第二单元 2.3 从海水中提取溴和碘汇总

2.3 从海水中提取溴和碘
【学习目标】
1.知道从海水中提取溴和碘的基本原理，了解提取过程，认识开发利用海水资源的重要意义。

2.知道溴和碘的性质。

3.掌握氯、溴、碘的原子结构与性质的相似性和递变性，认识结构、性质和用途之间的联系。

4.理解氧化-还原反应的本质，树立“对立与统一”等辩证唯物主义观点。

5.掌握Cl -、Br -、I -离子的检验方法，提高检验物质的实验技能。

6.学会有关化学反应的基本计算，会进行过量反应的计算。

【学习内容】
Ⅰ 相关知识回顾
1.化学基本概念和基本理论。

（1）氯原子的结构示意图与电子式。

氯原子的结构示意图为： 氯原子的电子式为：
氯原子的最外层有7个电子，在反应中易得到电子，是活动性很强的非金属。

（2）氧化-还原反应（得氧与失氧）。

得到氧的反应称为氧化反应，失去氧的称为还原反应。

2.化学实验技能。

试管实验技能。

在没有注明用量的情况下，试管内一般用2-3毫升，加入另一试液时要逐滴滴加，滴加后需振荡，使反应液混合。

滴管不要伸入试管内，以免污染试液。

3.元素化合物知识。

氯及其化合物的知识。

氯原子的核外有三个电子层，最外层有7个电子，原子半径较小，在化学反应中易得到电子。

氯气是一种有刺激性气味的黄绿色气体，有毒。

常用于自来水的消毒、杀菌。

氯气是化学活动性很强的非金属单质，易于几乎所有金属、大多数非金属、水和碱溶液等反应。

氯气的化合物性质较稳定。

食盐是最常见的氯的化合物，化学性质稳定，很难变成氯气。

工业上利用食盐生产氯气是在通直流电条件下进行的。

氯离子与氯分子是两种完全不同的微粒。

氯化钠中存在氯离子，但不存在氯分子。

氯离子是没有颜色的。

4.海水中提取食盐。

5.海水中氯化钠的含量很高，提取时常采用将海水引入盐田，利用日光、风力使其蒸发浓缩，达到饱和后进一步使食盐结晶析出。

这种方法称太阳能蒸发法（即盐田法）。

Ⅱ 新知识点讲解
一、从海水中提取的元素---溴和碘
1.从海水中提取溴。

地球上99%以上的溴都蕴藏在汪洋大海中，故溴还有“海洋元素”的美称。

目前世界上生产的溴，80%以上是从海水中提取的。

尽管有溴是“海洋元素”之说，但海水中的溴元素的含量较少，据测定，海水中的溴含量约为65mg/L ，提取时首先将海水浓缩，再用氯气将溴离子氧化为单质溴，根据溴的沸点比水低的特点，通入水蒸气将溴+17 2 8 7Cl .......
和水蒸气一起挥发出来，冷凝后得到粗溴。

再将粗溴精制得到高纯度的溴。

从海水中提取溴的流程可简单表示如下：
氯气与溴离子反应的离子方程式为：Cl2+2Br-→Br2+2Cl-
溴的物理性质主要有：
溴在常温下是深红棕色、密度比水大、易挥发的液体，具有刺激性气味，溴的蒸汽有毒，且具有强烈的腐蚀性。

实验室里保存液溴时应注意：放在棕色瓶中，加少许水以防止溴的挥发，试剂瓶塞不能用橡皮塞，而用玻璃塞，密闭。

溴的用途很广，主要用于制药工业。

医院里普遍使用的镇定剂，有一类就是用溴的化合物制成的，如溴化钾、溴化钠、溴化锂等，通常用于配成“三溴片”，可以治疗神经衰弱和歇斯底里症。

大家熟悉的红药水就是溴与汞的有机化合物，金霉素，氯霉素，四环素等也都少不了溴，溴还可以制成熏蒸剂、杀虫剂、抗爆剂等。

2. 从海水中提取碘。

碘在海水里的含量比氯和溴更为稀少。

如果直接用海水提取碘，是无法以合算的方法直接提取的。

幸而，海藻类植物替我们做了这件工作，它们具有很强的富集碘的能力。

将海藻类植物晒干后灼烧，其中的有机物转化为二氧化碳和水，留下无机物，在此同时，碘的有机物也转化成碘的无机物。

从海藻灰里，就能便宜地得到相当数量的碘。

从海带中提取碘的流程可简单表示如下：
氯气与碘离子反应的离子方程式为：Cl2+2I-→I2+2Cl-
碘的物理性质主要有：
单质碘是紫黑色固体，在水中溶解度很小，几乎不溶于水，但能溶于酒精（所得溶液俗称碘酒）、氯气、四氯化碳等有机溶剂中。

