Question

海洋資源的開發(fā)與利用具有廣闊的前景．海水的pH一般在7.5～8.6之間．某地海水中主要離子的含量如下表：

成分	Na+	K+	Ca 2+	Mg 2+	Cl-	SO4 2-	HCO3-
含量/mg?L-1	9360	83	160	1100	16000	1200	118

（1）海水顯弱堿性的原因是（用離子方程式表示）：，該海水中Ca ²⁺的物質(zhì)的量濃度為

 

 mol/L．
（2）電滲析法是近年發(fā)展起來的一種較好的海水淡化技術(shù)，其原理如圖1所示．其中陰（陽）離子交換膜只允許陰（陽）離子通過，電極均為惰性電極．

①開始時(shí)陽極的電極反應(yīng)式為

 

．
②電解一段時(shí)間，極（填“陰”或“陽”）會(huì)產(chǎn)生水垢，其成份為

 

（填化學(xué)式）．
③淡水的出口為a、b、c中的

 

出口．
（3）海水中鋰元素儲(chǔ)量非常豐富，從海水中提取鋰的研究極具潛力．鋰是制造化學(xué)電源的重要原料，如LiFePO₄電池某電極的工作原理如圖2所示：
該電池電解質(zhì)為能傳導(dǎo) Li⁺的固體材料．上面圖1中的小黑點(diǎn)表示

 

（填粒子符號(hào)），充電時(shí)該電極反應(yīng)式
為

 

．
（4）利用海洋資源可獲得MnO₂．MnO₂可用來制備高錳酸鉀：將MnO₂與KOH混合后在空氣中加熱熔融，得到綠色的錳酸鉀（K₂MnO₄），再利用氯氣將錳酸鉀氧化成高錳酸鉀．該制備過程中消耗相同條件下氯氣和空氣的體積比為

 

 （空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)按20%計(jì)）．

Answer 1

考點(diǎn)：海水資源及其綜合利用,物質(zhì)的量濃度的相關(guān)計(jì)算,電解原理

專題：

分析：（1）分析海水中存在的離子性質(zhì)判斷，碳酸氫根離子是弱酸陰離子水解顯堿性，結(jié)合海水中鈣離子含量為160mg/L，利用物質(zhì)的量濃度概念計(jì)算得到；
（2）①依據(jù)電滲析法淡化海水示意圖分析，陰（陽）離子交換膜僅允許陰（陽）離子通過．所以陰極上是陽離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，陽極是氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng)生成氯氣；
②陰極是氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，陰極附近氫氧根離子濃度增大，海水中含有碳酸氫根離子、鈣離子、Mg²⁺氫氧根離子和碳酸氫根離子反應(yīng)生成碳酸根離子與鈣離子生成白色沉淀碳酸鈣，電解一段時(shí)間，陰極區(qū)會(huì)產(chǎn)生水垢，其成分為CaCO₃和Mg（OH）₂；
③在電滲析法淡化海水示意圖中陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，所以水在b處流出；
（3）該電池電解質(zhì)為能傳導(dǎo) Li⁺的固體材料．上面圖1中的小黑點(diǎn)是傳導(dǎo)離子；在原電池放電時(shí)，負(fù)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)得失電子確定正負(fù)極，原電池正極是電解池的陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，據(jù)此書寫電極反應(yīng)；
（4）依據(jù)化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算需要氧氣和氯氣物質(zhì)的量，空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)按20%計(jì)算空氣物質(zhì)的量，氣體體積之比等于體積之比．

解答： 解：（1）海水中存在的離子性質(zhì)判斷，碳酸氫根離子是弱酸陰離子水解顯堿性，離子方程式為：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，結(jié)合海水中鈣離子含量為160mg/L，物質(zhì)的量濃度=

160×103g 40g/mol

1L

=4×10^-3 mol/L；
故答案為：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，4×10^-3 mol/L；
（2）①陰極上是陽離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，氫離子放電能力大于鈉離子，所以電極反應(yīng)為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-或2H⁺+2e^-=H₂↑，開始時(shí)陽極的電極反應(yīng)式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
②陰極是氫離子得到電子發(fā)生還原反應(yīng)，陰極附近氫氧根離子濃度增大，海水中含有碳酸氫根離子、鈣離子，氫氧根離子和碳酸氫根離子反應(yīng)生成碳酸根離子與鈣離子生成白色沉淀碳酸鈣，生成碳酸鈣沉淀的離子方程式為：Ca²⁺+OH^-+HCO₃^-=CaCO₃↓+H₂O，電解一段時(shí)間，陰極區(qū)會(huì)產(chǎn)生水垢，其成分為CaCO₃和Mg（OH）₂，
故答案為：陰，CaCO₃和Mg（OH）₂；
③在電滲析法淡化海水示意圖中陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，通過用一段時(shí)間海水中的 陰陽離子在兩個(gè)電極放電，所以水在b處流出，
故答案為：b；
（3）該電池電解質(zhì)為能傳導(dǎo) Li⁺的固體材料．上面圖1中的小黑點(diǎn)表示鋰離子，放電時(shí)，該裝置是原電池，F(xiàn)e元素化合價(jià)由+3價(jià)變?yōu)?2價(jià)，得電子發(fā)生還原反應(yīng)，所以該電極是正極，電極反應(yīng)式為FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄，充電過程該極電極反應(yīng)發(fā)生的是失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)為：LiFePO₄-e^-=FePO₄+Li⁺；
故答案為：Li⁺；LiFePO₄-e^-=FePO₄+Li⁺；
（4）2MnO₂+4KOH+O₂═2K₂MnO₄+2H₂O，Cl₂+2K₂MnO₄=2KMnO₄+2KCl，得到電離關(guān)系Cl₂～O₂反應(yīng)過程中消耗相同條件下氧氣和氯氣的體積比=1：1，
空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)按20%計(jì)，消耗相同條件下氯氣和空氣的體積比=1：5，
故答案為：1：5．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了化學(xué)電源新型電池，電解池原理分析判斷，海水淡化的電滲析原理的分析判斷，題目難度中等，掌握原理即可解答．