“海洋化學(xué)資源的綜合利用”中的幾個(gè)問(wèn)題思考

付明廣

(江蘇省南京師范大學(xué)第二附屬高級(jí)中學(xué) 211900)

1 粗食鹽中常見(jiàn)雜質(zhì)的去除問(wèn)題

問(wèn)題1 能否直接用氫氧化鋇溶液來(lái)代替氫氧化鈉溶液和氯化鋇溶液，即用1種試劑一次性將2種雜質(zhì)離子一起除去，從而簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)步驟？

可知,每沉淀1份鎂離子需要2份氫氧根離子，所以將每千克海水中鎂離子沉淀完全大約要0.053mol氫氧化鋇，由離子反應(yīng)

可知，將每千克海水中硫酸根離子沉淀完全大約需要0.027mol氫氧化鋇，因此為了將鎂離子沉淀完全，必將導(dǎo)致引入大量的鋇離子，為了除去新引入的鋇離子，就需要再加過(guò)量的碳酸鈉來(lái)除去.綜上所述，由于海水中鎂離子和硫酸根離子的含量比例不同，所以工業(yè)上一般不采用直接加氫氧化鋇溶液來(lái)除去鎂離子和硫酸根離子.

問(wèn)題2 粗鹽提純過(guò)程中，最后需要加入鹽酸去除過(guò)量的氫氧根離子和碳酸根離子，是否需要控制鹽酸滴加量？如若要控制，量為多少？

在粗鹽提純過(guò)程中，為了去除多余的氫氧根離子和碳酸根離子，一般最后都需要加入鹽酸，若鹽酸加多了，會(huì)影響最后粗鹽提純產(chǎn)品的酸堿度，若鹽酸的量加少了，也會(huì)導(dǎo)致雜質(zhì)離子除不盡，那么如何控制滴加鹽酸的量呢？通過(guò)分析碳酸的兩步電離平衡常數(shù)：Ka1=4.30×10-7；Ka2=5.61×10-11，可知碳酸第一步電離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第二步電離，這反過(guò)來(lái)就可以說(shuō)明碳酸根離子與H+結(jié)合的程度很大，而碳酸氫根離子與H+結(jié)合的程度相對(duì)較小，所以如果溶液的酸的濃度不夠大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致碳酸氫根因H+濃度不夠而未除盡.一般默認(rèn)為離子濃度小于等于10-5mol/L即視為除盡，通過(guò)查表可知常溫常壓下，飽和碳酸溶液的濃度大約為0.04mol/L，要使碳酸氫根離子完成除盡，根據(jù)碳酸的第一步電離

不難發(fā)現(xiàn)，只要c(H+)≥0.0017mol/L，即pH?2.8時(shí)就可保證溶液中的碳酸氫根離子除盡.

2 從海水中提取金屬鎂所涉及問(wèn)題

蘇教版必修一中關(guān)于從海水中提取金屬鎂的流程如圖1所示.

問(wèn)題1 為什么選擇石灰乳來(lái)沉淀海水中的鎂離子？實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中石灰乳是否真的來(lái)源于煅燒貝殼嗎？

因?yàn)闅溲趸V的溶度積Ksp非常小(也即溶解度很小)，所以一般選擇堿來(lái)沉淀鎂離子；又由于工業(yè)上要考慮經(jīng)濟(jì)效益，從而選擇價(jià)格相對(duì)較低和來(lái)源廣泛的氫氧化鈣，而不選擇氫氧化鈉或氫氧化鉀等.當(dāng)然選擇氫氧化鈣還有其他好處，例如氫氧化鈣與海水中的氯化鎂反應(yīng)生成氫氧化鎂的同時(shí)也生成了氯化鈣，而氯化鈣在工農(nóng)生產(chǎn)生活中還有很多應(yīng)用，可謂一舉多得.

書(shū)本中提到除去鎂離子所需的氫氧化鈣來(lái)源于煅燒貝殼，因?yàn)楹＿呌写罅康呢悮ぃ@樣設(shè)計(jì)更能讓學(xué)生體會(huì)與理解，也符合本單元所設(shè)計(jì)海水的綜合利用的總思路.但通過(guò)實(shí)際走訪調(diào)查，現(xiàn)在工業(yè)上沉淀鎂離子所需的石灰乳并不完全是以貝殼為原料，更多的仍然是以大理石為原料，這就有成本的考慮，也有貝殼的來(lái)源考慮，因?yàn)樨悮み€有其他更好的經(jīng)濟(jì)用途.

