可以通過加入適量鹽酸除去，而過量的氯化鋇溶液只能靠Na2CO3溶液除去，所以只要 Na2CO3加在BaCl2之后保證過量的BaCl2溶液被Na2CO3溶液除去便合理。最后加入的鹽酸只能適量。此題的主要目的：既要除去原混合溶液中的雜質，又不能引入新的雜質。解題思路如下：

答案：C

二、溴的提取

工業(yè)上常常采用空氣吹出法提取溴，其基本流程為：酸化→氧化→空氣吹出→吸收→氧化→蒸餾。具體空氣吹出法的工藝流程如下。

空氣吹出法的第一步是在預先經(jīng)過酸化的濃縮海水中，用氯氣氧化溴離子使之成為單質溴，繼而通入空氣和水蒸氣，將溴吹入吸收塔，使溴蒸氣和吸收劑二氧化硫發(fā)生反應生成氫溴酸，達到富集溴的目的，也就是得到高濃度的溴離子溶液。然后，再用氯氣將其氧化得到產(chǎn)品溴。主要涉及反應的離子方程式為2Br+Cl2-2Cl+Br2，SO2+Br2+ 2H2O-4H++2Br+SO-。

例2 已知海水中溴元素主要以Br—形式存在，工業(yè)上從海水中提取溴的流程如下：

（1）寫出“氧化”反應的離子方程式：。

（2）將吹出后的含Br2的空氣按一定速率通入吸收塔，用SO2和水進行吸收，吸收后的空氣進行循環(huán)利用。寫出吸收反應的離子方程式：。

（3）工業(yè)上也可用Na2CO3溶液代替二氧化硫水溶液吸收Br2，結合堿吸收溴的主要反應完成方程式配平：

Br2+_Na2CO3+_H2O→ +NaBrO3+_NaHCO3

吸收1molBr2時，轉移的電子的物質的量為mol。

（4）對于較低濃度的溴水，可采用萃取的方法提取Br2。四氯化碳可作為Br2的萃取劑，其原因除四氯化碳不與溴反應外，還有。

解析從海水提取溴的過程包括氧化、吹出、吸收、蒸餾等過程。濃海水酸化后通氯氣，將溴離子氧化為溴單質，溴易揮發(fā)，利用熱空氣將溴吹出，再用二氧化硫把溴單質還原為溴離子，所得溶液中通氯氣把溴離子氧化為溴單質，此過程的目的是濃縮、富集溴單質，據(jù)此解答。（1）海水中的溴元素主要以溴離子形式存在，“氧化”反應的離子方程式為2Br+Cl2—2C1+Br2。（2）吸收反應即二氧化硫把溴單質還原為溴離子，離子方程式為SO2+Br2+2H2O—4H++2Br+SO2—。（3）利用化合價升降法配平方程式，部分Br元素從0價升高到+5價，部分Br元素從0價降低到—1價，則按得失電子數(shù)守恒、元素質量守恒得：3Br2+6Na2CO3+3H2O-5NaBr+NaBrO3+ 6NaHCO3。根據(jù)溴的化合價變化確定轉移的電子的物質的量，3molBr2轉移5mol電子，則吸收1mol Br2轉移mol 電子。（4）對于較低濃度的溴水，可采用萃取的方法提取Br2。四氯化碳可作為Br2的萃取劑，其原因除四氯化碳不與溴反應外，還有四氯化碳與水互不相溶，且溴在四氯化碳中的溶解度遠大于在水中的溶解度。

答案：（1）2Br-+Cl2-2Cl+Br2

（2）SO2+Br2+2H2O-4H++2Br+ 02-

（3）3 6 3 5NaBr

（4）四氯化碳與水互不相溶，且溴在四氯化碳中的溶解度遠大于在水中的溶解度

三、碘的提取

碘是國防、工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)藥等部門和行業(yè)所依賴的重要原料，海洋水體蘊藏的碘極豐富，總量達800億噸。利用曬鹽后的鹵水也可提取碘，從海水曬鹽后的苦鹵中提取碘的工藝流程如下。

把電解食鹽水得到的氯氣通入苦鹵中，發(fā)生氧化還原反應的離子方程式為21+Cl2—2CI+I2。得到的碘單質用有機溶劑萃取、分液后得到含碘的有機相，然后加入氫氧化鈉溶液，碘迅速歧化，又進入水溶液中，從而與有機溶劑分離，進而酸化處理可得粗碘。粗碘可通過升華的方法得到高純度的碘晶體。

