“海水资源的利用”工艺设计

赵玉双

浩瀚的海洋是一个巨大的宝库，海水就是一项取用不尽的资源，它不仅有航运交通之利，而且经过淡化就能大量供给工业和生活用水。海水中含有多种元素，可供提取利用的有50多种。限于经济技术条件，从海水中主要提取食盐、钾盐、溴、碘、镁等物质。目前从海水中制得的氯化钠除了供食用，还作为化工原料用于生产烧碱、纯碱、钠、氯气、盐酸等。从海水中制取镁、钾、溴及其他化工产品，就是在传统海水制盐工业的基础上发展起来的。

一、食盐的提取

食盐提取的方法是将海水引入海滩上的盐田里，利用日光和风力逐渐使水蒸发，慢慢浓缩，使食盐呈结晶析出，这样得到的是粗盐，还含有一定量的Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO等可溶性杂质，我们可以利用化学沉淀法进行提纯。

例1 为了除去粗盐中的Ca2+、Mg2+、SO—及泥沙，得到纯净的NaCl，可将粗盐溶于水，然后进行下列操作。正确的操作顺序是（）。

①过滤②加过量 NaOH溶液③加适量盐酸④加过量Na2CO3溶液⑤加过量BaCl2溶液

A.④②⑤①③

B.④①②⑤③

C.②⑤④①③

D.①④②⑤③

解析粗盐经溶解、过滤除去难溶性的杂质泥沙，也可加入沉淀剂后将沉淀与难溶性杂质一并除去。根据除杂时不能引入新的杂质的原则，除杂尽可能选择含钠离子或氯离子的试剂，但每一步所加过量试剂必须通过后续所加试剂除去。

本题目中可能的除杂顺序有：BaCl2→NaOH→Na2CO3→HCl;BaCl2→Na2CO3→ NaOH→HCl;NaOH→BaCl2→Na2CO3→HCl。其中过量的NaOH 溶液和Na2CO3溶液都可以通过加入适量盐酸除去，而过量的氯化钡溶液只能靠Na2CO3溶液除去，所以只要 Na2CO3加在BaCl2之后保证过量的BaCl2溶液被Na2CO3溶液除去便合理。最后加入的盐酸只能适量。此题的主要目的：既要除去原混合溶液中的杂质，又不能引入新的杂质。解题思路如下：

答案：C

二、溴的提取

工业上常常采用空气吹出法提取溴，其基本流程为：酸化→氧化→空气吹出→吸收→氧化→蒸馏。具体空气吹出法的工艺流程如下。

空气吹出法的第一步是在预先经过酸化的浓缩海水中，用氯气氧化溴离子使之成为单质溴，继而通入空气和水蒸气，将溴吹入吸收塔，使溴蒸气和吸收剂二氧化硫发生反应生成氢溴酸，达到富集溴的目的，也就是得到高浓度的溴离子溶液。然后，再用氯气将其氧化得到产品溴。主要涉及反应的离子方程式为2Br+Cl2-2Cl+Br2，SO2+Br2+ 2H2O-4H++2Br+SO-。

例2 已知海水中溴元素主要以Br—形式存在，工业上从海水中提取溴的流程如下：

（1）写出“氧化”反应的离子方程式：。

（2）将吹出后的含Br2的空气按一定速率通入吸收塔，用SO2和水进行吸收，吸收后的空气进行循环利用。写出吸收反应的离子方程式：。

（3）工业上也可用Na2CO3溶液代替二氧化硫水溶液吸收Br2，结合碱吸收溴的主要反应完成方程式配平：

Br2+_Na2CO3+_H2O→ +NaBrO3+_NaHCO3

吸收1molBr2時，转移的电子的物质的量为mol。

（4）对于较低浓度的溴水，可采用萃取的方法提取Br2。四氯化碳可作为Br2的萃取剂，其原因除四氯化碳不与溴反应外，还有。

解析从海水提取溴的过程包括氧化、吹出、吸收、蒸馏等过程。浓海水酸化后通氯气，将溴离子氧化为溴单质，溴易挥发，利用热空气将溴吹出，再用二氧化硫把溴单质还原为溴离子，所得溶液中通氯气把溴离子氧化为溴单质，此过程的目的是浓缩、富集溴单质，据此解答。（1）海水中的溴元素主要以溴离子形式存在，“氧化”反应的离子方程式为2Br+Cl2—2C1+Br2。（2）吸收反应即二氧化硫把溴单质还原为溴离子，离子方程式为SO2+Br2+2H2O—4H++2Br+SO2—。（3）利用化合价升降法配平方程式，部分Br元素从0价升高到+5价，部分Br元素从0价降低到—1价，则按得失电子数守恒、元素质量守恒得：3Br2+6Na2CO3+3H2O-5NaBr+NaBrO3+ 6NaHCO3。根据溴的化合价变化确定转移的电子的物质的量，3molBr2转移5mol电子，则吸收1mol Br2转移mol 电子。（4）对于较低浓度的溴水，可采用萃取的方法提取Br2。四氯化碳可作为Br2的萃取剂，其原因除四氯化碳不与溴反应外，还有四氯化碳与水互不相溶，且溴在四氯化碳中的溶解度远大于在水中的溶解度。

