Question

海水中含豐富資源．某同學(xué)設(shè)計(jì)了從模擬海水中制備Br₂、MgO的實(shí)驗(yàn)方案：

模擬海水中的 離子濃度/mol?L-1	Na+	Mg2+	Ca2+	Br-	Cl-	HCO3-
	0.439	0.050	0.011	0.008	0.552	0.001

Ⅰ．制備Br₂的操作步驟為：
①一定條件下，將Cl₂通入濃縮的海水中，生成Br₂；
②利用熱空氣將Br₂吹出，并用濃Na₂CO₃溶液吸收，生成NaBr、NaBrO₃等；
③用硫酸酸化步驟②得到的混合物．
完成下列填空：
（1）寫出步驟①所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式

 

．
（2）Br₂可用熱空氣吹出，其原因是

 

．
（3）寫出步驟③所發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)方程式

 

Ⅱ．制備MgO的流程圖：

注：溶液中某種離子濃度小于1.0×10^-5 mol?L^-1，可認(rèn)為該離子不存在；
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，假設(shè)溶液體積不變．
K_sp（CaCO₃）=4.96×10^-9　   K_sp （MgCO₃）=6.82×10^-6
K_sp[Ca（OH）₂]=4.68×10^-6 K_sp[Mg（OH）₂]=5.61×10^-12
（1）寫出步驟①發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的離子方程式

 

．
（2）濾液M中主要存在的陽(yáng)離子

 

．
（3）若步驟②中改為加入4.2g NaOH固體，沉淀物Y中

 

（填“有”或“無(wú)”）Ca（OH）₂，并說(shuō)明理由（寫出簡(jiǎn)單的計(jì)算過(guò)程）

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：海水資源及其綜合利用

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：Ⅰ．（1）海水中含有溴離子，氯氣氧化性大于溴，氯氣與溴離子反應(yīng)生成溴單質(zhì)，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；
（2）根據(jù)溴單質(zhì)易揮發(fā)，常溫下為液體進(jìn)行分析；
（3）酸性條件下NaBr、NaBrO₃發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸鈉、溴單質(zhì)、水；
Ⅱ．（1）氫氧化鈉溶液與溶液中碳酸氫根離子反應(yīng)生成碳酸根離子，根據(jù)碳酸鎂和碳酸鈣的溶度積判斷反應(yīng)產(chǎn)物，然后寫出反應(yīng)的離子方程式；
（2）根據(jù)鈣離子濃度計(jì)算出反應(yīng)后是否有剩余，然后判斷濾液M中含有的陽(yáng)離子；
（3）根據(jù)氫氧化鎂和氫氧化鈣的溶度積可知，氫氧化鎂更難溶，加入氫氧化鈉后，優(yōu)先生成氫氧化鎂沉淀，根據(jù)鎂離子的濃度計(jì)算出消耗的氫氧根離子，再計(jì)算出反應(yīng)后溶液中氫氧根離子濃度，再根據(jù)Q_c=c（Ca²⁺）?[c（OH^-）]²與K_sp[Ca（OH）₂]的大小判斷是否生成氫氧化鈣沉淀．

解答： 解：Ⅰ（1）步驟①中氯氣將溴離子氧化成溴單質(zhì)，反應(yīng)的離子方程式為：Cl₂+2Br^-=2Cl^-+Br₂，
故答案為：Cl₂+2Br^-=2Cl^-+Br₂；
（2）由于常溫下為液體、溴單質(zhì)易揮發(fā)生成溴蒸氣，則可用熱空氣吹出，
故答案為：溴單質(zhì)易揮發(fā)生成溴蒸氣；
（3）用硫酸酸化NaBr、NaBrO₃，發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸鈉、溴單質(zhì)、水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：3H₂SO₄+5NaBr+NaBrO₃=3Na₂SO₄+3Br₂+3H₂O5NaBr+NaBrO₃+3H₂SO₄=3Br₂+3Na₂SO₄+3H₂O，
故答案為：5NaBr+NaBrO₃+3H₂SO₄=3Br₂+3Na₂SO₄+3H₂O；
Ⅱ（1）1L海水中加熱1mL 1mol/L的氫氧化鈉溶液后，碳酸氫根離子優(yōu)先與氫氧根離子反應(yīng)，1L海水中含有碳酸氫根離子的物質(zhì)的量為：0.001mol/L×1L=0.001mol，氫氧化鈉溶液中氫氧根離子的物質(zhì)的量為：0.001L×1mol/L=0.001mol，碳酸氫根離子與氫氧根離子恰好反應(yīng)生成碳酸根離子，由于K_sp（CaCO₃）=4.96×10^-9＜K_sp（MgCO₃），則鈣離子優(yōu)先與碳酸根離子反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，反應(yīng)的離子方程式為：Ca²⁺+HCO₃^-+OH^-=CaCO₃↓+H₂O，
故答案為：Ca²⁺+HCO₃^-+OH^-=CaCO₃↓+H₂O；
（2）1L海水中含有的鈣離子的物質(zhì)的量為：0.011mol/L×1L=0.011mol，反應(yīng)生成碳酸鈣消耗了0.001mol鈣離子，則濾液中還剩余的鈣離子的物質(zhì)的量為：0.011mol-0.001mol=0.010mol，濾液M中還含有沒(méi)有參與反應(yīng)的鈉離子和鎂離子，所以濾液M中含有的陽(yáng)離子為：Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，
故答案為：Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺；
（3）濾液M中鈣離子的濃度為：c（Ca²⁺）=

0.01mol

1L

=0.01 mol?L^-1；加入4.2 g （

4.2g

40g/mol

=0.105 mol） NaOH固體后，由于K_sp[Ca（OH）₂]=4.68×10^-6＞K_sp[Mg（OH）₂]=5.61×10^-12，優(yōu)先生成氫氧化鎂沉淀，鎂離子的物質(zhì)的量為：0.050mol/L×1L=0.050mol，則生成了0.05 mol Mg（OH）₂沉淀，剩余的氫氧根離子濃度為：c（OH^-）=

0.105mol-0.050mol×2

1L

=0.005 mol?L^-1，此時(shí)：Q_c=c（Ca²⁺）?[c（OH^-）]²=0.01×（0.005）²＜K_sp[Ca（OH）₂]=4.68×10^-6，所以沉淀物Y中不含Ca（OH）₂，
故答案為：無(wú)；因?yàn)闉V液M中c（Ca²⁺）=0.01 mol?L^-1，加入4.2 g （0.105 mol） NaOH固體后生成0.05 mol Mg（OH）₂沉淀，剩余c（OH^-）=0.005 mol?L^-1，此時(shí)Q_c=c（Ca²⁺）?[c（OH^-）]²=0.01×（0.005）²＜K_sp[Ca（OH）₂]=4.68×10^-6，所以沉淀物Y中不含Ca（OH）₂．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了海水資源的綜合利用、難溶物溶度積的計(jì)算，題目難度較大，注意掌握海水資源及其綜合利用方法，明確難溶物溶度積常數(shù)含義及計(jì)算方法，試題計(jì)算量較大，充分培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計(jì)算能力．