Question

3．海洋是豐富的資源寶庫，通過海水的綜合利用可獲得許多物質(zhì)供人類使用．
（1）海水中鹽的開發(fā)利用：
①海水曬鹽，鹽田分為貯水池、蒸發(fā)池和結(jié)晶池．
②工業(yè)上常以NaCl、CO₂、NH₃為原料制取NaHCO₃，操作過程中應(yīng)向飽和食鹽水中先通入NH₃．
（2）電滲析法是近年來發(fā)展起來的一種較好的海水淡化技術(shù)，其原理如圖所示，其中陰（陽）離子交換膜僅允許陰（陽）離子通過．電滲析法淡化海水示意圖如圖所示，請回答問題：
①陽極主要電極反應(yīng)式是2Cl^--2e^-=Cl₂↑．
②在陰極附近產(chǎn)生少量白色沉淀，其成分有Mg（OH）₂和CaCO₃
③淡水的出口為b（填“a”、“b”或“c”）．
（3）用鹽鹵可以提取溴和鎂，提取過程如下：

①提取溴的過程中，經(jīng)過2次Br^-→Br₂轉(zhuǎn)化的目的是對溴元素進(jìn)行富集，吸收塔中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-．用平衡移動(dòng)原理解釋通空氣的目的是通入空氣將Br₂蒸氣帶出，使Br₂（g）?Br₂（aq）或Br₂+H₂O?HBr+HBrO平衡向左移動(dòng)．
②從MgCl₂溶液中得到MgCl₂．6H₂O晶體的主要操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥．
③依據(jù)上述流程，若將10m3海水（Br含量64mg/L）中的溴元素轉(zhuǎn)化為工業(yè)溴，至少需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下Cl₂的體積為179.2L（忽略Cl2溶解，Br-80）．

Answer 1

分析 （1）①海水曬鹽通過蒸發(fā)、結(jié)晶制取食鹽；
②二氧化碳在水中溶解度較小，而氨氣極易溶于水，據(jù)此判斷通入氣體的先后順序；
（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）海水中加入氫氧化鈣沉淀鎂離子后過濾，在濾液中通入CL₂是將濾液中的Br^-氧化為Br₂，再利用熱的空氣將Br₂吹出，進(jìn)入吸收塔與SO₂反應(yīng)，其反應(yīng)的離子方程式為：SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；再通入CL₂將Br^-氧化為Br₂，兩次Br^-→Br₂轉(zhuǎn)化的目的是對溴元素進(jìn)行富集，氫氧化鎂加入鹽酸溶解得到氯化鎂溶液，氯化鎂溶液中得到氯化鎂晶體的操作是加熱蒸發(fā)冷卻結(jié)晶得到無水氯化鎂，電解熔融氯化鎂得到金屬鎂；
①提取溴的過程中，經(jīng)過2次Br^-→Br₂轉(zhuǎn)化的目的是更多的得到溴單質(zhì)，吸收塔內(nèi)通入的是二氧化硫氣體是和溴單質(zhì)反應(yīng)生成溴離子，在蒸餾塔中被氯氣氧化得到更多的溴單質(zhì)，通空氣的目的是溴單質(zhì)被空氣帶出；
②氯化鎂溶液中得到氯化鎂晶體的操作是加熱蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥得到無水氯化鎂，電解熔融氯化鎂得到金屬鎂；
③依據(jù)離子方程式計(jì)算得到需要的氯氣體積．

解答 解：（1）①由海水曬鹽原理可知，鹽田分為貯水池、蒸發(fā)池和結(jié)晶池，故答案為：結(jié)晶；             
②由于二氧化碳在水中溶解度較小，而NH₃易溶于水，且水溶液顯堿性，有利于充分吸收CO₂，增大溶液中碳酸氫根的濃度，所以向飽和的氯化鈉溶液中先通入氨氣，再通入二氧化碳，以NaCl、NH₃、CO₂和水等為原料制取NaHCO₃的化學(xué)方程式為：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl，
故答案為：NH₃；
（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：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）①依據(jù)利用海水可以提取溴和鎂，流程中提取溴的過程中，經(jīng)過2次Br^-→Br₂轉(zhuǎn)化的目的是更多的得到溴單質(zhì)，提取過程對溴元素進(jìn)行富集；吸收塔內(nèi)通入的是二氧化硫氣體是和溴單質(zhì)反應(yīng)生成溴離子，在蒸餾塔中被氯氣氧化得到更多的溴單質(zhì)，吸收塔中反應(yīng)的離子方程式為；SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；通入空氣將Br₂蒸氣帶出，使Br₂（g）?Br₂（aq）或Br₂+H₂O?HBr+HBrO平衡向左移動(dòng)，
故答案為：對溴元素進(jìn)行富集；SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；通入空氣將Br₂蒸氣帶出，使Br₂（g）?Br₂（aq）或Br₂+H₂O?HBr+HBrO平衡向左移動(dòng)；
②從MgCl₂溶液中得到MgCl₂固體，操作是加熱濃縮蒸發(fā)、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌、干燥得到無水氯化鎂，電解熔融氯化鎂得到金屬鎂和氯氣，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶；
③若將10m³海水中的溴元素轉(zhuǎn)化為工業(yè)溴，依據(jù)圖表中溴元素含量為64mg/L，10m³海水中含溴元素=10×1000L×64g/L×10^-3=640g；物質(zhì)的量=$\frac{640g}{80g/mol}$=8mol，依據(jù)反應(yīng)計(jì)算得到：2Br^-+Cl₂=Br₂+2Cl^-，消耗氯氣物質(zhì)的量為：4mol；提取過程中需要兩次通入氯氣實(shí)現(xiàn)溴離子被氧化，所以至少需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下Cl₂的物質(zhì)的量為8 mol標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為 8mol×22.4L/mol=179.2L，
故答案為：179.2．

點(diǎn)評 本題考查了海水淡化的電滲析原理的分析判斷，海水中溴的提取過程，溶液中得到固體的條件應(yīng)用，反應(yīng)過程中的氧化劑計(jì)算，注意氯氣兩次氧化消耗，題目難度中等．