[学习目标]
1.了解海水资源及其利用。 2.了解海水淡化的方法,掌握海水的蒸馏。 3.掌握海水化学资源的开发和利用,即海水制盐,海水提镁、提溴、提碘。 4.了解海水综合利用的重要方向。
►自主探究自主学习 探究归纳
一、海水水资源的利用 1.类型
海水水资源的利用主要包括海水的 和海水的 。 2.海水的淡化
(1)主要方法: 、 和 等。 (2)海水的蒸馏
①主要仪器:A: ;B: ;C: 。 ②冷凝水的流向: 口进, 口出。 ③A中加入碎瓷片的目的是 。 二、海水化学资源的开发利用 1.海水中的元素
(1)常量元素(99%):除 、 两种元素外,含有Cl、Na、K、Mg、Ca、S、C、F、B、Br、Sr等11种元素。
(2)微量元素(1%):常量元素之外的元素,总计含有80多种。 (3)特点:种类很多,总储量很大,但许多元素的富集程度很低。
1
2.海水化学资源的开发利用
(1)从海水中制得的NaCl除食用外,还用作工业原料,如生产 、 、 以及氯气、 、 等含氯化工产品。
(2)从海水中制取钾、镁、溴及其化工产品,是在传统海水制盐工业上的发展。 自我测评►———————————————————(做一做) 1.判断正误:
(1)用蒸馏法进行海水淡化是物理变化。( )
分析:蒸馏是利用物质沸点不同进行分离的方法,没有发生化学变化。 (2)甲状腺肿大的病人应适量多食海带。( )
分析:碘元素缺乏导致甲状腺肿大,海带中含有丰富的碘元素,因此适当多食用海带能帮助甲状腺肿大的病人康复。
(3)海水中含有溴元素,不需要经过化学反应即能得到溴单质。( )
分析:海水中溴元素是以溴离子的形式存在,需要发生氧化反应才能生成溴单质。 2.思考:
海带中含有碘,海带能使淀粉溶液变蓝吗?
[认知总结]
1.海带中碘的提取和碘元素的检验 (1)海带中提碘 ①流程
海带→灼烧→浸泡→氧化→过滤→提纯→碘单质。 ②主要化学反应
2I+H2O2+2H===I2+2H2O或Cl2+2I===I2+2Cl。 ③主要物理原理
单质碘用苯或四氯化碳萃取,分液后用蒸馏的方法将碘和有机溶剂分开。 (2)海带中碘元素的检验 ①反应原理
2H+2I+H2O2===I2+2H2O。 ②实验步骤及证明方法
+
-
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+
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-
2
特别提醒 a.海水中碘的浓度很低,碘一般从海带或海藻等植物中提取。 b.使I变成单质碘,可供选择的常见氧化剂有Cl2和H2O2。 2.海水中提取溴 (1)主要流程
-
粗溴水
(2)四个过程
(3)两个原理
氧化过程Cl2+2Br===2Cl+Br2 ∣
富集过程Br2+SO2+2H2O===H2SO4+2HBr
特别提醒 ①从含Br的海水和含HBr的吸收液中得到Br2,都是用氧化剂把Br氧化为Br2。
3
-
-
-
-
②不能利用最初得到的含Br2的海水直接蒸馏获取液态溴,因为此时溶液中Br2的浓度较低,若直接蒸馏,处理量大,成本高。
3.海水中提取镁 (1)工艺流程
(2)主要反应原理 煅烧
CaCO3=====CaO+CO2↑ CaO+H2O===Ca(OH)2
Ca(OH)2+MgCl2===Mg(OH)2↓+CaCl2 Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O 电解
MgCl2(熔融)=====Mg+Cl2↑
►讲练互动典例剖析 题组训练
[典例剖析]
海带是海洋中的一种褐藻,海带中含有丰富的碘,是人类经常食用的一种补碘
食物。某资料中有“海带中碘的检验”的选做实验,操作步骤如下:
①取3 g左右干海带,除去表面杂质,剪碎,用酒精润湿,放在坩埚中灼烧成灰,冷却;
②将海带灰转移到小烧杯中加蒸馏水,搅拌,煮沸2~3 min,使可溶物质溶解,过滤;
③向滤液中滴入几滴硫酸,再加入约1 mL H2O2溶液,观察现象; ④取少量上述所得溶液,滴加几滴淀粉溶液,观察现象; ⑤向③剩余的滤液中加入1 mL CCl4,振荡静置,观察现象;
⑥向加有CCl4的溶液中加入NaOH溶液,充分振荡后,将混合液的下层液体放入指定的
