學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過(guò)海帶提碘活動(dòng)和海水提澳工藝流程的設(shè)計(jì)，建立真實(shí)復(fù)雜系統(tǒng)中物質(zhì)富集、分離、提取的基本思路。通過(guò)海帶提碘活動(dòng)和海水提澳工藝流程的設(shè)計(jì)，體會(huì)元素周期律、元素周期表在分析、解決實(shí)際問(wèn)題中的價(jià)值。
浩瀚的海洋里蘊(yùn)藏著豐富的化學(xué)資源。我國(guó)大陸海岸線長(zhǎng)達(dá)18000km，海島海岸線長(zhǎng)達(dá) 14 000 km，這為我國(guó)開(kāi)發(fā)利用海洋化學(xué)資源提供了良好的自然條件。目前，我國(guó)利用海洋資源獲取鉀、鎂、溴、氯、碘等元素已形成規(guī)模。
在本項(xiàng)目活動(dòng)中，你將在前面學(xué)習(xí)的有關(guān)元素及其化合物性質(zhì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合元素周期律、元素周期表的相關(guān)知識(shí)，嘗試從海帶中提取碘單質(zhì)，并設(shè)計(jì)從海水中提取溴單質(zhì)的工藝流程。
海帶提碘海帶、紫菜等藻類(lèi)植物中含有豐富的碘元素。其中，海帶產(chǎn)量高、價(jià)格低，常用作提取碘單質(zhì)的原料。碘元素在海帶中以碘化物的形式存在。灼燒干海帶可以分解除去其中的有機(jī)化合物。
灼燒后得到的海帶灰中，除了存在可溶性碘化物外，還存在多種可溶性無(wú)機(jī)鹽。請(qǐng)以海帶灰為原料，提取碘單質(zhì)。
思考1.為了將I -轉(zhuǎn)化為 I2可以選用哪些化學(xué)試劑?選擇的依據(jù)是什么?如何檢驗(yàn)碘單質(zhì)的存在?2.請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并運(yùn)用流程圖表示從海帶灰中提取碘單質(zhì)得到含碘單質(zhì)的溶液的實(shí)驗(yàn)流程。
萃取與分液利用某種溶質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑里溶解能力的不同,用一種溶劑(萃取劑)將其從原溶劑中提取出來(lái)的方法叫作萃取。萃取后，可以用分液漏斗將上述兩種液體分開(kāi)，從而達(dá)到提取某物質(zhì)的目的。
1.你在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到了哪些問(wèn)題?這些問(wèn)題是否得到了解決?如果得到了解決。是如何解決的?2.如果將你設(shè)計(jì)的方案應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，你認(rèn)為其優(yōu)勢(shì)和不足各是什么?3.在你設(shè)計(jì)的方案中，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離、提純的基本思路是什么?實(shí)驗(yàn)時(shí)需要注意的問(wèn)題有哪些?
實(shí)驗(yàn)室里，從海帶灰中提取碘單質(zhì)包括浸取、過(guò)濾、氧化、萃取四個(gè)步驟。其中，將碘離子氧化為碘單質(zhì)是提取的關(guān)鍵步驟，所選擇的氧化劑的氧化性應(yīng)強(qiáng)于碘單質(zhì)，因此氧化劑的選擇是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一。
由元素周期表中元素性質(zhì)的遞變規(guī)律可知，氯水、溴水均可用作提取碘單質(zhì)的氧化劑。物質(zhì)分離和提純是化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化工生產(chǎn)的一項(xiàng)重要任務(wù)。分離和提純物質(zhì)最常用的方法有過(guò)濾法、萃取法、升華法、化學(xué)轉(zhuǎn)化法等。
利用化學(xué)轉(zhuǎn)化法可以直接除去某些物質(zhì)，也可以通過(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)化法實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離和提純。為了將物質(zhì)完全除去或轉(zhuǎn)化，通常需要加入過(guò)量的除雜或轉(zhuǎn)化試劑;同時(shí)，為了保證目標(biāo)物的純度，還需要考慮如何將過(guò)量的試劑除去以及如何將目標(biāo)物從體系中提取出來(lái)。
