把一片海水“拆”成三条资源路线
海水不是只含食盐的溶液。先从最容易得到的氯化钠出发,再追踪镁离子与溴离子如何被“分离—转化—收集”。
从左到右依次解锁路线:先点 食盐,再点 Mg²⁺,最后点 Br⁻。每一步都问自己:这里利用的是溶解度差异,还是氧化还原反应?
从食盐路线开始。
① 食盐:先浓缩,再把氯化钠变成三种产品
晒盐靠水分蒸发和溶解度差异;氯碱工业则靠电解饱和食盐水。
分离
海水 → 盐田
日晒、风吹使水蒸发,食盐水逐渐浓缩,NaCl 晶体析出。
电解
饱和食盐水
工业上用离子膜电解槽,分别得到氯气、氢气和氢氧化钠溶液。
利用
三种基础原料
Cl₂可消毒和制含氯产品;NaOH用于造纸、制皂等;H₂是重要能源和原料。
2NaCl + 2H₂O ──电解饱和食盐水──→ 2NaOH + Cl₂↑ + H₂↑
绿色追问:为什么电解槽要把产物隔开?防止 Cl₂ 与 NaOH、H₂接触后发生副反应,也便于分别收集。
安全提醒:氯气有毒且具有氧化性;氢气易燃。工业装置必须密闭、通风并避免二者混合。
② Mg²⁺:先“抓”成沉淀,再从熔融盐中电解
Mg²⁺在海水里浓度低,不能直接拿去电解;要先富集成难溶的氢氧化镁。
制碱
贝壳/石灰石 → 石灰乳
煅烧得到 CaO,加水制 Ca(OH)₂悬浊液,提供 OH⁻。
富集
海水 → Mg(OH)₂
加入石灰乳,Mg²⁺生成白色沉淀;过滤后,体积大幅缩小。
还原得镁
MgCl₂(l) → Mg
用盐酸溶解沉淀得到 MgCl₂;结晶后在 HCl 气氛等抑制水解的条件下脱水,再熔融电解得到镁。
Mg²⁺ + 2OH⁻ → Mg(OH)₂↓ ; MgCl₂(l) ──电解──→ Mg + Cl₂↑
类比一下:沉淀像先用“网”把分散在一大桶水中的 Mg²⁺捞出来;若不富集,电解成本会很高。
易错点:水溶液中不能直接电解得到镁。Mg 比 Al 更活泼,阴极更容易还原出氢气;制镁需电解熔融 MgCl₂。
③ Br⁻:把“无色离子”氧化成挥发性溴,再循环富集
溴离子含量更低。关键是先用氯气置换出 Br₂,再利用 Br₂易挥发的性质吹出。
氧化
Br⁻ → Br₂
向浓缩海水通入 Cl₂;氯气氧化性较强,能把 Br⁻氧化为溴单质。
吹出与吸收
空气吹出 Br₂
Br₂易挥发,空气将其带出;用 SO₂和水吸收,使溴转为 HBr。
再氧化、冷凝
HBr → Br₂
再通入 Cl₂,重新得到 Br₂;经蒸馏使溴进入气相,再冷凝收集液溴。
Cl₂ + 2Br⁻ → Br₂ + 2Cl⁻ ; SO₂ + Br₂ + 2H₂O → H₂SO₄ + 2HBr ; Cl₂ + 2HBr → Br₂ + 2HCl
流程思考:两次利用 Cl₂并不是绕路:第一次从大量海水中“释放”Br₂,SO₂吸收后再氧化,能把溴富集到较小体积中。
安全提醒:Br₂有毒、易挥发且腐蚀性强;Cl₂、SO₂也需尾气吸收。操作流程强调密闭、冷凝和尾气处理。
路线钥匙:晒盐看的是“结晶分离”;制镁先用“沉淀富集”;提溴依次用“氧化—挥发—吸收—再氧化”。