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海水提溴

——體驗元素性質遞變規律的應用魯科

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”。原料或廢棄物主產物副產物預處理目標產物操作或反應操作或反應......副產品副產物原料預處理物質轉化分離提純生產條件的選擇和控制反應原理核心反應獲得產品工藝流程明確核心元素的存在形式（價態、狀態）明確核心元素的存在形式（價態、狀態）任務一：原料的預處理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：總儲量大，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任務一：原料的預處理

天然海水的中溴元素的總儲量雖大，但濃度低，工業生產應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要先進行原料預處理，使目標元素濃度提高。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】，結合海水中元素的分布特點及溴資源含量，選取工業提溴的最佳原料并說明理由。任務二：物質的轉化海水提溴主要解決兩個問題：將Br-轉化為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，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，能迅速將I?氧化為I?反應條件需酸性環境（如稀硫酸）適用pH范圍廣需控制氯氣用量，避免過度氧化。副反應可能過度氧化生成BrO??較少，副產物為水可能過度氧化價格（萬元/噸）3.40.155

1.4安全性強氧化性、毒性、環境殘留高濃度腐蝕性，但低毒環保劇毒、腐蝕性、副產物致癌風險任務二：物質的轉化【材料2】①單質溴是一種有毒、易揮發的紅棕色液體，可溶于水，易溶于有機溶劑；Br2化學性質與Cl2相似，可與水反應，與還原物質、堿性物質反應。②不同pH下氯氣的用量即配氯率（實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的含量關系如圖所示。任務二：物質的轉化閱讀【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，依據是什么？2、用哪種酸酸化？鹽酸？硫酸？Br2化學性質與Cl2相似，可與水反應，與還原物質、堿性物質反應。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？任務三：獲取產品（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單質溴是一種有毒、易揮發的紅棕色液體，可溶于水，易溶于有機溶劑；Br2化學性質與Cl2相似，可與水反應，與還原物質、堿性物質反應。【材料3】【材料5】工業提取Br2所用鹵水中溴含量約為6g/L，若用CCl4作萃取劑，當萃取率達90%時，萃取出1t海水中大約可提取0.27kgBr2，可售價約12.7元，（溴素售價市場價47000元/噸），大約需要CCl4492.4kg，約需3447元（注：工業級CCl4價格約為7000-9000元/噸）任務三：獲取產品（分離提純）閱讀【材料3-5】，分析如何分離提純溴單質？

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、易溶于有機溶劑，故蒸餾與萃取均可實現Br2的分離。任務三：獲取產品（分離提純）【材料6】自20世紀60年代以來，各國國家學者都在努力研究開發適用于海水資源的提溴技術，目前主要提溴方法如表所示。任務三：獲取產品（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？任務三：獲取產品（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吹出，得到初級產品，但因濃度太低還需進一步濃縮。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，將其轉化為Br-②二次轉化將①所得吸收液用酸酸化，BrO3-和Br

-會重新生成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%）不能轉化為Br2，會造成一定的損失，故該方法在工業生成已基本淘汰。任務三：獲取產品（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：重復利用硫酸，提高原子的利用率圖：海水提溴的工業流程原料預處理目的研磨、攪拌浸出（水浸、酸浸、堿浸）灼燒分離提純方法物理性質溶解性差異熔沸點不同化學性質原料浸取沉淀氧化還原加熱分解通電電解增大反應物的接觸面積，加快反應速率物理溶解，或與浸取液接觸反應，除去不溶物，可溶性離子進入溶液除去可燃性雜質，或原料的初步轉化過濾、結晶、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、調節pH、利用雙水解加入氧化劑、還原劑（關注既可以做氧化劑又可以做還原劑的H2O2)熱穩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鍵步驟生產條件的選擇和控制目的反應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控制反應的溫度適當提高濃度，提高浸取率、反應更充分、提高反應速率、平衡移動生成金屬氫氧化物，除雜；抑制鹽類水解；促進鹽類水解生成沉淀，過濾分離反應速率的快慢；化學平衡移動；物質溶解度大小；物質分解與否；催化劑的催化效果；防止副反應發生等轉化為目標產物價態；除雜轉化為沉淀當堂練習1．判斷正誤(1)海水中Br－濃度特別小，為提高提取效率，應先將海水濃縮，或使用海水曬鹽后的苦鹵(

)(2)海水提溴時，氧化劑的選擇應綜合考慮物質氧化性強弱及生產成本(

)(3)實驗室可用CCl4從溴水中提取溴單質(

)√√√當堂練習2．海水提溴的流程如圖所示。下列說法錯誤的是(

)A．步驟②利用了溴的揮發性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，建設發展海洋經濟、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為含有較多雜質，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中已獲得游離態的溴，步驟Ⅱ又將之轉變成化合態的溴，其目的是__________________。(3)步驟Ⅱ中涉及的離子方程式如下，請在下面橫線上填入適當的化學計量數：____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