付明廣

摘 要：關(guān)于海洋化學(xué)資源的綜合利用的講解過程中，學(xué)生往往存在著很多困惑，不能從化學(xué)原理和實際現(xiàn)狀去分析問題，同時很多教師也經(jīng)常就書論事，不能講相關(guān)問題講透徹，沒有更好地發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng).據(jù)此對“海洋化學(xué)資源綜合利用”中的3個問題進行了分析.

關(guān)鍵詞：化學(xué)資源;綜合利用;

問題思考;高中化學(xué)

中圖分類號：G632?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1008-0333（2022）01-0127-03

1 粗食鹽中常見雜質(zhì)的去除問題

粗鹽中一般含有Ca2+、Mg2+、SO2-4等雜質(zhì)，為了將這些雜質(zhì)盡量完全去除，雜質(zhì)Ca2+一般通過選過量的碳酸鈉溶液形成碳酸鈣而除去，雜質(zhì)Mg2+一般選過量的氫氧化鈉溶液形成氫氧化鎂而除去，雜質(zhì)SO2-4一般選過量的氯化鋇溶液形成硫酸鋇而除去.新引進的雜質(zhì)離子CO2-3、OH-通過加入鹽酸而除去，新引進的雜質(zhì)離子Ba2+通過加入碳酸鈉溶液的方法而去除.為了除去Ca2+和新引入的Ba2+，兩次都要用到碳酸鈉溶液，為了減少加碳酸鈉溶液的次數(shù)，一般采取先加氯化鋇溶液，再加碳酸鈉溶液，這樣碳酸鈉溶液的作用是既可以除去Ca2+，又可以除去新引入的Ba2+.所以工業(yè)上除去粗鹽中的雜質(zhì)一般采取以下流程：

①加入過量的NaOH溶液;

②加入過量的氯化鋇溶液;

③加入過量的碳酸鈉溶液;

④過濾;

⑤再加過量的鹽酸.其中鎂離子的除去可以放在第一個位置除去，也可以放在第二個位置除去，也可以放在第三個位置除去.

問題1 能否直接用氫氧化鋇溶液來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，從而簡化實驗步驟？

在現(xiàn)實課堂中，這是一個學(xué)生普遍提出的問題，看似很有道理，而且能簡化步驟，這到底行不行？為了解決這個問題，筆者通過查閱數(shù)據(jù)表格可知，每千克海水中大約含鎂離子為1.28g，而每千克海水中大約含硫酸根離子為2.66g，根據(jù)公式n=mM，即可得每千克海水中含鎂離子的物質(zhì)的量大約為0.053mol，每千克海水中含硫酸根離子的物質(zhì)的量大約為0.027mol.由離子反應(yīng)

Mg2++2OH-Mg（OH）2

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)

Ba2++SO2-4BaSO4

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，就需要再加過量的碳酸鈉來除去.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除去鎂離子和硫酸根離子.

問題2 粗鹽提純過程中，最后需要加入鹽酸去除過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遠大于第二步電離，這反過來就可以說明碳酸根離子與H+結(jié)合的程度很大，而碳酸氫根離子與H+結(jié)合的程度相對較小，所以如果溶液的酸的濃度不夠大時，會導(dǎo)致碳酸氫根因H+濃度不夠而未除盡.一般默認為離子濃度小于等于10-5mol/L即視為除盡，通過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

H2CO3H++HCO-3

得：c（H+）=c（H2CO3）×Ka1c（HCO-3）

不難發(fā)現(xiàn)，只要c（H+）≥0.0017mol/L，即pH

2.8時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.

海水石灰乳Mg（OH）2過濾鹽酸中和蒸發(fā)結(jié)晶

MgCl2·6H2O在HCl氣流中加熱 MgCl2電解熔融Mg

問題1 為什么選擇石灰乳來沉淀海水中的鎂離子？實際工業(yè)生產(chǎn)中石灰乳是否真的來源于煅燒貝殼嗎？

因為氫氧化鎂的溶度積Ksp非常?。ㄒ布慈芙舛群苄。?，所以一般選擇堿來沉淀鎂離子;又由于工業(yè)上要考慮經(jīng)濟效益，從而選擇價格相對較低和來源廣泛的氫氧化鈣，而不選擇氫氧化鈉或氫氧化鉀等.當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.

書本中提到除去鎂離子所需的氫氧化鈣來源于煅燒貝殼，因為海邊有大量的貝殼，這樣設(shè)計更能讓學(xué)生體會與理解，也符合本單元所設(shè)計海水的綜合利用的總思路.但通過實際走訪調(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，也有貝殼的來源考慮，因為貝殼還有其他更好的經(jīng)濟用途.

問題2 MgCl2·6H2O為什么要在HCl氣流中加熱才能得到MgCl2？

氯化鎂屬于強酸弱堿鹽，在水溶液發(fā)生水解

Mg2++2H2OMg（OH）2+2H+

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

Cl2+H2OH++Cl-+HClO

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)方向進行，這樣就可減少氯氣與水的反應(yīng).有了這樣的知識生成過程，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，教師在平時的授課過程中，要關(guān)注學(xué)生的認知發(fā)展區(qū)，適當?shù)卣{(diào)整教材中的部分知識結(jié)構(gòu)框架，不斷地激發(fā)學(xué)生的求知欲.

問題3 工業(yè)上為什么通過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很高，熔點為2800℃，是常見的耐高溫材料，而氯化鎂的熔點為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)所涉及的問題

對比工業(yè)和實驗室提取碘單質(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.實驗室通過灼燒、溶解、過濾的方式來獲取I-的水溶液，工業(yè)上是加水浸泡，再加堿來去除有機雜質(zhì)的方式來獲取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，用氯氣來氧化I-，因為氯氣的來源是電解飽和食鹽水，也是以海水為原料.而實驗室可以選擇用氯氣，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，不帶來新的雜質(zhì).

（3）從碘水中提取碘單質(zhì)的流程不一樣.實驗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，然后通過分液的方法得到含有溴或苯的有機溶劑，最后再進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)晶過濾的方法來獲得，利用碘單質(zhì)在水中的溶解度比較小，而對于高濃度的碘的母液，也可以用空氣將碘從母液中吹出，因為碘也是一種易形成蒸氣的物質(zhì).工業(yè)上不采用實驗室的方法來提取溴單質(zhì)和碘單質(zhì)，其中一個原因是工業(yè)上是大規(guī)模生產(chǎn)溴單質(zhì)和碘單質(zhì)，若用有機溶劑，則需求量很大，且這些有機物都具有一定的毒性.

參考文獻：

[1] 王英.普通高中教科書化學(xué)電子書中的教學(xué)資源[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2020（23）：34-36.

[責(zé)任編輯：季春陽]