高考化學(xué)海水元素富集專題復(fù)習(xí)講義一、海水元素富集的核心邏輯與資源背景海水蘊(yùn)含約80余種化學(xué)元素，但多數(shù)元素濃度極低（如溴離子濃度約65mg/L、碘離子僅0.06mg/L），直接提取效率低下。因此，“富集”是海水資源利用的核心環(huán)節(jié)——通過濃縮、轉(zhuǎn)化、分離等手段，將目標(biāo)元素從低濃度體系中富集為高濃度的可提取態(tài)。富集的核心思路可歸納為：濃縮：通過蒸發(fā)（如曬鹽）、膜分離等手段縮小溶液體積，提高目標(biāo)離子濃度；轉(zhuǎn)化：利用氧化還原、沉淀溶解平衡等反應(yīng)，將目標(biāo)離子轉(zhuǎn)化為更易分離的物質(zhì)（如單質(zhì)、沉淀、絡(luò)合物）；分離：通過萃取、蒸餾、電解、過濾等方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物質(zhì)與體系的分離。二、典型元素的富集工藝與化學(xué)原理（一）溴元素的富集（海水提溴）1.工藝流程（“濃縮—氧化—吹出—吸收—再氧化”五步）曬鹽后的苦鹵（濃縮海水）→通入Cl?氧化Br?→熱空氣/水蒸氣吹出Br?→SO?水溶液吸收Br?→再次通入Cl?氧化HBr→蒸餾得液溴。2.核心反應(yīng)與原理氧化富集（第一步）：利用Cl?的強(qiáng)氧化性氧化Br?，初步提高溴的濃度：$$\ce{Cl_{2}+2Br^{-}=2Cl^{-}+Br_{2}}$$吹出分離：溴單質(zhì)（Br?）易揮發(fā)，熱空氣可將其從水溶液中“吹”出，實(shí)現(xiàn)溴與大量鹽分的分離；還原富集（吸收）：用SO?將Br?還原為HBr（進(jìn)一步富集溴，同時除去殘留Cl?）：$$\ce{Br_{2}+SO_{2}+2H_{2}O=2HBr+H_{2}SO_{4}}$$再氧化提純：再次用Cl?氧化HBr，得到高濃度Br?，蒸餾后獲得液溴。3.高考考點(diǎn)聚焦流程邏輯：為何需要“吹出—吸收—再氧化”？（第一次氧化后溴濃度仍低，需通過物理吹出+化學(xué)轉(zhuǎn)化進(jìn)一步富集）；反應(yīng)分析：SO?吸收Br?的反應(yīng)中，氧化劑、還原劑的物質(zhì)的量之比（1:1）；物質(zhì)循環(huán)：流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)（Cl?、SO?的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物可回收，或Cl?可通過電解海水/鹵水獲得）。（二）鎂元素的富集（海水提鎂）1.工藝流程（“沉淀—溶解—結(jié)晶—脫水—電解”五步）海水（或苦鹵）→加石灰乳（Ca(OH)?）沉淀Mg2?→過濾得Mg(OH)?→加鹽酸溶解得MgCl?溶液→蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶得MgCl?·6H?O→HCl氣流中加熱脫水得無水MgCl?→電解熔融MgCl?得Mg。2.核心反應(yīng)與原理沉淀富集：利用石灰乳（廉價易得的沉淀劑）使Mg2?轉(zhuǎn)化為Mg(OH)?沉淀（Ksp極小，沉淀完全）：$$\ce{Mg^{2+}+Ca(OH)_{2}=Mg(OH)_{2}↓+Ca^{2+}}$$溶解轉(zhuǎn)化：Mg(OH)?溶于鹽酸，轉(zhuǎn)化為可溶性的MgCl?，實(shí)現(xiàn)鎂的溶解富集；脫水防水解：MgCl?·6H?O直接加熱會水解（$\ce{MgCl_{2}+2H_{2}O\xlongequal{\Delta}Mg(OH)_{2}+2HCl↑}$），因此需在HCl氣流中加熱（抑制水解，同時帶走結(jié)晶水）；電解提純：電解熔融MgCl?（而非溶液，因溶液中H?優(yōu)先放電）：$$\ce{MgCl_{2}(熔融)\xlongequal{電解}Mg+Cl_{2}↑}$$3.高考考點(diǎn)聚焦沉淀劑選擇：為何用石灰乳而非NaOH？（石灰乳來源廣泛、成本低，且Ca(OH)?微溶，過量時易分離）；水解抑制：HCl氣流的作用（抑制Mg2?水解，保證得到無水MgCl?）；電解條件：熔融態(tài)的必要性（溶液中H?放電，無法得到Mg）。