4
容器中。
请回答下列问题:
(1)海带中碘元素是________(填“碘离子”、“碘单质”或“碘酸盐”),步骤①中除去海带表面的杂质一般用刷子刷净,不用水清洗,原因是
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________; (2)可说明海带中含有碘的现象有
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________; (3)操作⑤叫做________。操作⑥的目的是
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。
[规律方法] 碘元素的检验方法
(1)淀粉溶液遇单质碘变蓝,若是碘离子,通常先加入氯水氧化,再加入淀粉溶液。 (2)碘水呈深黄色,通常加入有机溶剂四氯化碳或苯后有机层呈紫红色。 (3)加入硝酸酸化的硝酸银溶液后产生淡黄色沉淀,则原溶液中含碘离子。
空气吹出法工艺是目前“海水提溴”的最主要方法之一。其工艺流程如下:
(1)溴在周期表中位于第________周期,第________族。 (2)步骤②中反应的离子方程式是
________________________________________________________________________。
(3)步骤④利用了SO2的还原性,反应的离子方程式为
________________________________________________________________________。 (4)步骤⑥的蒸馏过程中,温度应控制在80~90 ℃。温度过高或过低都不利于生产,若温度过高,大量水蒸气随之排出,溴蒸气中水分增加;若温度过低,则
5
________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (5)步骤⑧中溴蒸气冷凝后得到液溴与溴水的混合物,可利用它们的相对密度相差很大的特点进行分离。分离仪器的名称是________。
[题组训练]
题组一 海水中提取卤素
1.除去海水提溴得到的液溴中溶有的少量氯气,应该采用的方法是( ) A.加入适量的KI溶液 B.通入溴蒸气 C.加氢氧化钠溶液 D.加入适量的溴化钠溶液 题组二 海水资源综合利用
2.(2015·福建宁德高一检测)海洋中有丰富的食品、矿产、能源、药物和水产资源等,海水的综合利用如下图所示。
下列有关说法正确的是( )
A.大量的氮、磷废水排入海洋,易引发赤潮
B.工段③中加入盐酸溶解得到MgCl2溶液,再直接蒸发得到MgCl2·6H2O C.在工段④⑤⑥中溴元素均被氧化
D.工段①中除去粗盐中的SO4、Ca、Mg、Fe等杂质,加入的药品顺序为Na2CO3
溶液→NaOH溶液→BaCl2溶液→过滤后加盐酸
——————————————[易错易混小结]——————————————
1.海水制盐得到的是粗盐,含有Ca、Mg、SO4等杂质,需精制后才能用于氯碱工业。
2.海水中的溴元素、海带中的碘元素均是以离子的形式存在而不是以单质的形式存在,需要加入氧化剂才能将其转化为单质。
3.海水中元素的储量很大,但浓度很小。因此,首先需要将海水中的元素富集,然后再进行加工处理。
6
2+
2+
2-
2-
2+
2+
3+
4.海水中含有溴元素,故需要经过化学变化才可以得到溴单质。
5.从海水中提取溴的流程中,有两次用到Cl2置换出Br2的反应,设计这两次反应的目的是富集海水中的溴。
知能演练 轻松闯关
[基础温故]
1.下列哪种方法不能实现海水的淡化( ) A.蒸馏法 C.离子交换法
B.电渗析法 D.电解法
2.下列海洋资源中,属于可再生资源的是( ) A.海洋潮汐能 C.海滨砂矿
B.海底多金属结核矿 D.海水化学资源
3.下列各组物质,不需要经过化学变化就能够从海水中获得的是( ) A.氯、溴、碘 C.烧碱、氢气
B.钠、镁、铝 D.食盐、淡水
4.海水资源的利用具有非常广阔的前景。下列关于海水资源利用的说法中不正确的是( )
A.电解法分解海水,制取洁净的热能资源氢气 B.采用太阳光照射法晒制工业用食盐 C.针对能量现状,大力开发潮汐能和波浪能
