第15講鹵族元素與海洋化學資源的綜合利用(基礎課)1．了解鹵族元素的相似性和遞變性。2．了解海洋化學資源的綜合利用(海水淡化，從海水中提取溴、鎂，從海帶中提取碘)。鹵族元素及鹵素離子檢驗1．鹵素的性質(1)鹵素單質的相似性鹵素原子核外最外層電子數均為7，易得到電子，表現非金屬性。①都能與大多數金屬反應，如2Fe＋3Br2=2FeBr3，但I2與Fe反應生成FeI2。②都能與H2反應生成HX：X2＋H2=2HX(X代表F、Cl、Br、I，下同)。③都能與水反應：X2＋H2OHX＋HXO(F2例外：2F2＋2H2O=4HF＋O2)。④都能與堿溶液反應：X2＋2OH－=X－＋XO－＋H2O(F2例外)。(2)鹵素的遞變性鹵素(從F→I)的電子層依次增多，原子半徑逐漸增大，非金屬性逐漸減弱。顏色常態，熔、沸點密度水溶性氧化性還原性(X－或HX)(3)鹵素及其化合物的特性氟①F2氧化性最強，F－的還原性最弱②與H2反應在暗處即爆炸，F2與鹽溶液反應時，F2先與H2O反應③HF是弱酸，能腐蝕玻璃，故應保存在鉛制器皿或塑料瓶中；有毒溴①Br2是深紅棕色液體，易揮發②Br2易溶于有機溶劑，CCl4、汽油可作Br2的萃取劑③盛溴的試劑瓶中加水，進行水封，保存液溴時不能用橡膠塞④AgBr具有感光性，見光易分解，可用于制照相底片或感光紙碘①I2遇淀粉變藍色②I2加熱時易升華③I2易溶于有機溶劑④食用鹽中加入KIO3可用于補碘，防治甲狀腺腫大⑤AgI具有感光性，見光易分解，可用于人工降雨2．鹵素離子的檢驗(1)AgNO3溶液——沉淀法未知液eq\o(→,\s\up10(①滴加AgNO3溶液),\s\do10(②稀硝酸))生成eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(白色沉淀，則有Cl－,淡黃色沉淀，則有Br－,黃色沉淀，則有I－))(2)置換——萃取法未知液eq\o(→,\s\up10(加適量新制飽和氯水),\s\do10(振蕩))eq\o(→,\s\up10(加入CCl4下層或苯上層),\s\do10(振蕩))有機層eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(紅棕色或橙紅色，表明有Br－,,紫色、淺紫色或紫紅色，表明有I－))(3)氧化——淀粉法檢驗I－未知液eq\o(→,\s\up10(加入適量新制飽和氯水或雙氧水),\s\do10(振蕩))eq\o(→,\s\up10(加入淀粉溶液),\s\do10(振蕩))藍色溶液，表明有I－Br2、I2在水、有機溶劑中的顏色比較Br2I2水橙色→黃色褐色→黃色有機溶劑(苯、CCl4、汽油)橙紅色→橙色紫色→紫紅色鹵素的性質及應用1．下列關于鹵素(用X表示)的敘述，錯誤的是________(填字母)。A．鹵素單質與水反應均可用X2＋H2OHXO＋HX表示B．HX都極易溶于水，它們的熱穩定性隨X的核電荷數的增加而減小C．鹵素單質的顏色由F2→I2隨相對分子質量增大而變深D．X－的還原性依次為F－<Cl－<Br－<I－E．鹵素單質與Fe反應均生成＋3價鐵的鹵化物F．F2通入NaCl溶液中可生成Cl2G．鹵化氫的穩定性由F→I逐漸減弱[答案]AEF2．某化學小組用如圖所示裝置驗證鹵素單質氧化性的相對強弱。下列說法不正確的是()A．E處棉花球變成黃色，說明Cl2的氧化性比Br2強B．F處棉花球變成藍色，說明Br2的氧化性比I2強C．E處發生反應的離子方程式為Cl2＋2Br－=2Cl－＋Br2D．G裝置中NaOH溶液與Cl2反應的離子方程式為2OH－＋Cl2=ClO－＋Cl－＋H2OB[在F處，可能是未反應完的Cl2與KI發生反應置換出I2，使淀粉變藍色，不能說明Br2的氧化性比I2強。]鹵素離子的檢驗3．鑒別NaCl溶液、NaBr溶液、NaI溶液可以選用的試劑是()①碘水、淀粉溶液②氯水、CCl4③溴水、苯④硝酸、AgNO3溶液⑤氯水、苯⑥CCl4、淀粉溶液A．①②④B．②③⑥C．②④⑤D．④⑤⑥C[①無法鑒別三溶液，③無法鑒別NaCl和NaBr溶液，⑥無法鑒別三溶液。]4．建筑工地常用的NaNO2因外觀和食鹽相似，又有咸味，容易使人誤食中毒。已知NaNO2能發生如下反應：NaNO2＋HI=NO↑＋I2＋NaI＋H2O(1)配平上述反應，將化學計量數填入中。(2)根據上述反應，利用試紙與生活中的常見物質：①水、②淀粉-KI試紙、③淀粉、④白酒、⑤食醋，鑒別NaNO2和NaCl，實驗時最適合的組合為________(填序號)。[答案](1)242122(2)②⑤海洋化學資源的綜合利用1．