答案：（1）2Br-+Cl2-2Cl+Br2

（2）SO2+Br2+2H2O-4H++2Br+ 02-

（3）3 6 3 5NaBr

（4）四氯化碳与水互不相溶，且溴在四氯化碳中的溶解度远大于在水中的溶解度

三、碘的提取

碘是国防、工业、农业、医药等部门和行业所依赖的重要原料，海洋水体蕴藏的碘极丰富，总量达800亿吨。利用晒盐后的卤水也可提取碘，从海水晒盐后的苦卤中提取碘的工艺流程如下。

把电解食盐水得到的氯气通入苦卤中，发生氧化还原反应的离子方程式为21+Cl2—2CI+I2。得到的碘单质用有机溶剂萃取、分液后得到含碘的有机相，然后加入氢氧化钠溶液，碘迅速歧化，又进入水溶液中，从而与有机溶剂分离，进而酸化处理可得粗碘。粗碘可通过升华的方法得到高纯度的碘晶体。

某些海藻具有吸收碘的能力，例如干海带中含碘的质量分数为0.3%～0.5%，比海水中碘的浓度高10万倍。海带是从食物中摄取碘元素的最佳食品，我们也可以利用化学基本操作从海带中提取碘。

例3 海带灰中富含以I—形式存在的碘元素。实验室提取I2的流程如下。

（1）步骤②需加热煮沸一会儿的目的是。

（2）步骤④中反应的离子方程式为。

（3）步骤⑤加入CCl4作萃取剂，振荡、静置，可以观察到CCl4层呈_色。萃取所用的主要仪器是。

解析海带灼烧得到的海带灰用蒸馏水溶解，过滤，得到含碘离子的溶液，加入过氧化氢氧化碘离子为碘单质，再加入四氯化碳萃取分液得到含碘单质的四氯化碳溶液，据此分析解答。（1）步骤②加热煮沸一会儿可以使海带灰中含碘物质快速充分溶解。（2）步骤④是在酸性条件下过氧化氢将碘离子氧化为单质碘，要注意氧化还原反应规律的理解和方程式的配平，离子方程式为21+H2O2+2H+-I2+2H2O。（3）步骤⑤中加入CCl，作萃取剂提取碘水中的碘，振荡、静置，可以观察到CCl，层呈紫红色，萃取所用的主要仪器是分液漏斗。

答案：（1）促使海带灰中含碘物质快速充分溶解

（2）2H++21+H2O2-I2+2H2O

（3）紫红分液漏斗

四、镁的提取

自然界中的镁主要以化合态的形式存在于地壳和海水中。海水中镁的总储量约为1.8x1015t，含量约为1.28g·L—1。目前，世界上生产的镁有60%来自海水。海水中镁的含量较大，但镁离子的浓度很低，因此我们需先将海水浓缩，利用晒盐的母液作为原料制取镁，工艺流程如下。

利用贝壳煅烧后制得的石灰乳作沉淀剂，使母液中的Mg+沉淀为Mg（OH）2。接着利用盐酸与Mg（OH）2反应并浓缩、结晶后得到MgCl2·6H2O，MgCl2·6H2O在氯化氢气流中加热脱水后得到MgCl2。最后通过电解熔融MgCl2得到金属镁。流程中涉及反应的方程式有：

例4

海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下。

回答下列问题：

（1）若在空气中加热 MgCl2·6H2O，生成的是MgO，反应的化学方程式为。

用电解法制取金属镁时，需要无水氯化镁。在干燥的HCl气流中加热MgCl2·6H2O时，能得到无水MgCl2，反应的化学方程式为。

（2）Mg（OH）2沉淀中混有Ca（OH）2，除去Ca（OH2）的方法是。

（3）实验室里将粗盐制成精盐的过程中，在溶解、过滤、蒸发三个步骤的操作中都要用到玻璃棒，分别说明这三个步骤中使用玻璃棒的目的。

溶解时：;过滤时：;蒸发时：。

解析（1）根据题给信息及质量守恒定律，MgCl2·6H2O分解，除生成MgO外，还应有氯化氢和水。而在干燥的HCl气流中，MgCl2·6H2O分解得到无水氯化镁。（2）除去杂质的最好方法是把杂质转化为主体成分，因此可加入MgCl2溶液。（3）考查的是玻璃棒的作用。

答案：（1）

（2）加入MgCl2溶液，充分搅拌，过滤，洗涤

（3）搅拌，加速溶解使待滤液体沿玻璃棒流入漏斗，防止外洒搅拌，防止因局部过热使液滴或晶体飞溅

海洋中蕴藏着丰富的生物资源，不仅是人类食物的重要来源，还是重要的医药原料和工业原料。海洋中还蕴藏着丰富的矿产资源：石油、天然氣、煤、硫、磷等。海洋的潮汐中蕴藏着巨大的能量，可用来发电。总之，海洋是一个丰富的宝库，爱护海洋环境是我们每一个人的义务。

作者单位：北京亦庄实验中学

（责任编辑谢启刚）