D.铀是海水中的微量元素,但核工业的铀主要从海水中提取
5.中国食盐产量居世界首位。下列实验室中的操作类似“海水晒盐”原理的是( ) A.蒸馏 C.过滤
B.蒸发 D.搅拌
6.某同学设计实验从海带中提取碘:①滴加稀硫酸和双氧水;②在海带中加入少量酒精,点燃使其燃烧为灰烬,在灰烬中加水搅拌;③加四氯化碳并振荡;④过滤;⑤分液。该实验的合理操作顺序是( )
A.①③⑤②④ C.②④①③⑤
B.②①③④⑤ D.③①②⑤④
7.已知MgO、MgCl2的熔点分别为2 800 ℃、604 ℃,将MgO、MgCl2加热熔融后通电电解,都可得到金属镁。海水中含有MgCl2,工业上从海水中提取镁,正确的方法是( )
NaOH电解A.海水――→Mg(OH)―→Mg 2―
HCl电解B.海水――→MgCl2溶液―→MgCl2(熔融)――→Mg 石灰乳灼烧电解C.海水――→Mg(OH)2――→MgO――→Mg
7
石灰乳HCl电解
D.海水――→Mg(OH)2――→MgCl2溶液―→MgCl2(熔融)――→Mg
1
8.从海水中提取的溴占世界溴年产量的左右。已知溴水呈橙色,将SO2气体通入溴水
3时,可以使溴水褪色。则下列有关叙述中正确的是( )
A.SO2使溴水褪色,显示了SO2的漂白性 B.SO2使溴水褪色,显示了SO2的还原性 C.从溴水中提取单质溴,可以用乙醇进行萃取 D.SO2是形成酸雨的唯一原因
9.海藻中含有丰富的碘元素(以I形式存在)。实验中提取碘的流程如下: 灼烧浸泡①含I的②海藻――→海藻灰――→悬浊液――→――→
溶液适量Cl2③
含I2溶液――→碘的有机溶液―→晶体碘
(1)实验操作③的名称是________,所用主要仪器名称为________。 (2)提取碘的过程中,可供选择的有机试剂是________(填序号)。 A.酒精(沸点78 ℃) C.甘油(沸点290 ℃)
B.四氯化碳(沸点77 ℃) D.苯(沸点80 ℃)
--
(3)在操作②中,溶液中生成少量ICl(ICl的性质类似于氯气),为消除此杂质,使碘全部游离出来,应加入适量________(填序号)溶液,反应的离子方程式为
________________________________________________________________________
________________________。 A.KIO3 C.KI
B.HClO D.Br2
(4)利用碘的有机溶液得到单质I2的方法是
________________________________________________________________________。
10.镁及其合金是一种用途很广泛的金属材料,目前世界上60%的镁是从海水中提取的。主要步骤如下:
(1)为了使MgSO4转化为Mg(OH)2,试剂①可以选用________,要使MgSO4完全转化为沉淀,加入试剂的量应________。
(2)加入试剂①后,能够分离得到Mg(OH)2沉淀的方法是________。 (3)试剂②选用________,写出反应的离子方程式:
________________________________________________________________________
8
________________________________________________________________________。 (4)无水MgCl2在熔融状态下,通电后产生镁和氯气,该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
解析:(1)工业上常加入廉价的石灰乳使海水中的MgSO4转化为Mg(OH)2;为使MgSO4完全转化为Mg(OH)2,应加入过量石灰乳。
(2)加入石灰乳产生Mg(OH)2,通过过滤将Mg(OH)2分离出来。
(3)用盐酸溶解Mg(OH)2,反应的离子方程式为Mg(OH)2+2H===Mg+2H2O。
电解
(4)工业上电解熔融MgCl2来制取Mg,反应的化学方程式为MgCl2(熔融)=====Mg+Cl2↑。
答案:(1)石灰乳 过量 (2)过滤 (3)盐酸 Mg(OH)2+2H===Mg+2H2O 电解
