化學(xué)必修第二冊微項目海帶提碘與海水提溴——體驗元素性質(zhì)遞變規(guī)律的實際應(yīng)用學(xué)案-學(xué)案下載-教習(xí)網(wǎng)

——體驗元素性質(zhì)遞變規(guī)律的實際應(yīng)用

1．通過海帶提碘活動和海水提溴工藝流程的設(shè)計，建立真實復(fù)雜系統(tǒng)中物質(zhì)富集、分離、提取的基本思路。

2．通過海帶提碘活動和海水提溴工藝流程的設(shè)計，體會元素周期律、元素周期表在分析、解決實際問題中的價值。

[必備知識]

1．Br2、I2的物理性質(zhì)

2.萃取與分液

(1)萃取

①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的方法叫萃取。

②萃取后，可以用分液漏斗把互不相溶的兩種液體分開，從而達(dá)到提取某物質(zhì)的目的。

(2)操作步驟

(3)注意事項

①萃取劑必須具備的三個條件：

萃取劑和原溶劑互不相溶、不反應(yīng)；

萃取劑和溶質(zhì)互不發(fā)生反應(yīng)；

溶質(zhì)在萃取劑中的溶解度遠(yuǎn)大于在原溶劑中的溶解度。

②萃取和分液的主要儀器是分液漏斗。

3．海帶提碘

(1)Cl2的氧化性比I2強，Cl2＋2KI===I2＋2KCl。

(2)淀粉遇I2顯藍(lán)色，可利用該特性來檢驗碘是否存在。

實驗室里，從海帶灰中提取碘單質(zhì)包括浸取、過濾、氧化、萃取四個步驟。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)強于碘單質(zhì)，氯水、溴水均可以用作提取碘單質(zhì)實驗中的氧化劑。

4．海水提溴

從海水中提取溴，一般要經(jīng)歷濃縮、氧化和提取三個步驟。在海水提溴的化工生產(chǎn)中，常選用氯氣作為氧化劑，反應(yīng)原理為Cl2＋2Br－===Br2＋2Cl－。

5．分離和提純的一般方法

(1)物理方法：過濾、蒸發(fā)結(jié)晶、蒸餾或分餾、萃取、分液、升華等。

(2)化學(xué)方法：沉淀法、洗氣法、轉(zhuǎn)化法等。

[項目活動1] 海帶提碘

海帶、紫菜等藻類植物中含豐富的碘元素。碘元素在海帶中以碘化物的形式存在。

[問題探究]

1．預(yù)測海帶中碘化物的水溶性。

提示：易溶于水。根據(jù)同主族元素形成的結(jié)構(gòu)類似的化合物，性質(zhì)類似，大多數(shù)金屬氯化物易溶于水，故預(yù)測海帶中碘化物易溶于水。

2．如何從干海帶中獲得碘化物？

提示：先將干海帶放在坩堝中灼燒成灰，將海帶灰用水浸泡，過濾，得含碘化物的水溶液。

3．如何將碘化物轉(zhuǎn)化為單質(zhì)碘？并用離子方程式表示。

提示：向含碘化物的水溶液中加入氯水或溴水或在酸性條件下加入雙氧水，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)化。離子方程式為

Cl2＋2I－===I2＋2Cl－

Br2＋2I－===I2＋2Br－

H2O2＋2I－＋2H＋===2H2O＋I(xiàn)2

4．如何從含碘水溶液中獲得純凈的單質(zhì)碘？

提示：向含碘水溶液中加入CCl4(或苯、汽油)進(jìn)行萃取、分液，得到碘的四氯化碳(或苯、汽油)溶液，再用蒸餾法可獲得碘。也可用反萃取法獲得碘，步驟如下：

碘與濃NaOH溶液的反應(yīng)為3I2＋6NaOH===5NaI＋NaIO3＋3H2O，加H2SO4后的反應(yīng)為5I－＋I(xiàn)O eq \\al(\s\up1(－),\s\d1(3))＋6H＋===3I2↓＋3H2O。

[探究總結(jié)]

1．海帶提碘流程

2．物質(zhì)的分離與提純

(1)分離和提純的原則。

①“不增”——不能引入新的雜質(zhì)；

②“不減”——不能減少被提純物質(zhì)；

③“易分”——雜質(zhì)或反應(yīng)后的雜質(zhì)易與被提純物質(zhì)分離；

④“易復(fù)原”——被提純的物質(zhì)要容易復(fù)原。

(2)注意事項。

①為除盡雜質(zhì)，除雜試劑需過量。

②加入試劑的原則：后面的試劑要把前面過量的試劑除盡。

③沉淀完全的判斷方法是在上層清液中(或取少量上層清液置于小試管中)滴加沉淀劑，如果不再產(chǎn)生沉淀，說明沉淀已經(jīng)完全。

3．物質(zhì)分離提純的基本思路

[項目活動2] 海水提溴

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，其流程如圖所示。

[問題探究]