海水資源的開發利用(1)海水水資源的利用海水水資源的利用，主要包括海水淡化和直接利用海水進行循環冷卻等。(2)海水淡化方法及原理淡化方法原理蒸餾法將海水加熱蒸發汽化，然后蒸氣冷凝而得到蒸餾水電滲析法利用陰、陽離子交換膜對水中陰離子、陽離子的選擇性透過，在外加直流電場作用下，使水中的一部分離子轉移到另一部分水中而達到除鹽目的離子變換法用陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂除去海水中的陽離子和陰離子得到去離子水2．海水中化學資源的開發利用(1)氯堿工業海水→粗鹽eq\o(→,\s\up10(精制))飽和食鹽水eq\o(→,\s\up10(電解))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(陽極產物：Cl2,陰極產物：H2和NaOH))①電解NaCl溶液：(寫出化學方程式，下同)2NaCl＋2H2Oeq\o(=,\s\up10(通電))2NaOH＋H2↑＋Cl2↑。②產物制氯化氫：H2＋Cl2eq\o(=,\s\up10(點燃))2HCl。③制漂白液：Cl2＋2NaOH=NaCl＋NaClO＋H2O。(2)海水提溴①工藝流程②基本步驟及主要反應(3)①海帶中碘元素的檢驗主反應離子方程式為2I－＋2H＋＋H2O2=I2＋2H2O。②海帶中碘的提取a．化學原理(離子方程式)為2I－＋Cl2=I2＋2Cl－。b．主要的物理原理：單質碘用CCl4或苯萃取，分液后用蒸餾法將碘與有機溶劑分開。(4)海水中提鎂①工藝流程②基本步驟及主要反應制熟石灰CaCO3eq\o(=,\s\up10(高溫))CaO＋CO2↑，CaO＋H2O=Ca(OH)2沉淀Mg2＋＋2OH－=Mg(OH)2↓酸化Mg(OH)2＋2HCl=MgCl2＋2H2O結晶析出MgCl2·6H2O脫水在氯化氫氣流中使MgCl2·6H2O脫水制得無水氯化鎂電解電解熔融氯化鎂制得鎂：MgCl2(熔融)eq\o(=,\s\up10(通電))Mg＋Cl2↑③鎂的主要性質3．海水中其他資源的開發利用(1)從海水中提取核能開發的重要原料：鈾和重水。(2)潮汐能、波浪能等新型能源的開發和利用也越來越受到重視。1．(2021·河東區模擬)從淡化海水中提取溴的流程如下：下列有關說法不正確的是()A．X試劑可為Na2SO3飽和溶液B．步驟Ⅲ的離子反應：2Br－＋Cl2=2Cl－＋Br2C．工業上每獲得1molBr2，需要消耗Cl244.8L(標準狀況下)D．步驟Ⅳ包含萃取、分液和過濾D[Na2SO3＋Br2＋H2O=Na2SO4＋2HBr，A正確；步驟Ⅲ利用氯的非金屬性比溴強，可以利用置換反應制取Br2，B正確；步驟Ⅰ和步驟Ⅲ均使用Cl2，故制取1molBr2消耗2mol氯氣，標準狀況下體積為44.8L，C正確；從濃溴水中提取溴，可利用有機溶劑(如苯)萃取溴，然后分液得到溴的有機溶液，再經蒸餾可得純凈的溴，D錯誤。]2．(2021·徐州模擬)一種從鹵水中提取碘的實驗流程如圖，下列說法錯誤的是()A．①～④是為了富集碘B．③、④、⑥工藝過程主要發生物理變化C．⑤的反應中，氧化劑與還原劑物質的量之比為1∶6D．⑥可用如圖所示裝置進行B[④步加入Na2SO3是為了還原I2，發生化學變化，B項錯誤。]3．從海水中提取鎂的工藝流程可表示如下：下列說法不正確的是()A．用此法提取鎂的優點之一是原料來源豐富B．步驟③反應的離子方程式為Mg2＋＋OH－=Mg(OH)2↓C．步驟⑤可將晶體置于HCl氣體氛圍中脫水D．上述工藝流程中涉及化合、分解和復分解反應B[石灰乳為濁液，寫離子方程式時Ca(OH)2不可拆分。](1)鎂在空氣中燃燒，可與空氣中的O2、N2及CO2反應，所得固體產物可能是MgO、Mg3N2、C的混合物。(2)Na、Mg等活潑金屬著火，不能用CO2滅火。(3)由于Mg(OH)2的溶解度比MgCO3的小，故水垢的主要成分中是Mg(OH)2，而非MgCO3。1．(2021·湖南選擇性考試，T6)一種工業制備無水氯化鎂的工藝流程如下：下列說法錯誤的是()A．物質X常選用生石灰B．工業上常用電解熔融MgCl2制備金屬鎂C．“氯化”過程中發生的反應為MgO＋C＋Cl2eq\o(=,\s\up10(高溫))MgCl2＋COD．