(4)MgCl2(熔融)=====Mg+Cl2↑
[能力提升]
11.海水淡化可采用膜分离技术,如下图所示,对淡化膜右侧的海水加压,水分子可以透过淡化膜进入左侧淡水池,而海水中的各种离子不能通过淡化膜。下列对加压后右侧海水成分变化的分析正确的是( )
+
2+
+
2+
A.溶质质量增加 B.溶液质量不变 C.溶剂质量减少 D.溶质质量分数不变
12.(2015·浙江宁波高一检测)海水提碘时,不小心将碘与食盐混合,欲将二者分离开,最好的方法是( )
A.溶解、过滤 B.溶解、过滤、蒸发 C.溶解、加AgNO3溶液、过滤 D.加热使碘升华
13.海水中含有的氯化镁是镁的重要资源之一,从海水中提取镁,可按如下步骤进行:①把贝壳制成石灰乳;②在引入的海水中加入石灰乳,沉降,过滤,洗涤沉淀物;③
9
将沉淀物与盐酸反应、结晶、过滤、干燥产物;④将产物熔融后电解。关于提取镁,下列说法中不正确的是( )
A.此方法的优点之一是原料的来源丰富 B.进行①②③步骤的目的是从海水中提取MgCl2 C.第④步通电时会产生氯气
D.涉及的反应有化合反应、复分解反应和置换反应
14.检验海带中碘元素的实验中,发生如下反应:2H+2I+H2O2===I2+2H2O,下列对该反应的叙述中不正确的是( )
A.I2为氧化产物
B.H2O2既作氧化剂又作还原剂 C.氧化性强弱顺序为H2O2>I2 D.生成1 mol I2时转移2 mol电子
15.地球上海水中溴的储藏量丰富,约占地球溴总储藏量的99%,故溴有“海洋元素”之称,海水中溴含量为65 mg/L。其工业提取方法有:
(1)空气吹出纯碱吸收法。方法是将氯气通入富含溴离子的海水中,把溴置换出来,再用空气将溴吹出,用纯碱溶液吸收,最后用硫酸酸化,即可得到溴单质。该方法涉及的反应有①________________________________________________________________________
(写出离子方程式);②3Br2+3CO3===BrO3+5Br+3CO2↑;③BrO3+5Br+6H===3Br2+3H2O。其中反应②中氧化剂是________,还原剂是________。
(2)空气吹出SO2吸收法。该方法基本同(1),只是将溴吹出后是用SO2来吸收的,使溴转化为氢溴酸,然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质溴。写出溴与二氧化硫反应的化学方程式:________________________________________________________________________。
(3)溶剂萃取法。该法是利用单质溴在水中和有机溶剂中溶解度不同的原理来进行的。实验室中萃取用到的实验仪器名称是________。下列可以用于海水中溴的萃取的溶剂是________(填序号)。
①乙醇 ②四氯化碳 ③硝酸
16.从海水中可提取多种化工原料,下面是工业上对海水资源综合利用的示意图。试回答下列问题:
2-
-
-
-
-
+
+
-
(1)粗盐中含有Ca、Mg、SO4等杂质离子,精制时所用试剂为:A.盐酸;B.BaCl2溶液;C.NaOH溶液;D.Na2CO3溶液。则加入试剂的顺序是
10
2+
2+
2-
________________________________________________________________________ (填序号)。
(2)写出用海滩上的贝売制Ca(OH)2的化学方程式:
________________________________________________________________________。 (3)电解无水MgCl2可制取镁和Cl2,其中副产品Cl2和Ca(OH)2可制得漂白粉。制漂白粉的化学方程式为
________________________________________________________________________。 (4)用海滩上的贝壳制取Ca(OH)2,而不从异地山中开凿石灰石制取,主要考虑到什么问题?________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。 (5)从经济效益角度看,该化工厂厂址应选在
________________________________________________________________________。
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参考答案