单质碘加热时，不仅过熔化直接变成紫红色蒸汽，这种由固体不经液体直接变成气态的现象叫做升华。

碘蒸气遇冷后，又重新聚成固体的单质碘。

想一想：试设计一个实验将散落在泥沙里的碘分离出来。

单质碘还有一个特殊性质是能使淀粉溶液变蓝，根据这一特性，我们可以用单质碘检验淀粉的存在，也可以用淀粉检验单质碘的存在。

碘是人体必需的微量元素。

它是甲状腺的主要组成部分，具有重要的生理功能。

缺碘会引起甲状腺肿大和克汀病（呆小症）。

人体摄入丰富的海产品、海带等，可预防缺碘造成的危害。

目前通常用的碘盐就是在普通食盐中加入一定量的碘酸钾。

想一想：已知有如下离子方程式：IO3-+5I-+6H+→3I2+3H2O，试设计实验检验某食盐是否是加碘盐？
碘的用途很广泛。

大量用于制药，用于分析试剂等。

含有碘元素的碘化银可以用于人工降雨。

将碘化银粉末散布在云层里，云层里的水蒸气会以碘化银为核心凝聚起来，成为小雨点而降落到地面。

思考题：1 怎样知道溴和碘在水中的溶解度不大，却易溶于有机溶剂？
2. 如何将碘水中的碘萃取出来？
3.选用萃取剂应满足哪些条件？
3.探究氯、溴、碘性质变化的规律。

（1）从提供的资料探究变化的规律。

下表卤素单质的一些主要物理性质：
从上表中你探究到哪些变化规律？
物质的性质由物质的结构决定，物质的性质发生规律性的变化是物质结构发生规律性变化的具体反映。

不同卤素单质的性质不同，表明不同卤素分子的内部结构不同；不同卤素单质的性质存在规律性变化，表明不同卤素分子的内部结构呈规律性变化。

（2）从核外电子排布规律探究卤素的原子结构。

原子核外电子排布的三个规律：
①电子从能量低的逐步排布到能量高的电子层中。

②每个电子层最多容纳2n2个电子。

③最外层电子数目不超过8个，次外层不超过18个，倒数第三层不超过32个。

氯、溴、碘的质子数分别为17、35、53，试根据原子核外电子排布规律，写出它们的原子结构示意图。

氯、溴、碘的原子结构示意图分别如下：
思考：试总结氯、溴、碘的核外电子排布的异同。

（3）从卤素的原子结构探究卤素化学性质的相似性和递变性。

①理论推测。

物质的化学性质是由物质的结构所决定的。

从氯、溴、碘的原子结构特点分析，它们的最外电子层上都有7个电子，在化学反应中都可以得到电子，成为8个电子的稳定结构，所以它们都是活泼的非金属元素。

但随着氯、溴、碘的顺序，它们的电子层数增加，原子半径增大，原子核对外层电子的作用力减弱，得到电子的能力减弱，化学活动性减弱。

②实验检验。

从上述原子结构分析，氯、溴、碘的活动性顺序为Cl＞Br＞I。

事实是否如此呢？我们不妨做下列实验。

我们已经知道，较活泼的金属能把较不活泼的金属从它的盐溶液中置换出来。

同样可以推测，较活泼的非金属也能将较不活泼的非金属从它的盐溶液中置换出来。

由此可见，上述实验证明者氯气的活动性强于溴，溴的活动性强于碘，氯、溴、碘的非金属活动性顺序为Cl＞Br＞I。

实验再一次证明，物质的性质由其结构决定。

那么，从氯、溴、碘的原子结构和已知的氯气的性质能否可以预测溴与碘的化学性质呢？回答是肯定的。

①与金属反应
氯原子的最外层电子上有7个电子，溴与碘原子的最外层也有7个电子，它们在化学反应时都可以得到电子，因此，氯气可以在一定条件下与金属反应，溴和碘也能在一定条件下与金属反应，体系了溴、碘和氯的原子结构和化学性质相似性。