“煅燒”后的產物中加稀鹽酸，將所得溶液加熱蒸發也可得到無水MgCl2D[苦鹵水中含有大量鎂離子，加入生石灰，生石灰與水反應生成氫氧化鈣，氫氧化鈣再與鎂離子反應生成氫氧化鎂，生石灰來源豐富、價格便宜，常用來做沉鎂的沉淀劑，A說法正確；鎂為活潑金屬，工業上常用電解熔融氯化鎂的方法來制備金屬鎂，B說法正確；根據題給流程圖可知，“煅燒”氫氧化鎂得到氧化鎂，“氯化”過程中，加入碳和氯氣與氧化鎂反應，生成無水氯化鎂和一種氣體，根據原子守恒和化合價升降可得反應的化學方程式為MgO＋C＋Cl2eq\o(=,\s\up10(高溫))MgCl2＋CO，C說法正確；向“煅燒”后所得氧化鎂中加稀鹽酸，得到氯化鎂溶液，由于鎂離子會發生水解反應Mg2＋＋2H2OMg(OH)2＋2H＋，直接蒸發MgCl2溶液，生成的HCl揮發，最終得到的是氫氧化鎂，而不是無水氯化鎂，D說法錯誤。]2．(2020·江蘇高考，T9)下列關于Na、Mg、Cl、Br元素及其化合物的說法正確的是()A．NaOH的堿性比Mg(OH)2的強B．Cl2得到電子的能力比Br2的弱C．原子半徑r：r(Br)>r(Cl)>r(Mg)>r(Na)D．原子的最外層電子數n：n(Na)<n(Mg)<n(Cl)<n(Br)A[元素的金屬性越強，其最高價氧化物對應的水化物的堿性越強，A項正確；Cl的非金屬性強于Br，則Cl2得到電子的能力比Br2強，B項錯誤；同周期主族元素從左到右原子半徑逐漸減小，則原子半徑大小順序為r(Na)>r(Mg)>r(Cl)，C項錯誤；Na、Mg、Cl、Br原子的最外層電子數分別為1、2、7、7，D項錯誤。]3．(2021·全國甲卷，T26)碘(紫黑色固體，微溶于水)及其化合物廣泛用于醫藥、染料等方面?；卮鹣铝袉栴}：(1)I2的一種制備方法如下圖所示：①加入Fe粉進行轉化反應的離子方程式為____________________________________________________________________________________，生成的沉淀與硝酸反應，生成________后可循環使用。②通入Cl2的過程中，若氧化產物只有一種，反應的化學方程式為________________________________________________________；若反應物用量比n(Cl2)/n(FeI2)＝1.5時，氧化產物為________；當n(Cl2)/n(FeI2)>1.5后，單質碘的收率會降低，原因是________________________________________________________________________________________________。(2)以NaIO3為原料制備I2的方法是：先向NaIO3溶液中加入計量的NaHSO3，生成碘化物；再向混合溶液中加入NaIO3溶液，反應得到I2。上述制備I2的總反應的離子方程式為____________________________________。(3)KI溶液和CuSO4溶液混合可生成CuI沉淀和I2，若生成1molI2，消耗的KI至少為________mol。I2在KI溶液中可發生反應：I2＋I－Ieq\o\al(－,3)。實驗室中使用過量的KI與CuSO4溶液反應后，過濾，濾液經水蒸氣蒸餾可制得高純碘。反應中加入過量KI的原因是______________________________________。[解析](1)①由流程分析可知，加入Fe粉進行轉化反應的離子方程式是2AgI＋Fe=2Ag＋Fe2＋＋2I－；生成的沉淀為Ag，Ag與HNO3反應生成AgNO3，AgNO3可以循環使用。②由于還原性：I－＞Fe2＋，故通入Cl2的過程中，若氧化產物只有一種，該產物應是I2，此時反應的化學方程式是FeI2＋Cl2=I2＋FeCl2；若eq\f(nCl2,nFeI2)＝1.5，正好將Fe2＋氧化為Fe3＋，反應的化學方程式是2FeI2＋3Cl2=2FeCl3＋2I2；當eq\f(nCl2,nFeI2)＞1.5后，單質I2的收率會降低，說明Cl2可以進一步將I2氧化為高價態的碘的化合物。(2)NaIO3具有氧化性，NaHSO3具有還原性，二者發生氧化還原反應生成NaI和Na2SO4，反應的離子方程式是IOeq\o\al(－,3)＋3HSOeq\o\al(－,3)=3SOeq\o\al(2－,4)＋I－＋3H＋；NaI和NaIO3在酸性條件下，繼續發生氧化還原反應生成I2，反應的離子方程式是5I－＋IOeq\o\al(－,3)＋6H＋=3I2＋3H2O，故制備I2的總反應的離子方程式是2IOeq\o\al(－,3)＋5HSOeq\o\al(－,3)=I2＋5SOeq\o\al(2－,4)＋H2O＋3H＋。(3)由題給信息可推斷出CuSO4和KI發生反應的化學