自主学习 一、
淡化 循环冷却 蒸馏法 电渗析法 离子交换法 圆底烧瓶 冷凝器 锥形瓶 a b 防止液体暴沸 二、
H O 金属钠 烧碱 纯碱 盐酸 漂白粉 自我测评 1. (1)√ (2)√ (3)×
2.提示:不能,单质碘能使淀粉溶液变蓝,而海带中含有的碘元素是碘离子。 例1
[解析] 海带中碘元素以碘离子的形式存在,且易溶于水,为防止碘元素的损失,除去海带表面的杂质一般用刷子刷净,不用水清洗;实验中步骤④中加入淀粉溶液后变蓝;步骤⑤中下层液体呈紫红色可以说明海带中含有碘。操作⑤是萃取碘水中的碘,操作⑥是为了回收CCl4。
[答案](1)碘离子 防止碘元素的损失 (2)步骤④中加入淀粉溶液后变蓝;步骤⑤中下层液体呈紫红色(3)萃取 回收CCl4 例2
[解析] (1)因溴在氯的下一周期,与氯在同一主族,所以溴在周期表中位于第四周期ⅦA族;(2)步骤②中氯气将溴离子氧化,发生反应的离子方程式是2Br+Cl2===Br2+2Cl
-
-
;(3)SO2和溴、水蒸气反应生成硫酸和氢溴酸,化学反应方程式是Br2+SO2+2H2O===2HBr
+
-
2-
+H2SO4,离子方程式是Br2+SO2+2H2O===4H+2Br+SO4;(4)在溴水中,溴的沸点是58.5 ℃,水的是100 ℃,温度过高,大量水蒸气随之蒸出,溴蒸气中水分增加;温度过低,溴不能完全蒸出,产率低;(5)因液溴与溴水不相溶,用分液漏斗分离。
[答案] (1)四 ⅦA (2)2Br+Cl2===Br2+2Cl
(3)Br2+SO2+2H2O===4H+2Br+SO4
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+
-
2-
-
-
(4)溴不能完全蒸出,产率低 (5)分液漏斗 题组训练 1.
解析:选D。A项,Cl2和Br2均与KI反应且引入了I2杂质;B项,溴蒸气无法除去氯气;C项,氯气和液溴均能与氢氧化钠反应;D项,发生反应:Cl2 +2NaBr===2NaCl+Br2,既除去了氯气,又不会引入新的杂质。 2.
解析:选A。废水中含有大量的氮、磷等元素,排入海洋,能引起赤潮,A项正确; MgCl2溶液直接蒸发得不到MgCl2·6H2O,得到的是Mg(OH)2,B选项错误;工段⑤中反应为Br2+SO2+2H2O===H2SO4+2HBr,溴元素被还原,C选项错误;粗盐提纯的过程中要注意两点,一是Na2CO3溶液在BaCl2溶液后加入,二是盐酸最后加入,D选项错误。 基础温故 1.
解析:选D。蒸馏法、电渗析法和离子交换法都能除去海水中的盐分,使海水淡化,电解法不能除去海水中的盐分,或转化为其他物质,不能使海水淡化。 2.
解析:选A。海洋潮汐能是可再生资源,多金属结核矿、砂矿、海水化学资源属于不可再生资源。 3.
解析:选D。海水经过蒸发即可得到食盐和淡水。A、B选项中,海水中存在Cl、Br
-
-
、I、Na、Mg、Al,要获得它们的单质必须失去或得到电子才能实现。C选项中,需
-+2+3+
要电解饱和食盐水获取。 4.
解析:选A。电解法分解海水制取氢气,消耗大量的电能,经济效益差,发展前景不乐观。 5.
解析:选B。实验室中的“蒸发”操作是利用水受热易挥发,其中的溶质因溶剂减少而析出的过程,这与海水晒盐的原理是相似的。 6.
解析:选C。设计原理是使海带中的I变成碘单质,再用萃取分液的方法分离。反应原理:2H+2I+H2O2===I2+2H2O。
+
-
-
13
7.
解析:选D。工业生产除理论上可行外,还要考虑设备、原料、成本等问题。从理论上看A方法使用NaOH成本高,且Mg(OH)2是一种不溶性碱,加热熔融时会发生分解,因此不可行;B方法中得不到MgCl2;C方法中电解MgO时,由于MgO的熔点很高,耗能大,所以经济效益差。 8.
