Question

8．海水是一個巨大的化學資源庫．圖1是海水綜合利用的部分工藝流程圖：

（1）在過程①中應加入的試劑分別為①Na₂C0₃溶液、②鹽酸、③BaCl₂溶液、④NaOH溶液，這4種試劑添加的合理順序是③④①②或④③①②
（2）I氯堿工業(yè)的反應原理是電解飽和食鹽水，下列物質不可能是氯堿工業(yè)產品的是C
A．H₂    B．Cl₂    C．Na₂CO₃    D．NaOH
Ⅱ如圖2是離子交換膜法電解原理示意圖，兩電極均用惰性電極材料．精制飽和食鹽水進入陽極室（填“陽極”或“陰極”），所使用的離子交換膜的作用是防止氫氧根離子與氯氣反應，防止氯氣和氫氣反應Ⅲ若左右兩池的溶液體積在電解前后均為25L，當左邊電極收集到1680L（標準狀況）Cl₂時，右池獲得的NaOH溶液的濃度為6mol/L
（3）寫出過程④電解過程中陰極電極反應式：Mg²⁺+2e^-═Mg．
（4）工藝流程過程③直接在空氣中加熱灼燒能否實現？為什么？

Answer 1

分析 海水曬鹽后得到粗鹽和母液，粗鹽加入氫氧化鈉、氯化鋇、碳酸鈉、鹽酸精制除雜得到精鹽，電解飽和食鹽水得到氯氣、氫氣和氫氧化鈉溶液，母液中加入氫氧化鈣濁液沉淀鎂離子，過濾得到氫氧化鎂沉淀，加入鹽酸溶解后得到氯化鎂溶液，蒸發(fā)濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌得到氯化鎂晶體，在氯化氫氣流中加熱失水得到氯化鎂固體，電解熔融氯化鎂得到金屬鎂和氯氣，濾液中加入氯氣氧化溴離子得到溴單質的低濃度溶液，加入碳酸鈉溶液吸收溴單質，再加入稀硫酸，發(fā)生歸中反應得到高濃度的溴單質溶液．
（1）Mg²⁺選擇NaOH溶液除去，Ca²⁺選擇Na₂CO₃除去，SO₄^2-選擇BaCl₂除去，碳酸鈉一定在氯化鋇之后，鹽酸在最后．
（2）I．依據質量守恒定律可知化學反應前后元素的種類一定不變，所以通過電解食鹽水制取的物質元素的含有情況，必與反應物食鹽水含有的元素情況相同據此回答即可；
Ⅱ．電解飽和食鹽時陽極陰離子Cl^-、OH^-放電，Cl^-的放電能力強于OH^-，陽極發(fā)生的方程式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，陰極：2H⁺+2e^-═H₂↑；陽離子交換膜只能陽離子通過，陰離子和氣體不能通過；
Ⅲ．根據電解方程式結合產生氣體的量進行計算回答；
（3）電解時，陽極上氯離子放電生成氯氣，陰極上鎂離子放電生成鎂單質；
（4）在空氣中加熱氯化鎂晶體，鎂離子水解生成的HCl易揮發(fā)，不能得到氯化鎂，最終得到氧化鎂．

解答 解：（1）除去粗鹽中的可溶性雜質：Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-時，可以加入過量NaOH（去除鎂離子）：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，加入過量BaCl₂（去除硫酸根離子）：SO₄^2-+Ba²⁺=BaSO₄↓；也可先加氯化鋇后加氫氧化鈉，再加入過量Na₂CO₃（去除鈣離子以及多余的鋇離子）：Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓，Ba²⁺+CO₃^2-=BaCO₃↓，碳酸鈉必須加在氯化鋇之后，鹽酸在最后，除去多余的碳酸根離子，所以按滴加順序依次為③④①②或④③①②，
故答案為：③④①②或④③①②；
（2）I．根據質量守恒定律可知化學反應前后元素的種類一定不變，反應物是氯化鈉和水，所以反應后的物質中只能含有鈉、氯、氫和氧四種元素．
A．氫氣是由氫元素組成的，符合以上關于產物情況的分析，所以氫氣可能是該反應的生成物，故A不選；
B．氯氣由氯元素組成，符合以上關于產物情況的分析，所以氯氣可能是該反應的生成物，故B不選；
C．碳酸鈉是由碳、氧和鈉三種元素組成，由以上分析可知生成物中不可能含有碳元素，所以生成物中不可能含有碳酸鈉，故C選；
D．氫氧化鈉是由鈉、氧和氫三種元素組成，符合以上關于產物情況的分析，所以可能是生成物，故D不選．
故答案為：C；
Ⅱ．電解飽和食鹽時陽極陰離子Cl^-、OH^-放電，Cl^-的放電能力強于OH^-，陽極發(fā)生的方程式為：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，陽離子交換膜只能陽離子通過，陰離子和氣體不能通過，所以精制飽和食鹽水進入陽極，陽離子交換膜只能陽離子通過，陰離子和氣體不能通過，用石墨作電極電解飽和氯化鈉時，陽極上氯離子放電生成氯氣，氯氣不能通過陽離子交換膜而進入陰極，如果氯氣進入陰極易和氫氣混合產生爆炸，且易和氫氧化鈉溶液反應2NaOH+Cl₂=NaCl+NaClO+H₂O，生成氯化鈉、次氯酸鈉而導致制取的氫氧化鈉不純；
故答案為：陽極；防止氫氧根離子與氯氣反應，防止氯氣和氫氣反應；
Ⅲ．當左邊電極收集到1680L（標準狀況）Cl₂時，n（Cl₂）=$\frac{1680L}{22.4L/mol}$=75mol，電解氯化鈉的離子方程式為：2Cl^-+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2OH^-，生成氫氧化鈉是150mol，所以氫氧化鈉的濃度是：$\frac{150mol}{25L}$=6mol/L，
故答案為：6mol/L；
（3）電解氯化鎂：MgCl₂$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑，陽極上氯離子放電生成氯氣，2Cl^--2e^-═Cl₂↑，陰極上鎂離子放電生成鎂單質，Mg²⁺+2e^-═Mg，
故答案為：Mg²⁺+2e^-═Mg；
（4）氯化鎂易水解，反應的方程式為：MgCl₂+2H₂O?2HCl+Mg（OH）₂，在空氣中加熱氯化鎂晶體，鎂離子水解生成的HCl易揮發(fā)，生成氫氧化鎂沉淀，加熱生成氧化鎂，所以若工藝流程過程③直接在空氣中加熱灼燒，最終得到氧化鎂，
答：不能，直接加熱由于六水合氯化鎂水解，氯化氫揮發(fā)得不到無水氯化鎂而得到氧化鎂．

點評 本題以海水資源及其利用為載體綜合考查物質的分離、制備，側重于學生的分析、實驗能力的考查，題目涉及金屬的冶煉、物質的分離和提純、氧化還原反應等知識點，題目難度中等．