但按氯、溴、碘的顺序，它们反应的具体条件不同（越来越高），生成物中金属的化合价也可能不同（与金属反应时，生成物中金属的化合价可能变低），原因是它们的电子层数递增，原子半径增大，得电子能力减弱。

氯、溴、碘的原子结构上的递变性导致了它们的化学性质的递变性，这些都是结构决定性质的体现。

②与非金属反应
氯气、溴与碘都能与氢气在一定条件下反应，体现了它们的化学性质相似性。

氯气只要在点燃或光照条件下就能与氢气剧烈反应，反应时放出大量的热，并发生爆炸。

溴与氢气在500℃加热条件下才能缓慢反应，放出的热量也比氯气少得多。

碘与氢气要在不断加热条件下才能缓慢反应，且生成的碘化氢不稳定，同时发生分解，生成碘化氢的反应是一个吸热反应。

这些都体现了随氯、溴、碘的顺序，化学活动性在不断减弱。

思考：反应的难易与反应的热效应有何关系？
③与水反应
④与碱反应
卤素单质与碱反应可以理解为这些单质先与水反应，生成的酸再与碱反应，这样就很容易得到如下化学方程式。

综上所述，氯、溴、碘的化学性质有相似性和递变性。

思考题：①试管壁上附着单质碘，究竟用哪些化学试剂洗涤比较恰当？
②如何回收萃取碘后的四氯化碳？
③将氯气通入氢氧化钠溶液中，生成物中有没有次氯酸？
④比较物质的化学活动性有哪些基本方法？
二、进一步认识氧化-还原反应
1.从得氧与失氧的观点认识氧化-还原反应
用氢气还原氧化铜的反应如下：
氧化铜和氢气反应时，氧化铜失去氧原子，被还原为铜单质；氢气得到氧原子，被氧化为水。

那么，没有氧原子得失的反应是否是氧化-还原反应？
探究：怎样的反应是氧化-还原反应。

已知下表中的反应：
根据表中的方程式，试总结怎样的反应是氧化-还原反应？
从上表中我们可以看出，氧化-还原反应不一定是有氧原子得失。

但氧化-还原反应在化学反应前后都有元素的化合价升降，而非氧化-还原反应在化学反应前后元素的化合价没有发生变化。

2. 从化合价升降的观点认识氧化-还原反应。

剖析氢气还原氧化铜的反应中化合价升降情况。

氧化铜中的铜元素在反应中化合价降低，被还原；氢气中的氢元素在反应中化合价升高，被氧化。

发生化合价降低的物质是氧化剂，在反应中被还原（发生还原反应）；发生化合价升高的物质是还原剂，在反应中被氧化（发生氧化反应）。

试分析氯气与铁反应中化合价升降情况。

试分析上述氧化-还原反应中化合价升高和降低之间有何关系？
在同一氧化-还原反应中，化合价升高和降低的总数总是相等的。

3.从电子转移的观点认识氧化-还原反应。

已知氯气与铁反应中化合价升降情况如下。

试分析该反应中的电子转移情况。

从上分析可知，化合价升降与电子转移的密切关系。

电子转移的表示方法：
（1）用箭头表明同一元素的原子在反应过程中
．．．．．．．．．．．．．得到或失去电子的情况。

（2）用箭头表示反应物中不同元素间
．．．．．．．．．电子转移的情况。

注意两种表示方法的区别：第（1）种表示方法中的箭头仅表示某种元素化合价变化的过程，不表示电子得失情况。

得失电子情况需用文学表示出来。

第（2）种表示方法中的箭头直接表示了电子转移的方向。

氧化-还原反应小结：
①反应律
得（得电子）、降（化合价降低）、还（被还原），是氧化剂
失（失电子）、升（化合价升高）、氧（被氧化），是还原剂
②守恒律
在整个氧化-还原反应中，化合价升高与降低的总数相等。