解析:选B。因为SO2具有较强的还原性,而溴单质具有较强的氧化性,将SO2气体通入溴水时,发生反应:SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBr而使溴水褪色。由于乙醇和水互溶,故不能从溴水中提取溴。酸雨有硫酸型酸雨(主要由SO2导致)和硝酸型酸雨(主要由NO和NO2导致)两种。 9.
解析:从碘水中提取碘单质应加入有机萃取剂如苯、四氯化碳(酒精和甘油均溶于水,不能作萃取剂),然后在分液漏斗中分液即得到碘的有机溶液,从碘的有机溶液中提取碘并回收溶剂要采用水浴加热蒸馏的方法。其中在操作②中,为使少量的ICl中的碘全部游离出来,应加入还原剂,故只有C项符合,发生的化学反应为ICl+KI===I2+KCl。
答案:(1)萃取分液 分液漏斗 (2)BD (3)C ICl+I===I2+Cl (4)蒸馏法 10.
解析:(1)工业上常加入廉价的石灰乳使海水中的MgSO4转化为Mg(OH)2;为使MgSO4完全转化为Mg(OH)2,应加入过量石灰乳。
(2)加入石灰乳产生Mg(OH)2,通过过滤将Mg(OH)2分离出来。
(3)用盐酸溶解Mg(OH)2,反应的离子方程式为Mg(OH)2+2H===Mg+2H2O。
电解
(4)工业上电解熔融MgCl2来制取Mg,反应的化学方程式为MgCl2(熔融)=====Mg+Cl2↑。
答案:(1)石灰乳 过量 (2)过滤 (3)盐酸 Mg(OH)2+2H===Mg+2H2O 电解
(4)MgCl2(熔融)=====Mg+Cl2↑ 能力提升 11.
解析:选C。加压后,右侧海水中的水分子透过淡化膜进入左侧水池,故右侧海水中溶质的质量不变,溶剂的质量减少,溶质的质量分数增加。 12.
+
2+
+
2+
-
-
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解析:选D。氯化钠很稳定,熔、沸点较高,单质碘易升华,故可用升华法。 13.
高温
解析:选D。海水提镁的反应有:CaCO3=====CaO+CO2↑,CaO+H2O===Ca(OH)2,MgCl2+
电解
Ca(OH)2===CaCl2+Mg(OH)2↓,Mg(OH)2+2HCl===MgCl2+2H2O,MgCl2(熔融)=====Mg+Cl2↑。上述反应中无置换反应。 14.
解析:选B。
该反应中I2为氧化产物,H2O2作氧化剂;根据氧化性由强到弱的顺序为氧化剂>氧化产物,所以氧化性H2O2>I2;反应中每生成1 mol I2,转移2 mol电子。 15.
解析:工业上提取溴的原理:将氯气通入富含溴离子的海水中,把溴置换出来,然后被某些溶液吸收,再提纯即可得到。溴与二氧化硫反应的化学方程式:Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4。方法(3)是利用物理方法,用有机溶剂溶解,因为溴易溶于有机溶剂,作为海水中萃取溴的溶剂只能是②四氯化碳。
答案:(1)Cl2+2Br===2Cl+Br2 Br2 Br2 (2)Br2+SO2+2H2O===2HBr+H2SO4 (3)分液漏斗 ② 16.
解析:(1)该小题属于离子除杂题。除杂原则是在除去Ca、Mg、SO4时,不能带入新的杂质离子。所以,解此题的关键是把握好加入离子的顺序:①Ba必须在CO3之前加入;②CO3、OH必须在H之前加入,所以B、C不分先后,而D、A本身既分先后,又必须放在
B、C之后才能满足条件。(2)由贝壳制取Ca(OH)2的过程为CaCO3―→CaO―→Ca(OH)2。(3)漂白粉的主要成分为CaCl2和Ca(ClO)2,可将Cl2通入石灰乳中制得。(4)海滩上的物质为海水综合利用创造了便利条件,不用运输,就地取材,从经济效益角度考虑是有利的。(5)由此可见,应在海滩建化工厂或在沿海陆地建厂。
答案:(1)B—C—D—A或C—B—D—A或B—D—C—A (2)CaCO3煅烧,CaO+CO2↑、CaO+H2O===Ca(OH)2 (3)2Cl2+2Ca(OH)2===CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O (4)经济效益
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2-
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(5)海边
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