微項(xiàng)目

海水提溴

——體驗(yàn)元素性質(zhì)遞變規(guī)律的應(yīng)用魯科

溴是海水中的非金屬元素。地球上99%的溴元素以Br-的形式存在于海水中，所以人們也把溴稱為“海洋元素”。原料或廢棄物主產(chǎn)物副產(chǎn)物預(yù)處理目標(biāo)產(chǎn)物操作或反應(yīng)操作或反應(yīng)......副產(chǎn)品副產(chǎn)物原料預(yù)處理物質(zhì)轉(zhuǎn)化分離提純生產(chǎn)條件的選擇和控制反應(yīng)原理核心反應(yīng)獲得產(chǎn)品工藝流程明確核心元素的存在形式（價(jià)態(tài)、狀態(tài)）明確核心元素的存在形式（價(jià)態(tài)、狀態(tài)）任務(wù)一：原料的預(yù)處理②海水中的溴主要以離子形式存在。常用提溴原料在濃縮過程中的含溴量如表2所示。表2常用提溴原料含溴量提溴原料天然海水曬鹽后的苦鹵苦鹵濃縮液溴含量/（g.L-1)0.0452.8807.270【材料1】①通常海水呈弱堿性，pH=8。海水中元素分布特點(diǎn)：總儲(chǔ)量大，濃度低。海水中部分離子的含量如表1所示。表1海水中部分離子的含量成分Cl-Na+Mg2+K+HCO3-SO42-Br-I-含量/（g.L-1)19.1010.621.280.380.1422.660.0670.00006任務(wù)一：原料的預(yù)處理

天然海水的中溴元素的總儲(chǔ)量雖大，但濃度低，工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)選擇溴含量高的苦鹵濃縮液作為原料，可有效降低成本。“富集”的思想：從海水中提取資源時(shí)要先進(jìn)行原料預(yù)處理，使目標(biāo)元素濃度提高。從低濃度到高濃度的濃縮過程就是溴元素的“富集”。閱讀【材料1】，結(jié)合海水中元素的分布特點(diǎn)及溴資源含量，選取工業(yè)提溴的最佳原料并說明理由。任務(wù)二：物質(zhì)的轉(zhuǎn)化海水提溴主要解決兩個(gè)問題：將Br-轉(zhuǎn)化為Br2，在分離提純得到純凈的Br2。假如你是提溴工廠的工程師，會(huì)選擇哪種氧化劑，為什么？常見氧化劑酸性高錳酸鉀氯水過氧化氫溶液氧化能力強(qiáng)，能在酸性條件下將I?氧化為I?適中，能在酸性或中性條件下將I?氧化為I?強(qiáng)，能迅速將I?氧化為I?反應(yīng)條件需酸性環(huán)境（如稀硫酸）適用pH范圍廣需控制氯氣用量，避免過度氧化。副反應(yīng)可能過度氧化生成BrO??較少，副產(chǎn)物為水可能過度氧化價(jià)格（萬元/噸）3.40.155

1.4安全性強(qiáng)氧化性、毒性、環(huán)境殘留高濃度腐蝕性，但低毒環(huán)保劇毒、腐蝕性、副產(chǎn)物致癌風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)二：物質(zhì)的轉(zhuǎn)化【材料2】①單質(zhì)溴是一種有毒、易揮發(fā)的紅棕色液體，可溶于水，易溶于有機(jī)溶劑；Br2化學(xué)性質(zhì)與Cl2相似，可與水反應(yīng)，與還原物質(zhì)、堿性物質(zhì)反應(yīng)。②不同pH下氯氣的用量即配氯率（實(shí)際通入氯氣與理論需要需要氯氣的體積比）與溶液中所得Br2的含量關(guān)系如圖所示。任務(wù)二：物質(zhì)的轉(zhuǎn)化閱讀【材料2】，分析下列問題1、為何氧化Br-前要酸化？酸化到什么程度，依據(jù)是什么？2、用哪種酸酸化？鹽酸？硫酸？Br2化學(xué)性質(zhì)與Cl2相似，可與水反應(yīng)，與還原物質(zhì)、堿性物質(zhì)反應(yīng)。酸化苦鹵濃縮液氧化酸氯氣Br2/海水低濃度如何分離溴單質(zhì)？任務(wù)三：獲取產(chǎn)品（分離提純）表1海水中部分離子的含量成分Cl-Na+Mg2+K+HCO3-SO42-Br-I-含量/（g.L-1)19.1010.621.280.380.1422.660.0670.00006Br2【材料4】①單質(zhì)溴是一種有毒、易揮發(fā)的紅棕色液體，可溶于水，易溶于有機(jī)溶劑；Br2化學(xué)性質(zhì)與Cl2相似，可與水反應(yīng)，與還原物質(zhì)、堿性物質(zhì)反應(yīng)?！静牧?】【材料5】工業(yè)提取Br2所用鹵水中溴含量約為6g/L，若用CCl4作萃取劑，當(dāng)萃取率達(dá)90%時(shí)，萃取出1t海水中大約可提取0.27kgBr2，可售價(jià)約12.7元，（溴素售價(jià)市場(chǎng)價(jià)47000元/噸），大約需要CCl4492.4kg，約需3447元（注：工業(yè)級(jí)CCl4價(jià)格約為7000-9000元/噸）任務(wù)三：獲取產(chǎn)品（分離提純）閱讀【材料3-5】，分析如何分離提純溴單質(zhì)？