冬1-4-3物質(zhì)分離提純的基本思路
用反萃取法將碘單質(zhì)從碘的四氯化碳溶液中提取出來(lái)在“海帶提碘”的實(shí)驗(yàn)中，通常以四氯化碳為取劑對(duì)碘單質(zhì)進(jìn)行莖取、富集。那么，如何將碘單質(zhì)從碘的四氯化碳溶液中提取出來(lái)呢?要解決這一問(wèn)題，可以采用反萃取法，具體步驟如下:
碘單質(zhì)與濃 NaOH 溶液發(fā)生的反應(yīng)為：像這種將富集在四氯化碳中的碘單質(zhì)利用化學(xué)轉(zhuǎn)化法重新富集在水中的方法即為反萃取法。
海水提溴溴是海水中重要的非金屬元素。地球上99%的溴元素以Br -的形式存在于海水所以人們也把溴稱為“海洋元素”。目前，從海水中提取的溴占世界溴年產(chǎn)量的 1/3 左右。苦鹵(海水曬鹽后得到的母液)是海水制鹽業(yè)的副產(chǎn)物，其中含有高濃度的K、Mg 2+ 、Br - 和SO4 2- ，等，是從海水中提取溴的主要原料。
設(shè)計(jì)請(qǐng)用流程圖表示你設(shè)計(jì)的從苦鹵中提取溴單質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方案。討論1.空氣吹出法是目前用于從天然海水中提取溴的最成熟的工業(yè)方法。
將海水酸化后，用氯氣將 Br- 氧化為溴單質(zhì);繼而通入空氣和水蒸氣，將溴單質(zhì)吹入吸收塔中，使溴蒸氣與吸收劑SO2和水發(fā)生反應(yīng)，將溴蒸氣轉(zhuǎn)化成氫溴酸;最后用氯氣將其氧化得到溴單質(zhì)。請(qǐng)比較你設(shè)計(jì)的提取溴單質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方案與利用空氣吹出法提取溴單質(zhì)方法的異同。
2.工業(yè)上常利用電解飽和食鹽水的方法制取氯氣，本項(xiàng)目利用氧化劑來(lái)制取碘單質(zhì)和溴單質(zhì)。請(qǐng)運(yùn)用元素周期律的知識(shí)解釋采用不同方法制取氯、溴、碘單質(zhì)的原因。
從海水中提取溴，一般要經(jīng)歷濃縮、氧化和提取三個(gè)步驟。海水中 Br-的含量一般為0.067 g·L-1，而苦鹵中 Br-的含量要大得多，因而苦鹵常作為提取溴單質(zhì)的原料。溴單質(zhì)的氧化性介于氯氣和碘單質(zhì)的氧化性之間。
因此，在海水提溴的化工生產(chǎn)中，常選氯氣作為氧化劑。向苦鹵中通入氯氣，可將 Br-氧化為溴單質(zhì)。
海洋是一個(gè)巨大的化學(xué)資源寶庫(kù)，但由于開(kāi)發(fā)技術(shù)比較復(fù)雜、生產(chǎn)成本較高，很多元素難以直接提取。不過(guò)，科學(xué)家在這個(gè)領(lǐng)域的探索從未停止過(guò)。
我國(guó)將建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)，落實(shí)海洋可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，高度重視海洋生態(tài)文明建設(shè)，加強(qiáng)海洋環(huán)境污染防治，保護(hù)海洋生物多樣性，實(shí)現(xiàn)海洋資源有序開(kāi)發(fā)利用。
項(xiàng)目成果展示1.完善自己設(shè)計(jì)的“海帶提碘”和“海水提溴”的流程圖和方案，展示交流。2.提煉、概括物質(zhì)分離和提純的基本思路;以小組為單位，交流、分享對(duì)元素周期律、元素周期表在物質(zhì)分離和提純中應(yīng)用價(jià)值的體會(huì)。
(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：________________________________(5)請(qǐng)用原子結(jié)構(gòu)的知識(shí)簡(jiǎn)單解釋上述結(jié)論6)為探索同周期元素性質(zhì)的遞變規(guī)律，你還能提出其他的可行性方案嗎?

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微項(xiàng)目 海帶提碘與海水提溴——體驗(yàn)元素性質(zhì)遞變規(guī)律的實(shí)際應(yīng)用

版本： 魯科版 (2019)

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