在整个氧化-还原反应中，氧化剂得到电子与还原剂失去电子总数相等。

③价态律
元素处于最高价态时只有氧化性；元素处于最低价态时只有还原性；元素处于中间价态时既有氧化性，又有还原性，但以一种性质为主；物质含有多种元素，其性质是这些元素性质的综合表体现。

思考题：
1. 已知某强氧化剂MO(OH)2+能被Na2SO3还原到较低价态，而Na2SO3氧化为Na2SO4。

若还原
2.4×10-3molMO(OH)2+至低价态时，消耗掉0.2mol的Na2SO3溶液30ml，则M的低价态是（）
A.+1
B.-1
C. 0
D.-2
2.试总结氧化-还原与四类基本反应类型之间的关系。

三、怎样检验Cl-、Br-、I-
探究一：怎样检验一瓶水是蒸馏水还是自来水？
理论推测：
蒸馏水是纯净物，只有水分子存在。

自来水的生产过程中一般用氯气消毒，溶液中含有水分子、氯分子、次氯酸跟分子和氢离子等多种微粒。

因此，我们只要检验自来水中含有而蒸馏水中不存在的微粒，就可以证明这瓶水不是蒸馏水，而是自来水。

实验检验：
按右图检验，观察想象。

我们可以观察到，盛有蒸馏水的试管中无明显现象，畅游自
来水的试管中出现浑浊。

这白色浑浊是由于什么物质呢？
自来水中含有氯离子，稀盐酸中也含有氯离子。

用稀盐酸代
替自来水，加入硝酸银溶液，发生什么现象？
我们从实验中同样可以观察到产生白色浑浊。

由此可以得出
结论：在自来水中加入硝酸银后产生白色浑浊，可能因为硝酸银
溶液中的银离子与氯离子发生了反应生成氯化银的缘故，它是一
种难溶于水的白色沉淀。

Ag++Cl-→AgCl↓
上述反应的式子称离子方程式。

上述离子方程式表明，只要溶液中有Cl-，加入含Ag+的溶液，就会生成AgCl白色沉淀。

如氯化钠溶液遇硝酸银溶液混合，也能产生白色浑浊。

因此，离子方程式更能体现反应的实质。

探究二：在溶液中加入硝酸银溶液后产生白色浑浊，则原溶液中是否一定含有Cl-？
理论推测：
硝酸银中的硝酸根离子是不会产生沉淀的，若产生沉淀，一定是硝酸银中的Ag+与溶液中的某种离子结合，生成难溶于水的物质。

为探究这一问题，我们可以选用阴离子不同而
阳离子相同的物质，用实验加以证明。

实验检验：
按右图实验，观察现象。

实验现象：两个试管中均出现白色浑浊。

由此可见，溶液中加入AgNO3溶液后产生白色沉淀不一定存在Cl-。

那么，如何将Ag2CO3与AgNO3两种白色沉淀区别出来呢？
理论推测：
Ag2CO3是弱酸盐，AgCl是强酸盐。

根据强酸制弱酸的原理推测，不溶性的弱酸盐一般能与强酸溶液反应而溶解，而不溶性的强酸盐不与强酸反应。

实验检验：
在上述生成的两种沉淀中加入硝酸银，观察现象。

实验中我们清楚地看到，AgCl不溶于稀硝酸中，而Ag2CO3溶解于稀硝酸
中。

有关的离子方程式：
结论：检验氯离子是所用的试剂为硝酸银溶液和稀硝酸。

加入稀硝酸的目的是避免其他阴离子对检验氯离子是产生的干扰。

探究三：如何检验Br -、I -？
理论推测：
C l-遇Ag +产生沉淀，溴、碘与氯的原子结构相似，故Br -、I -、与Cl -可能有相似的性质。

如果Br -、I -遇Ag +也产生沉淀，且沉淀的颜色各不相同，则可以用硝酸银溶液将它们区别开。

如果虽然也产生沉淀，但沉淀的颜色相同，加入稀硝酸也不溶解，则不能用硝酸银溶液和稀硝酸将其鉴别出来。

实验检验：
在NaBr 溶液和KI 溶液分别滴加AgNO 3溶液，观察现象。

我们可以看到，在NaBr 溶液中产生浅黄色沉淀，在KI 溶液中产生黄色沉淀，若在滴入硝酸银，两种沉淀均不溶解。

遇Ag +产生白色沉淀的离子不一定是Cl -，由此可推测，遇Ag +产生浅黄色或黄色沉淀的离子也不一定是Br -或I -，因此，检验Cl -、Br -、I -时，所用的试剂是硝酸银溶液和稀硝酸。