1．為什么選曬鹽后的苦鹵而不是海水作為提取溴單質(zhì)的原料？

提示：苦鹵中Br－的濃度比海水大得多。

2．向苦鹵中通入Cl2繼而通入熱空氣可得粗溴，在此過程中體現(xiàn)了溴的哪些性質(zhì)？

提示：(1)溴的氧化性不如氯氣強，可用置換法制備溴單質(zhì)；(2)溴易揮發(fā)，因此可用熱空氣從溶液中分離出來。

3．實驗室常用MnO2＋2NaBr＋3H2SO4 eq \(=====,\s\up10(△))2NaHSO4＋MnSO4＋2H2O＋Br2↑來制備Br2。請比較實驗室提取溴與工業(yè)提取溴有何異同？

提示：實驗室制備溴和工業(yè)制備溴的相同點：都是Br－被氧化得Br2；不同點：工業(yè)提取溴需經(jīng)過復(fù)雜的富集、分離、提純等生產(chǎn)工藝流程。

4．工業(yè)上常利用電解飽和食鹽水的方法提取氯氣，本項目中利用氧化劑來提取碘單質(zhì)和溴單質(zhì)。請結(jié)合元素周期律知識解釋采用不同方法提取氯、溴、碘單質(zhì)的原因。

提示：根據(jù)周期表中元素性質(zhì)遞變規(guī)律知氯氣的氧化性較強，需要氧化性更強，價格更貴的氧化劑才能制得，綜合考慮獲取多種物質(zhì)，降低生產(chǎn)成本等因素，采用電解的方法制備氯氣更合適。而溴、碘單質(zhì)的氧化性較弱，容易被廉價的氧化劑——氯氣氧化置換制得。

1．欲將固體碘與食鹽的混合物分離開，最好的方法是( )

A．溶解、過濾 B．溶解、結(jié)晶

C．溶解、加AgNO3，過濾D．加熱升華

D [固體碘加熱可以升華，遇冷結(jié)晶。]

2．選擇萃取劑將碘水中的碘萃取出來，這種萃取劑應(yīng)具備的性質(zhì)是( )

A．不溶于水，且必須易與碘發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

B．不溶于水，且比水更容易使碘溶解

C．不溶于水，且必須比水密度大

D．不溶于水，且必須比水密度小

[答案] B

3．下列說法不正確的是( )

A．圖Ⅰ振蕩后靜置，上層溶液顏色變淺或消失

B．圖Ⅱ所示裝置用酒精提取溴水中的溴

C．用CCl4提取溴水中的Br2

D．在溶液中先加入氯水再加入CCl4，振蕩、靜置、觀察下層溶液顯橙色，檢驗Br－的存在

B [A正確，Br2＋2NaOH===NaBr＋NaBrO＋H2O，上層溶液顏色變淺或消失；B不正確，酒精易溶于水，不能用酒精萃取溴水中的溴；C正確，可以用CCl4萃取溴水中的溴；D正確，2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－，CCl4比水密度大，Br2溶于CCl4，所以下層顯橙色。]

4．向NaI和NaBr的混合溶液中通入足量的Cl2，充分反應(yīng)后將溶液蒸干，灼燒殘余物，最后剩下的物質(zhì)是( )

A．NaCl、I2、Cl2 B．NaCl、I2

C．NaCl、NaBr D．NaCl

D [通入足量的Cl2，溶液中的NaI、NaBr均完全反應(yīng)，2NaI＋Cl2===2NaCl＋I(xiàn)2，2NaBr＋Cl2===2NaCl＋Br2，因為Br2易揮發(fā)，I2易升華，因此將溶液蒸干、灼燒后只剩下NaCl。]

5．下列敘述不正確的是 ( )

A．僅用試管、膠頭滴管、溴水、KI淀粉溶液比較Br2與I2的氧化性的強弱

B．利用燒杯、玻璃棒、膠頭滴管、分液漏斗及溴水和CCl4能除去NaBr溶液中的少量NaI(忽略夾持裝置)

C．在KI淀粉溶液中通入氯氣，溶液變藍(lán)，說明氯氣能與淀粉發(fā)生顯色反應(yīng)

D．向FeI2溶液中通入少量Cl2，再滴加少量CCl4，振蕩、靜置，下層液體為紫色

C [KI淀粉溶液中通入Cl2，溶液變藍(lán)，說明Cl2氧化了I－，生成I2。]

6．海帶中含有豐富的碘。為了從海帶中提取碘，某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計并進(jìn)行了以下實驗：

請?zhí)顚懴铝锌瞻祝?br/>

(1)步驟①灼燒海帶時，除需要三腳架、泥三角外，還需要用到的實驗儀器是________(從下列儀器中選出所需的儀器，將標(biāo)號字母填寫在空白處)。

A．燒杯 B．表面皿 C．坩堝 D．酒精燈 E．干燥器

(2)步驟④一定發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)類型是________。

A．化合反應(yīng) B．分解反應(yīng) C．氧化還原反應(yīng)