問(wèn)題2 MgCl2·6H2O為什么要在HCl氣流中加熱才能得到MgCl2？

氯化鎂屬于強(qiáng)酸弱堿鹽，在水溶液發(fā)生水解

根據(jù)鹽類水解規(guī)律：加酸可以抑制強(qiáng)酸弱堿鹽的水解，所以要在HCl氣流中加熱才能得到MgCl2.當(dāng)然如果直接講這個(gè)結(jié)論對(duì)于學(xué)生有很大的認(rèn)知障礙，教師在處理這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，要認(rèn)清學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展區(qū)，可以適當(dāng)?shù)刂v一講可逆反應(yīng)的特點(diǎn)：改變濃度，可以讓可逆反應(yīng)朝著想要的方向進(jìn)行.其實(shí)在本專題氯氣制備中講如何除去氯氣中混有的氯化氫時(shí).為什么要用飽和氯化鈉溶液,就可以適當(dāng)?shù)靥崆跋驅(qū)W生講解這一個(gè)知識(shí)點(diǎn)：

增加某一生成物的濃度，比如增加氯離子濃度，可逆反應(yīng)朝著逆反應(yīng)方向進(jìn)行，這樣就可減少氯氣與水的反應(yīng).有了這樣的知識(shí)生成過(guò)程，既可以幫助學(xué)生更好地理解，使之知其然更要知其所以然，又能更進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情.因此，教師在平時(shí)的授課過(guò)程中，要關(guān)注學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展區(qū)，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整教材中的部分知識(shí)結(jié)構(gòu)框架，不斷地激發(fā)學(xué)生的求知欲.

問(wèn)題3 工業(yè)上為什么通過(guò)電解熔融的氯化鎂而不選用氧化鎂？

因鎂的化學(xué)性質(zhì)很活潑，一般采取電解的方法來(lái)制取金屬鎂，電解熔融的氯化鎂和氧化鎂都可以得到金屬鎂，那為什么工業(yè)上選擇電解熔融的氯化鎂而不是氧化鎂呢？主要原因是氧化鎂的熔點(diǎn)很高，熔點(diǎn)為2800℃，是常見(jiàn)的耐高溫材料，而氯化鎂的熔點(diǎn)為714℃，熔融氧化鎂需要更多的能量，所以工業(yè)上選擇電解熔融的氯化鎂.

3 在海水里提取溴或碘的過(guò)程中，從溴水和碘水中提取溴單質(zhì)和碘單質(zhì)所涉及的問(wèn)題

蘇教版必修一中關(guān)于工業(yè)上從海水中提取溴單質(zhì)和碘單質(zhì)的流程如圖2所示.

實(shí)驗(yàn)室從海帶中提取碘單質(zhì)的流程一般如圖3所示.

對(duì)比工業(yè)和實(shí)驗(yàn)室提取碘單質(zhì)的流程，有幾處明顯不一樣的方法：

(1)從海帶中獲取I-的水溶液的流程不一樣.實(shí)驗(yàn)室通過(guò)灼燒、溶解、過(guò)濾的方式來(lái)獲取I-的水溶液，工業(yè)上是加水浸泡，再加堿來(lái)去除有機(jī)雜質(zhì)的方式來(lái)獲取I-的水溶液.

(2)將I-氧化為碘單質(zhì)所選的氧化劑一般也不一樣.工業(yè)上一般通入氯氣，用氯氣來(lái)氧化I-,因?yàn)槁葰獾膩?lái)源是電解飽和食鹽水，也是以海水為原料.而實(shí)驗(yàn)室可以選擇用氯氣，也可以用更好的氧化劑，比如用雙氧水.用雙氧水最大的好處就是它作為氧化劑，被還原成水，不帶來(lái)新的雜質(zhì).

(3)從碘水中提取碘單質(zhì)的流程不一樣.實(shí)驗(yàn)室從溴水或碘水中提取溴單質(zhì)和碘單質(zhì)一般采取的方法是先加入四氯化碳或苯等萃取劑將溴和碘單質(zhì)萃取出來(lái)，然后通過(guò)分液的方法得到含有溴或苯的有機(jī)溶劑，最后再進(jìn)行蒸餾即可得到溴單質(zhì)和碘單質(zhì).在工業(yè)上，從溴水中得到粗溴一般采取通入熱空氣或水蒸氣的方法，利用溴的易揮發(fā)特性，目前此方法是普遍采用的生產(chǎn)工藝，但方法適合從濃度很小的母液中提取溴，而且此方法也受到溫度限制；從碘水中得到粗碘一般采取結(jié)晶過(guò)濾的方法來(lái)獲得，利用碘單質(zhì)在水中的溶解度比較小，而對(duì)于高濃度的碘的母液，也可以用空氣將碘從母液中吹出，因?yàn)榈庖彩且环N易形成蒸氣的物質(zhì).工業(yè)上不采用實(shí)驗(yàn)室的方法來(lái)提取溴單質(zhì)和碘單質(zhì)，其中一個(gè)原因是工業(yè)上是大規(guī)模生產(chǎn)溴單質(zhì)和碘單質(zhì)，若用有機(jī)溶劑，則需求量很大，且這些有機(jī)物都具有一定的毒性.