（例：Ag 3PO 4是一种难溶于水的黄色沉淀，但它能溶于稀硝酸中。

）
离子方程式：
卤化银（AgCl 、AgBr 、AgI ）的共性：
① 均是难溶于水和酸的物质，但颜色随AgCl 、AgBr 、AgI 的顺序依次变深。

② 见光分解，生成黑色的极微小的银粒。

2AgX→2Ag+X 2（X 代表Cl 、Br 、I ）
卤化银的用途：
① 感光材料
② 变色镜
③ 碘化银用于人工降雨。

思考题：试设计两种方法将KCl 、KBr 、KI 三种溶液区别出来。

四、有关化学反应的计算
1.化学反应中不同物质之间的计量关系。

思考:化学方程式中有哪些计量关系？
(1)化学方程式中不同物质之间的计量关系
质量关系：各种不同物质间的质量比例关系。

物质的量关系：各种不同物质间的物质的量比例关系。

微粒个数关系：各种不同物质间的微粒个数比例关系。

体积关系：各种不同气体物质间的体积（同温同压下）比例关系。

压强关系：各种不同气体物质间的压强（同温同容下）比例关系。

例：电解水的化学方程式中所表示的不同物质间的计量关系:
2H
2O 通电
2H 2 +O 2
(2) 计算不同物质的计量关系时，也可以用关系式。

2H 2O~2H 2~O 2
质量比 9:1:8
物质的量比 2:2:1
个数比 2:2:1
体积比 2:1（同温同压下）
压强比 2:1（同温同容下）
根据不同的计算要求，还可选择其中某部分列出关系式。

如 H 2O~H 2（即2H 2O~2H 2）；H 2O~O 2。

注意：
① 化学方程式中各物质的质量比是依据各物质的化学式的式量计算出来的，它只能是纯物质之间的质量关系。

② 关系式是依据化学方程式得出来的，因此书写化学方程式时一定要配平。

③ 关系式还可以根据原子个数守恒得出。

例如：
书写KClO 3与O 2的关系时，按照KClO 3与O 2中O 原子个数守恒，可得到如下关系：2KClO 3~3O 2 若写成KClO 3~O 2或2KClO 3~O 2都是错误的。

对于连续多步反应，要找出反应物和生成物之间的计量关系，利用原子个数守恒就非常简便。

如工业上生产硫酸，虽然由硫经过一系列联系连续反应，最终才得到硫酸。

但在整个过程中硫元素2没有转化为其他物质，全部转化到产品硫酸中。

因此，根据硫原子个数守恒，得如下关系：S~H 2SO 4
(3) 反应前后物质的质量增减。

对任何一个化学反应，参加反应的各物质的质量和必然等于反应后生成的各物质的质量总和（质量守恒定律）。

若分析其中某反应物，由于它参加反应转变成生成物，质量必然发生改变，且其质量改变量与该物质的质量之间也必然存在比例关系。

例如：在加热条件下一氧化碳还原氧化铜的反应：
在反应中氧化铜被还原生成铜，一氧化碳被氧化成二氧化碳，反应前后固体或气体物质的质量变化如何？可利用关系式进行分析。

固体：CuO~Cu~质量减少
80 64 80-64=16
气体：CO~CO 2~质量增加
2KClO 3催化剂2KCl+3O
2
CuO+CO Cu+CO
2
28 44 44-28=16
可以看出，反应后固体物质的质量减少，气体物质的质量增加，且固体减少和气体增加的质量相等。

若已知反应前后固体质量减少3.2克，则可通过关系式计算参加反应的CuO的质量。

CuO~Cu~质量减少
80 64 80-64=16
X 3.2克
列数学比例式，80：x=16:3.2，解得x=16（克），即有16克的CuO被还原为单质Cu。