苦鹵濃縮液中眾多的干擾微粒無法一一除去，需要將Br2提取出來。Br2易揮發(fā)、易溶于有機(jī)溶劑，故蒸餾與萃取均可實(shí)現(xiàn)Br2的分離。任務(wù)三：獲取產(chǎn)品（分離提純）【材料6】自20世紀(jì)60年代以來，各國國家學(xué)者都在努力研究開發(fā)適用于海水資源的提溴技術(shù)，目前主要提溴方法如表所示。任務(wù)三：獲取產(chǎn)品（分離提純）酸化苦鹵濃縮液氧化酸氯氣Br2/海水低濃度吹出空氣廢液Br2/空氣低濃度如何將低濃度Br2從含溴空氣中分離？任務(wù)三：獲取產(chǎn)品（分離提純）【材料7】空氣吹出法是向低濃度含溴海水中通入空氣將溴單質(zhì)吹出，得到初級(jí)產(chǎn)品，但因濃度太低還需進(jìn)一步濃縮。通常采用吸收劑將含溴空氣中的Br2吸收濃縮。因吸收劑不同分為堿法吸收和酸法吸收兩種。步驟堿法吸收酸法吸收①吸收將低濃度含Br2空氣通入Na2CO3溶液，生成BrO3-、Br-和CO2用SO2水溶液吸收低濃度含Br2空氣中的Br2，將其轉(zhuǎn)化為Br-②二次轉(zhuǎn)化將①所得吸收液用酸酸化，BrO3-和Br

-會(huì)重新生成Br2吸收液用氧化劑氧化（Cl2）【材料8】堿法吸收液中有一部分溴元素（4%—8%）不能轉(zhuǎn)化為Br2，會(huì)造成一定的損失，故該方法在工業(yè)生成已基本淘汰。任務(wù)三：獲取產(chǎn)品（分離提純）酸化苦鹵濃縮液氧化酸氯氣Br2/海水低濃度吹出空氣廢液Br2/空氣低濃度吸收HBr/H2SO4高濃度氧化SO2水溶液氯氣蒸餾粗Br2H2SO4目的：重復(fù)利用硫酸，提高原子的利用率圖：海水提溴的工業(yè)流程原料預(yù)處理目的研磨、攪拌浸出（水浸、酸浸、堿浸）灼燒分離提純方法物理性質(zhì)溶解性差異熔沸點(diǎn)不同化學(xué)性質(zhì)原料浸取沉淀氧化還原加熱分解通電電解增大反應(yīng)物的接觸面積，加快反應(yīng)速率物理溶解，或與浸取液接觸反應(yīng)，除去不溶物，可溶性離子進(jìn)入溶液除去可燃性雜質(zhì)，或原料的初步轉(zhuǎn)化過濾、結(jié)晶、鹽析、吹出、萃取分液冷凝、升華、分餾酸浸（可除SiO2）、堿溶（可除Al及其化合物）加沉淀劑、調(diào)節(jié)pH、利用雙水解加入氧化劑、還原劑（關(guān)注既可以做氧化劑又可以做還原劑的H2O2)熱穩(wěn)定性差的或氫氧化物受熱分解離子放電順序不同工藝流程中關(guān)鍵步驟生產(chǎn)條件的選擇和控制目的反應(yīng)物用量或濃度加入氧化劑或還原劑加入沉淀劑控制溶液的pH控制反應(yīng)的溫度適當(dāng)提高濃度，提高浸取率、反應(yīng)更充分、提高反應(yīng)速率、平衡移動(dòng)生成金屬氫氧化物，除雜；抑制鹽類水解；促進(jìn)鹽類水解生成沉淀，過濾分離反應(yīng)速率的快慢；化學(xué)平衡移動(dòng)；物質(zhì)溶解度大??；物質(zhì)分解與否；催化劑的催化效果；防止副反應(yīng)發(fā)生等轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物價(jià)態(tài)；除雜轉(zhuǎn)化為沉淀當(dāng)堂練習(xí)1．判斷正誤(1)海水中Br－濃度特別小，為提高提取效率，應(yīng)先將海水濃縮，或使用海水曬鹽后的苦鹵(

)(2)海水提溴時(shí)，氧化劑的選擇應(yīng)綜合考慮物質(zhì)氧化性強(qiáng)弱及生產(chǎn)成本(

)(3)實(shí)驗(yàn)室可用CCl4從溴水中提取溴單質(zhì)(

)√√√當(dāng)堂練習(xí)2．海水提溴的流程如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是(

)A．步驟②利用了溴的揮發(fā)性B．步驟④可以用雙氧水代替Cl2C．步驟⑤用到的玻璃儀器只有漏斗和燒杯D．使用該法處理1m3海水最終得到18gBr2，若提取率為30%，則原海水中Br－的濃度為60mg·L－1C3．中國有廣闊的海岸線，建設(shè)發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)、海水的綜合利用大有可為。空氣吹出法工藝，是目前“海水提溴”的最主要方法之一，其工藝流程如圖所示，試回答下列問題：(1)海水日曬得到的鹽因?yàn)楹休^多雜質(zhì)，稱為粗鹽。為了得到精制鹽，可以用______的辦法除去其中的泥沙等不溶物。(2)以上步驟Ⅰ中已獲得游離態(tài)的溴，步驟Ⅱ又將之轉(zhuǎn)變成化合態(tài)的溴，其目的是__________________。(3)步驟Ⅱ中涉及的離子方程式如下，請(qǐng)?jiān)谙旅鏅M線上填入適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計(jì)量數(shù)：____Br2＋____CO32-____BrO3-＋____Br－＋____CO2↑。(4)上述流程中吹出的溴蒸氣，也可先用二氧化硫水溶液吸收，再用氯氣氧化后蒸餾。寫出溴與二氧化硫