Question

17．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+	Ca2+	Mg2+	Cl-	SO42-	HCO3-
含量/mg•L-1	9360	83	200	1100	16000	1200	118

（1）海水顯弱堿性的原因是（用離子方程式表示）HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-．該海水中Ca²⁺的物質(zhì)的量濃度為5×10^-3 mol•L^-1．
（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．

①陰極的電極反應(yīng)式為2H⁺+2e^-=H₂↑．
②電解一段時間，陰極區(qū)會產(chǎn)生水垢，其成分為CaCO₃和Mg（OH）₂，寫出生成CaCO₃的離子方程式
Ca²⁺+OH^-+HCO₃^-=CaCO₃↓+H₂O．
③淡水的出口為a、b、c中的b出口．
（3）海水中鋰元素儲量非常豐富，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．放電時該電極是電池的正極（填“正”或“負”），電極反應(yīng)式為FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄．

Answer 1

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200mg/L，利用物質(zhì)的量濃度概念計算得到；
（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)；
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；
（3）在原電池放電時，負極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，正極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)得失電子確定正負極，根據(jù)反應(yīng)物、生成物書寫電極反應(yīng)式．

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200mg/L，物質(zhì)的量濃度=$\frac{\frac{200×10{\;}^{-3}g}{40g/mol}}{1L}$=5×10^-3 mol/L；
故答案為：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，5×10^-3 ；
（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：2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑；
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，
故答案為：Ca²⁺+OH^-+HCO₃^-=CaCO₃↓+H₂O；
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，通過用一段時間海水中的 陰陽離子在兩個電極放電，所以水在b處流出，
故答案為：b；
（3）放電時，該裝置是原電池，F(xiàn)e元素化合價由+3價變?yōu)?2價，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，
故答案為：正；FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄．

點評 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．