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海水的综合利用

一周强化

一、一周内容概述

1、海水制盐的原理及方法;

2、氯碱工业中电解食盐水的反应原理及流程;

3、从海水中提取镁、溴的原理及简单过程;

4、从海水中提取重水。

二、重难点知识剖析

(一)海水所拥有的资源

1、海洋化学资源;

  食盐、溴、镁、重水等。

2、海洋生物资源;

3、海底矿物资源;

4、海洋能源。

(二)海水中盐的开发和利用

1、海水制盐

  (1)原理:利用日光、风力等

    蒸发水,使溶于水中的食盐浓缩至饱和后析出。

  (2)方法:蒸发法(盐田法)。

  (3)盐田的结构及作用

①贮水池:引入海水静置,使泥沙沉降;

②蒸发池:利用日光、风力等自然蒸发作用使含盐水浓缩至接近饱和;

③结晶池:较浓含盐水继续浓缩,达到饱和后析出食盐晶体。

  (4)优缺点:

  节约燃料。但是,海水晒盐受天气限制,占用大量平坦土地,劳动条件十分艰苦,生产效率低。海水制盐中得到的是粗盐,粗盐中常含有Ca2+、Mg2+、(SO4)2-等杂质离子,必须精制提纯。

2、电解原理

  (1)电解:使电流通过电解质溶液而在阴、阳两极引起氧化还原反应的过程。

  (2)电解池:把电能转变为化学能的装置,也叫电解槽。

①电极名称:

  阳极:与电源正极相连的电极(或溶液中阴离子趋向的电极)

  阴极:与电源负极相连的电极(或溶液中阳离子趋向的电极)

②电极反应:

  阳极:氧化反应

  阴极:还原反应

(3)电解过程

  电解质电离产生的阴、阳离子在电流的作用下定向移动,阳离子在阴极得到电子,发生还原反应,阴离子在阳极失去电子,发生氧化反应,电子从电源负极沿导线流入阴极,从阳极流出,沿导线回到电源的正极,所以,电解质溶液的导电过程,就是该溶液的电解过程。

3、食盐资源的利用——氯碱工业

  人们把以电解食盐水为基础制取氯气、烧碱(NaOH)等产品的工业称为“氯碱工业”。

(1)电解饱和食盐水制烧碱

  通电前:,溶液中有Na、Cl、H、OH

  通电时:Na、H趋向阴极,其中H放电。

  Cl、OH趋向阳极,其中Cl放电。

  电极反应式为:阴极:2H+2e=H2

  阳极:2Cl-2e=Cl2

  总反应为:

注意:

  ①NaOH在阴极区生成;

  由于Na、H、Cl、OH四种离子中只有H、Cl放电,故在电解过程中c(Na)在阳极、阴极区均近似相等,NaOH的生成只取决于c(OH)的大小。OH尽管趋向阳极,但由于在阳极上是Cl放电,因此NaOH不是在阳极区生成,在阴极区,H放电,促进了水的电离,水的电离平衡被破坏,致使c(OH)>c(H),故NaOH在阴极区生成。

  ②H2在阴极区生成,Cl2在阳极区生成。

不足:

  ①H2和Cl2混合不安全,易爆炸;

  ②Cl2会和NaOH反应,会使得到的NaOH不纯。

(2)离子交换膜法制烧碱

  ①离子交换膜电解槽的组成

  由阳极(金属钛网)、阴极(碳钢网)、离子交换膜、电解槽框和导电铜棒等组成,每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。下图表示一个单元槽的示意图。

  ②阳离子交换膜的作用

  将电解槽隔成阴极室和阳极室,它只允许阳离子(Na)通过,而阻止阴离子(Cl、OH)和气体通过。这样既能防止阴极产生的H2和阳极产生的Cl2相混合而引起爆炸,又能避免Cl2和NaOH作用生成NaClO而影响烧碱的质量。

  ③离子交换膜法电解制烧碱的主要生产流程(如下图)

(3)以氯碱工业为基础的化工生产及产品的主要用途

(三)海水提溴

1、氯化

  把海水酸化后(pH=3.5)用氯气把Br氧化成Br2

2、吹出

  Br2易挥发,用空气或水蒸汽把其吹出来。

3、吸收

  通入SO2把Br2还原成HBr,再用氯气把其氧化得到溴产品:

  Br2+SO2+2H2O=2HBr+H2SO4

  粗溴精制得到高纯度的溴。

(四)海水提镁

(五)从海水中提取

  硫化氢——水双温交换法

  H2O(l)+HDS(g)=HDO(l)+H2S(g)

  重水熔点为3.8℃,沸点是101.4℃,比重是1.1,比普通水重10%,盐类在重水中的溶解度很小,溶液的导电性也非常低,具有吸水的本领,对生物体有麻痹作用。

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