（三）碘元素的富集（海帶提碘/海水提碘）1.工藝流程（以海帶提碘為例）海帶灼燒（灰化）→水浸（得含I?的浸取液）→加H?O?（或Cl?）氧化I?→CCl?萃取I?→分液→蒸餾得I?。2.核心反應(yīng)與原理氧化富集：利用強(qiáng)氧化性試劑（如H?O?、Cl?）將I?氧化為I?（I?濃度從~0.06mg/L提升至可萃取的濃度）：$$\ce{2I^{-}+H_{2}O_{2}+2H^{+}=I_{2}+2H_{2}O}$$（H?O?作氧化劑，綠色環(huán)保）或$\ce{Cl_{2}+2I^{-}=2Cl^{-}+I_{2}}$（Cl?氧化性強(qiáng)，但需控制用量，避免過量氧化I?）；萃取分離：I?在CCl?中溶解度遠(yuǎn)大于水，通過萃取實(shí)現(xiàn)I?與無機(jī)鹽的分離，同時進(jìn)一步富集（CCl?層中I?濃度顯著提高）。3.高考考點(diǎn)聚焦氧化試劑選擇：H?O?的優(yōu)勢（無污染、易控制，氧化產(chǎn)物為H?O）；萃取操作：分液漏斗的使用（振蕩、放氣、靜置分層、下層液體從下口放出，上層從上口倒出）；物質(zhì)檢驗(yàn)：如何檢驗(yàn)I?（加HNO?酸化的AgNO?，產(chǎn)生黃色沉淀）或I?（淀粉溶液變藍(lán)）。三、高考真題實(shí)戰(zhàn)分析例題1（海水提溴流程分析）某海水提溴工藝流程如下：$\ce{濃縮海水（含Br^{-}）->[①通Cl_{2}]含Br_{2}的溶液->[②熱空氣吹出]Br_{2}（g）->[③SO_{2}吸收]含HBr的溶液->[④通Cl_{2}]Br_{2}（aq）->[⑤蒸餾]液溴}$問題：步驟③的作用是什么？寫出反應(yīng)方程式。解析：步驟③的核心是富集溴并除雜。SO?將Br?還原為HBr，一方面使溴從氣相（易揮發(fā)損失）轉(zhuǎn)化為液相（便于后續(xù)氧化），另一方面除去殘留的Cl?（Cl?與SO?反應(yīng)：$\ce{Cl_{2}+SO_{2}+2H_{2}O=2HCl+H_{2}SO_{4}}$），提高溴的純度。反應(yīng)方程式為：$\ce{Br_{2}+SO_{2}+2H_{2}O=2HBr+H_{2}SO_{4}}$。例題2（海水提鎂的水解問題）工業(yè)上從MgCl?·6H?O制備無水MgCl?時，為何要在HCl氣流中加熱？解析：MgCl?是強(qiáng)酸弱堿鹽，$\ce{Mg^{2+}+2H_{2}O\rightleftharpoonsMg(OH)_{2}+2H^{+}}$。直接加熱時，H?以HCl形式揮發(fā)，平衡正向移動，最終得到Mg(OH)?甚至MgO。在HCl氣流中加熱，一方面HCl抑制水解（增大H?濃度，平衡逆向移動），另一方面帶走結(jié)晶水，最終得到無水MgCl?。四、富集方法的歸納與易錯點(diǎn)總結(jié)（一）富集方法的通用邏輯1.濃縮手段：蒸發(fā)（曬鹽、苦鹵利用）、膜分離（海水淡化副產(chǎn)濃鹽水）；2.轉(zhuǎn)化策略：氧化還原轉(zhuǎn)化（如Br?→Br?、I?→I?）；沉淀轉(zhuǎn)化（如Mg2?→Mg(OH)?、Ca2?→CaCO?）；3.分離方法：萃?。ㄤ?、碘）、蒸餾（溴、碘）、過濾（沉淀）、電解（金屬單質(zhì)）。（二）易錯點(diǎn)警示1.溴的富集需“多次氧化”：第一次氧化后溴濃度仍低，需通過“吹出—吸收—再氧化”實(shí)現(xiàn)濃度級的跨越（從mg/L到g/L）；2.鎂的脫水必須防水解：HCl氣流的作用是“抑制水解+帶走水分”，不可簡化為“干燥”；3.碘的氧化試劑控制：Cl?過量會氧化I?（$\ce{5Cl_{2}+I_{2}+6H_{2}O=2HIO_{3}+10HCl}$），因此需用H?O?或控制Cl?用量；4.沉淀劑的經(jīng)濟(jì)性：海水提鎂用石灰乳（Ca(OH)?）而非NaOH，體現(xiàn)“工業(yè)生產(chǎn)優(yōu)先考慮成本”的思路。五、復(fù)習(xí)建議1.流程圖拆解：將每類元素的富集流程拆解為“步驟→反應(yīng)→目的”，用箭頭和關(guān)鍵詞梳理邏輯（如溴的“氧化→吹出→還原→氧化”）；2.反應(yīng)式深挖：關(guān)注氧化還原反應(yīng)的氧化劑、還原劑、電子轉(zhuǎn)移，沉淀溶解反