(3)步驟⑤所用的主要儀器是________。步驟③的實驗操作名稱是________。

(4)①～⑥操作中，使用玻璃棒的是________(填序號)。

(5)請設(shè)計簡單實驗，驗證⑤提取碘后的水溶液中是否含有碘單質(zhì)。

_____________________________________________________________

___________________________________________________________。

[解析] (1)灼燒固體時還用到坩堝和酒精燈。

(2)經(jīng)步驟④使碘離子變?yōu)榈鈫钨|(zhì)，發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

(3)分液的主要儀器是分液漏斗。分離固體和溶液用過濾的方法。

(4)能使用玻璃棒的是①灼燒、②浸泡(溶解)和③過濾。

(5)利用淀粉遇I2變藍(lán)檢驗。

[答案] (1)CD (2)C (3)分液漏斗過濾

(4)①②③

(5)取少量提取碘后的水溶液于試管中，加入幾滴淀粉試液，觀察是否出現(xiàn)藍(lán)色(如果變藍(lán)，說明有單質(zhì)碘)

7．海水中溴元素以Br－形式存在，工業(yè)上用空氣吹出法從海水中提取溴的工藝流程如圖：

(1)步驟①反應(yīng)的離子方程式是___________________________，

步驟③反應(yīng)的化學(xué)方程式是______________________________。

(2)從理論上考慮，下列物質(zhì)也能吸收Br2的是________(填序號)。

A．NaOH B．FeCl2

C．Na2SO3 D．H2O

(3)步驟③中氧化劑是________，若反應(yīng)中生成2 ml HBr，則消耗________ml SO2。

(4)根據(jù)上述反應(yīng)判斷SO2、Cl2、Br2三種物質(zhì)氧化性由強到弱的順序是________________。

[解析] (1)讀懂流程圖，可以寫出2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－，SO2＋Br2＋2H2O===2HBr＋H2SO4。(2)只從理論上考慮，NaOH具有強堿性，能吸收Br2，F(xiàn)e2＋、SO eq \\al(\s\up1(2－),\s\d1(3))具有還原性也能吸收Br2，但Br2在水中的溶解度較小，不能充分吸收。(3)Br2＋SO2＋2H2O===H2SO4＋2HBr，該反應(yīng)中氧化劑為Br2，還原劑為SO2，反應(yīng)中每生成2 ml HBr，則消耗1 ml SO2。(4)最后再向含HBr的溶液中通入適量Cl2，蒸餾得到Br2。經(jīng)過上述反應(yīng)過程知氧化性由強到弱的順序為Cl2>Br2>SO2。

[答案] (1)2Br－＋Cl2===Br2＋2Cl－ SO2＋Br2＋2H2O===H2SO4＋2HBr

(2)ABC (3)Br2 1

(4)Cl2>Br2>SO2

8．通過海水晾曬可得粗鹽，粗鹽中除含有NaCl外，還含有MgCl2、CaCl2、Na2SO4以及泥沙等雜質(zhì)。制備精鹽的各步操作流程如下：

(1)在第⑦步蒸發(fā)過程中要用玻璃棒攪拌，目的是___________________。

(2)第②、④步操作的目的分別是除去粗鹽中的Na2SO4和CaCl2，需要加入的試劑依次是________(填化學(xué)式)。

(3)第⑥步操作中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為______________________。

(4)在第③步操作中，選擇的除雜試劑不能是KOH溶液，理由是___________________________。

(5)第⑤步操作中，需要的儀器有_________、_________、_________、_________。

[解析] (1)在第⑦步蒸發(fā)過程中要用玻璃棒攪拌，目的是防止液體局部受熱溫度過高，造成液滴飛濺。(2)第②步操作的目的是除去粗鹽中的硫酸鈉，則需要加入過量BaCl2溶液，第④步操作是為了除去CaCl2及過量的BaCl2，則需要加入過量Na2CO3溶液。(3)第⑥步操作的目的是除去濾液中過量的氫氧化鈉和碳酸鈉，所以發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑。(4)不能用KOH溶液、會引入新雜質(zhì)K＋。

[答案] (1)防止液體局部受熱溫度過高，造成液滴飛濺

(2)BaCl2、Na2CO3

(3)NaOH＋HCl===NaCl＋H2O，Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑

(4)會引入新雜質(zhì)K＋ (5)漏斗燒杯玻璃棒鐵架臺(帶鐵圈)

色、態(tài)
密度
溶解性
特性
CCl4溶液
溴
深紅棕色液體
均比水的大
水中：微溶；有機溶液中：易溶
易揮發(fā)
橙紅或紅棕色
碘
紫黑色固體
易升華
紫紅色

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