某些海藻具有吸收碘的能力，例如干海帶中含碘的質量分數(shù)為0.3%～0.5%，比海水中碘的濃度高10萬倍。海帶是從食物中攝取碘元素的最佳食品，我們也可以利用化學基本操作從海帶中提取碘。

例3 海帶灰中富含以I—形式存在的碘元素。實驗室提取I2的流程如下。

（1）步驟②需加熱煮沸一會兒的目的是。

（2）步驟④中反應的離子方程式為。

（3）步驟⑤加入CCl4作萃取劑，振蕩、靜置，可以觀察到CCl4層呈_色。萃取所用的主要儀器是。

解析海帶灼燒得到的海帶灰用蒸餾水溶解，過濾，得到含碘離子的溶液，加入過氧化氫氧化碘離子為碘單質，再加入四氯化碳萃取分液得到含碘單質的四氯化碳溶液，據(jù)此分析解答。（1）步驟②加熱煮沸一會兒可以使海帶灰中含碘物質快速充分溶解。（2）步驟④是在酸性條件下過氧化氫將碘離子氧化為單質碘，要注意氧化還原反應規(guī)律的理解和方程式的配平，離子方程式為21+H2O2+2H+-I2+2H2O。（3）步驟⑤中加入CCl，作萃取劑提取碘水中的碘，振蕩、靜置，可以觀察到CCl，層呈紫紅色，萃取所用的主要儀器是分液漏斗。

答案：（1）促使海帶灰中含碘物質快速充分溶解

（2）2H++21+H2O2-I2+2H2O

（3）紫紅分液漏斗

四、鎂的提取

自然界中的鎂主要以化合態(tài)的形式存在于地殼和海水中。海水中鎂的總儲量約為1.8x1015t，含量約為1.28g·L—1。目前，世界上生產(chǎn)的鎂有60%來自海水。海水中鎂的含量較大，但鎂離子的濃度很低，因此我們需先將海水濃縮，利用曬鹽的母液作為原料制取鎂，工藝流程如下。

利用貝殼煅燒后制得的石灰乳作沉淀劑，使母液中的Mg+沉淀為Mg（OH）2。接著利用鹽酸與Mg（OH）2反應并濃縮、結晶后得到MgCl2·6H2O，MgCl2·6H2O在氯化氫氣流中加熱脫水后得到MgCl2。最后通過電解熔融MgCl2得到金屬鎂。流程中涉及反應的方程式有：

例4

海水的綜合利用可以制備金屬鎂，其流程如下。

回答下列問題：

（1）若在空氣中加熱 MgCl2·6H2O，生成的是MgO，反應的化學方程式為。

用電解法制取金屬鎂時，需要無水氯化鎂。在干燥的HCl氣流中加熱MgCl2·6H2O時，能得到無水MgCl2，反應的化學方程式為。

（2）Mg（OH）2沉淀中混有Ca（OH）2，除去Ca（OH2）的方法是。

（3）實驗室里將粗鹽制成精鹽的過程中，在溶解、過濾、蒸發(fā)三個步驟的操作中都要用到玻璃棒，分別說明這三個步驟中使用玻璃棒的目的。

溶解時：;過濾時：;蒸發(fā)時：。

解析（1）根據(jù)題給信息及質量守恒定律，MgCl2·6H2O分解，除生成MgO外，還應有氯化氫和水。而在干燥的HCl氣流中，MgCl2·6H2O分解得到無水氯化鎂。（2）除去雜質的最好方法是把雜質轉化為主體成分，因此可加入MgCl2溶液。（3）考查的是玻璃棒的作用。

答案：（1）

（2）加入MgCl2溶液，充分攪拌，過濾，洗滌

（3）攪拌，加速溶解使待濾液體沿玻璃棒流入漏斗，防止外灑攪拌，防止因局部過熱使液滴或晶體飛濺

海洋中蘊藏著豐富的生物資源，不僅是人類食物的重要來源，還是重要的醫(yī)藥原料和工業(yè)原料。海洋中還蘊藏著豐富的礦產(chǎn)資源：石油、天然氣、煤、硫、磷等。海洋的潮汐中蘊藏著巨大的能量，可用來發(fā)電?？傊Ｑ笫且粋€豐富的寶庫，愛護海洋環(huán)境是我們每一個人的義務。

作者單位：北京亦莊實驗中學

（責任編輯謝啟剛）