河南省荥阳三中高中化学化学与资源开发利用(第10课时)《海水提镁从海水中提取重水》三案一课学案新人教版

第10课时海水提镁从海水中提取重水

学案

【学习目标】

1.掌握海水提镁的原理与工艺流程。

2.了解从海水中提取重水的工艺流程。

【重点难点】

1.海水提镁的原理与工艺流程

2.海水中提取重水的工艺流程

课前预习

【情景材料】我国的镁矿储量世界第一，是世界上最大的镁生产和出口国，2003年，原镁产量占全球的63%。目前主要是通过煅烧陆地天然菱镁矿来制取镁，用这种方法制得的氧化镁，纯度不高，还要消耗大量的能源，并且对环境污染很大。

海水提镁自本世纪40年代开创以来，发展极快，目前世界上生产的镁已有60％取自海水中，英国、美国、日本在这方面走在前列。因为这种方法不仅可以得到高纯度的镁，而且能耗低、没有污染。我国近几年也开始了研究工作，相信在不久的将来即可实现海水提镁的工业化生产。

海水中的镁主要是氯化镁，浓度很小，那么人们如何利用自然资源从海水中把氯化镁提取出来，又怎样将氯化镁中的镁还原出来呢？

【预习内容】

根据教材有关内容填写下列空白：

一、海水提镁

1.原理

电解熔融的MgCl2就可以得到金属镁和氯气。

2.提取过程

3.主要化学反应或离子反应

①制备石灰乳：、。

②沉淀Mg2＋：

③制备MgCl2：

④电解MgCl2：

二、从海水中提取重水

提取重水的方法有法、法、法和法，其中常用的一种是，交换按下列反应进行：，重水D2O可作原子反应堆的中子减速剂和传热介质(重水堆)。

预习内容答案

一、石灰乳Mg(OH)2盐酸 MgCl2 Mg＋Cl2

CaCO3CaO＋CO2↑ CaO＋H2O=Ca(OH)2 Mg2＋＋Ca(OH)2===Mg(OH)2↓＋Ca2＋

Mg(OH)2＋2HCl==MgCl2＋2H2O MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑

二、蒸馏电解化学交换吸附硫化氢—水双温交换法

H2O(l)＋HDS(g)==HDO(l)＋H2S(g)

堂中互动

【问题探究1】海水提镁的工艺流程和有关反应原理怎样？

【教师点拨】海水资源提取金属镁的生产步骤：加熟石灰→过滤→加盐酸→浓缩、结晶、脱水、干燥→熔融电解。

分析解答:

【即学即练1】海水中镁的总储量约为2.1×1015t，目前世界上60%的镁来自海水。工业规模海水提镁的流程如下图所示：

试回答下列问题：

(1)海水提镁的过程中①、②反应的化学方程式：

①______________________________________，

②______________________________________。

(2)由氯化镁溶液制取无水氯化镁固体，其操作过程是

____________________________________________________。

(3)为了使MgSO4，完全转化为Mg(OH)2，则加入的生石灰须过量，然后分离得Mg(OH)2沉淀，考虑Ca(OH)2溶解度，应该用________法分离。

(4)金属镁、铝的工业冶炼方法既有相似之处，又有不同之别，下表是氧化镁和氯化镁的熔沸点数据：

物质氧化镁氯化镁

熔点(℃)2852 714

沸点(℃)3600 1412

工业上炼镁采用电解熔融氯化镁，而冶炼铝则用电解熔融的Al2O3，其原因是_________

______________________________________________________________________________。

1.(1)①CaCO3CaO＋CO2↑

②MgCl2(熔融)Mg＋Cl2↑

(2)先加热蒸发、冷却结晶得到MgCl2·6H2O，然后在HCl气氛中加热得到无水MgCl2

(3)低温过滤

(4)MgCl2的熔点较MgO的熔点低，熔融MgCl2消耗较少的能量，节约能源，降低成本；AlCl3是共价化合物，熔融不导电，只能电解熔融(熔于冰晶石中)Al2O3生产铝。

【解析】(1)贝壳的主要成分是CaCO3，高温CaCO3分解生成CaO和CO2，CaO与H2O生成的Ca(OH)2又与Mg2＋生成Mg(OH)2，Mg(OH)2加HCl在一定条件下生成无水MgCl2，电解MgCl2 (熔融)在阴、阳极上分别得Mg和Cl2。

(2)对MgCl2溶液加热蒸发得到MgCl2·6H2O，由于MgCl2·6H2O在受热条件下易水解，为防止水解应在HCl气氛中加热脱水转化为无水MgCl2。

(3)因为Ca(OH)2的溶解度是随温度升高而降低，为了减少Ca(OH)2与Mg(OH)2共沉，所以在低温下过滤，所得Mg(OH)2纯度较高。

(4)AlCl3是共价化合物，熔化后不导电，故可电解熔化的Al2O3得铝单质；而从表可看出MgO的熔点较MgCl2高，虽然电解两种物质均可得到单质镁，但熔化MgO比MgCl2消耗更多的能量，从经济角度考虑，一般多用电解熔融MgCl2法制Mg。

【问题探究2】海水提镁整个生产过程中涉及到平衡理论的应用问题，请你指出并加以阐述。【教师点拨】从沉淀溶解平衡原理的应用和水解平衡原理的应用角度分析。

分析解答：工业生产中平衡原理的应用

(1)沉淀溶解平衡原理的应用

①向海水中加入沉淀剂Ca(OH)2，由于c(OH－)增大，Mg(OH)2的溶解度小于Ca(OH)2，则最大程度地将Mg2＋转化为Mg(OH)2沉淀。

②向Mg(OH)2沉淀中加入盐酸，使沉淀溶解平衡右移，Mg(OH)2溶解。

(2)水解平衡原理的应用