Question

5．水是一種重要的自然資源，是人類賴以生存不可缺少的物質(zhì)．請(qǐng)回答下列問題：
（1）水質(zhì)優(yōu)劣直接影響人體健康．天然水在凈化處理過程中加入的混凝劑可以是明礬、硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵（填兩種物質(zhì)的名稱），其凈水作用的原理是鋁鹽或鐵鹽在水中發(fā)生水解生成相應(yīng)氫氧化物膠體，它可吸附天然水中懸浮物并破壞天然水中的其他帶異電的膠體，使其聚沉，達(dá)到凈化目的
（2）水的凈化與軟化的區(qū)別是水的凈化是用混凝劑（如明礬等）將水中膠體及懸浮物沉淀下來，而水的軟化是除去水中的鈣離子和鎂離子
（3）硬度為1°的水是指每升水含10mg CaO或與之相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)（如7.1mg MgO）．若某天然水中c（Ca²⁺）=1.2×10^-3mol/L，c（Mg²⁺）=6×10^-4mol/L，則此水的硬度為10°．
（4）若（3）中的天然水還含有c（HCO₃^-）=8×10^-4mol/L，現(xiàn)要軟化10m³這種天然水，則需先加入Ca（OH）₂740克，后加入Na₂CO₃1484克．
（5）如圖是電滲析法淡化海水的原理圖，其中，電極A接直流電源的正極，電極B接直流電源的負(fù)極．
①隔膜A是陰（填“陰”或“陽(yáng)”）離子交換膜；
②某種海水樣品，經(jīng)分析含有大量的Na⁺、Cl^-，以及少量的K⁺、SO₄^2-．若用上述裝置對(duì)該海水進(jìn)行淡化，當(dāng)?shù)�化工作完成后，A、B、C三室中所得溶液（或液體）的pH分別為pH_a、pH_b、pH_c，則其大小順序?yàn)閜H_a＜pH_b＜pH_c．

Answer 1

分析 （1）弱金屬陽(yáng)離子水解生成膠體，膠體具有吸附性，能吸附水中的懸浮物而達(dá)到凈水目的；
（2）凈化水是除去懸浮雜質(zhì)，軟化水是除去鈣鎂離子；
（3）依據(jù)硬度為1°的水是指每升水含10mgCaO或與之相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)（如7.1mgMgO），將水中的Ca²⁺、Mg²⁺質(zhì)量折算成CaO的質(zhì)量計(jì)算得到；
（4）硬水軟化需要把鈣離子和鎂離子全部沉淀，加入氫氧化鈣和鎂離子、碳酸氫根離子反應(yīng)，加入碳酸鈉沉淀鈣離子；
（5）陰離子交換膜只允許陰離子自由通過，陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子自由通過；電解池的陰極是氫離子放電，陽(yáng)極是氫氧根離子放電．

解答 解：（1）混凝劑是吸附水中的微小懸浮顆粒，凝聚成較大的顆粒，而快速沉降的主要作用，要具備水解生成膠體的性質(zhì)，所以常有鋁鹽或鐵鹽在水中發(fā)生水解生成相應(yīng)氫氧化物膠體，如明礬、硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵等，
故答案為：明礬、硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵；鋁鹽或鐵鹽在水中發(fā)生水解生成相應(yīng)氫氧化物膠體，它可吸附天然水中懸浮物并破壞天然水中的其他帶異電的膠體，使其聚沉，達(dá)到凈化目的；
（2）水的凈化是除去懸浮性雜質(zhì)，一般用明礬進(jìn)行；水的軟化是降低Ca²⁺、Mg²⁺的濃度，方法很多，有離子交換法、石灰純堿法等，
故答案為：水的凈化是用混凝劑（如明礬等）將水中膠體及懸浮物沉淀下來，而水的軟化是除去水中的鈣離子和鎂離子；
（3）某天然水中c（Ca²⁺）=1.2×10^-3mol•L^-1，c（Mg²⁺）=6×10^-4mol•L^-1，硬度為1°的水是指每升水含10mgCaO或與之相當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)（如7.1mgMgO）；1L水中鈣離子物質(zhì)的量=1.2×10^-3mol，相當(dāng)于CaO質(zhì)量=1.2×10^-3mol×56g/mol=67.2mg，1L水中鎂離子物質(zhì)的量=6×10^-4mol，相當(dāng)于氧化鎂質(zhì)量6×10^-4mol×40g/mol=24mg，所以水的硬度=$\frac{67.2mg}{10mg}$+$\frac{24mg}{7.1mg}$=10°故答案為：10°；
（4）10m³這種天然水水中含有鈣離子物質(zhì)的量=10×10³L×1.2×10^-3mol•L^-1=12mol；鎂離子物質(zhì)的量=10×10³L×6×10^-4mol•L^-1=6mol；碳酸氫根離子物質(zhì)的量=10×10³L×8×10^-4mol•L^-1=8mol；加入氫氧化鈣發(fā)生的反應(yīng)為：
Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓  HCO₃^-+OH^-=CO₃^2-+H₂O
1     2              1    1   1
6mol  12mol          8mol  8mol 8mol
共需氫氧根物質(zhì)的量20mol；
需要Ca（OH）₂物質(zhì)的量10mol，氫氧化鈣質(zhì)量為74g/mol×10mol=740g，
水溶液中Ca²⁺物質(zhì)的量為12mol+10mol=22mol，
其中需要加入的 碳酸根離子為22mol-8mol=14mol，需要碳酸鈉的質(zhì)量為14mol×106g/mol=1484g，
故答案為：740；1484；
（5）①陰離子交換膜只允許陰離子自由通過，陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子自由通過，隔膜A和陽(yáng)極相連，陽(yáng)極是陰離子放電，所以隔膜A是陰離子交換膜，故答案為：陰離子交換膜；
②電解池的陰極是氫離子放電，陽(yáng)極是氫氧根離子放電，隔膜A是陰離子交換膜，隔膜C是陽(yáng)離子交換膜，則導(dǎo)致A室顯酸性，B室顯中性，C室顯堿性，所以pH大小順序?yàn)椋簆H_a＜pH_b＜pH_c，故答案為：pH_a＜pH_b＜pH_c．

點(diǎn)評(píng) 本題考查電解原理、水資源凈化及應(yīng)用，為高頻考點(diǎn)，明確電解池中各個(gè)電極發(fā)生的反應(yīng)及交換膜特點(diǎn)是解本題關(guān)鍵，難點(diǎn)是硬度的計(jì)算，題目難度中等．