很显然，计算时可以把反应前后物质的质量改变量作为方程式的一项看待。

同理，还有反应前后物质的量增减、气体体积增减、气体的压强增减等。

用这些反应前后的量增减的计算，统称为差量法。

2.有关化学方程式计算的一类典型计算------某一物质过量计算。

过量计算这类计算的一般特征：同时给出两种反应物的量，计算时按以下步骤进行。

①判断哪种物质过量；
②按量不足的物质计算。

过量计算的判断方法-----假设法。

假设法（假设某一物质完全反应，计算另一物质的理论消耗量，然后与真实质量相比）。

课堂例题讲解
例18 mol H2与6 mol O2充分反应，求生成水的质量。

解：设氢气完全反应，据反应关系[n（H2）:n(O2)=2:1]知，需氧气4mol，小于氧气的实际量，则氧气过量，氢气完全反应掉。

因此，计算生成水的质量时，应以氢气的量来进行计算。

例20.15mol碳酸钙跟20 ml 20%盐酸（ρ=1.1g/cm3）充分反应后，可制得标准状况下二氧化碳的体积是多少？
例3 将20ml二氧化氮和氨气的混合气体在一定条件下充分反应，发生如下反应：6NO2+8NH3→7N2 +12H2O。

已知参加反应的二氧化氮比氨气少2ml（气体体积均在相同状况下测定），则原混合气体中二氧化氮与氨气的体积比为____________。

例4 用ag氯气和bg氢气化合生成氯化氢气体，反应后生成氯化氢气体多少克？
课堂练习
1.已知硫的非金属性比较弱。

将下列物质分别加入到溴水中，使溴水颜色不变淡的是（）
A. 氢硫酸
B. 四氯化碳
C. 镁粉
D. 氯化钾固体
2.某溶液中含有Cl-、Br-、I-，它们之间的物质的量之比为2：3：4，若要使溶液中的Cl-、Br-、I-的物质的量之比为4:3:2，则需通入Cl2的物质的量是原溶液中I-的物质的量的（）
A. 1/2
B. 1/3
C. 1/4
D. 1/5
3.碘缺乏症遍及世界，给人类的智力与健康造成了极大的伤害。

1991年，我国政府向全世界作出了“到2000年在全国消灭碘缺乏症”的庄严承诺。

请回答下列问题
（1）人体中的碘主要存在于________内，由碘合成的这种激素具有____________等生理功能。

（2）为了防止碘缺乏病，各国都采取了一些措施，其中最根本的措施是______________,你认为还可采取的办法有_________、_________等。

（3）已知在溶液中IO3-可和I-发生反应：IO3-+5I-+6H+→3I2+3H2O。

根据次反应，可采用试纸和一些日常生活中常见的物质进行实验，以证明食盐中存在IO3-，可供选用的物质有：①自来水；②蓝色石蕊试纸；
③碘化钾淀粉试纸；④淀粉；⑤食堂；⑥食醋；⑦白酒。

进行上述实验时必须使用的物质是（）
A.①②
B.③⑥
C.②④⑥
D.①②④⑤⑦
4.某种氯化镁粉末，含有下列某种物质中的一种。

取该氯化镁粉末95mg溶于水后，与足量的硝酸银溶
液反应，将生成的沉淀过滤、干燥后，得到氯化银沉淀300mg，则该氯化镁中的杂质可能是（）
A. NaCl
B. AlCl3
C. KCl
D. CaCl2
5.检验卤素离子时，为什么在加入硝酸银溶液后还要加入硝酸？
6.两种金属的混合粉末15g，跟足量盐酸充分反应时，恰好得到11.2L标况下的氢气，下列各组金属能构成符合上述条件的混合物的是（）
A. Mg和Ag
B. Cu和Zn
C. Al和Fe
D.Mg和Al
7. 质量分数为25%的氨水的密度为0.92g/cm3，质量分数为5%的氨水的密度为0.98g/cm3，将这两种氨水等体积混合，混合后所得氨水的质量分数（）
A. 等于15%
B. 大于15%
C. 小于15%
D.无法判断
8. 标准状况下，将350体积氨气溶于1体积水中，所得氨水的密度为0.92g/cm3，求此氨水中溶质的质量分数是多少？。