Question

20．海水中含有豐富的鎂資源．某同學(xué)設(shè)計(jì)了從模擬海水中制備MgO的實(shí)驗(yàn)方案：

海水中的離子濃度（mol/L）	Na+	Mg2+	Ca2+	Cl-	HCO3
	0.439	0.050	0.011	0.560	0.001

注：溶液中某種離子的濃度小于1.0×10^-5 mol/L，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．
已知：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．
下列說(shuō)法正確的是（　　）

• A． 沉淀物X為CaCO₃，MgCO₃
• B． 濾液M中存在Mg²⁺，不存在Ca²⁺
• C． 濾液N中存在Mg²⁺、Ca²⁺
• D． 步驟②中若改為加入8 g NaOH固體，沉淀物Y為Ca（OH）₂和Mg（OH）₂的混合物

Answer 1

分析 步驟①，加入0.001mol NaOH時(shí)，OH^- 恰好與HCO₃^-完全反應(yīng)，生成0.001molCO₃^2-．由于K_sp（CaCO₃）＜＜K_sp（MgCO₃），生成的CO₃^2-與水中的Ca²⁺反應(yīng)生成CaCO₃ 沉淀，濾液M中同時(shí)存在著Ca²⁺和Mg²⁺；
步驟②，當(dāng)濾液M中加入NaOH 固體，調(diào)至pH=11（即pOH=3）時(shí)，此時(shí)濾液中c（OH^-）=1×10^-3 mol•L^-1．
根據(jù)溶度積可判斷Ca（OH）₂ 是否生成沉淀，一定有Mg（OH）₂沉淀生成．

解答 解：A．步驟①，從題給的條件，可知n（NaOH ）=0.001mol，[即n（OH^-）=0.001mol]．依據(jù)離子反應(yīng)“先中和、后沉淀、再其他”的反應(yīng)規(guī)律，當(dāng)1L模擬海水中，加入0.001mol NaOH時(shí)，OH^- 恰好與HCO₃^-完全反應(yīng)：OH^-+HCO₃^-=CO₃^2-+H₂O，生成0.001molCO₃^2-．由于K_sp（CaCO₃）＜＜K_sp（MgCO₃），生成的CO₃^2-與水中的Ca²⁺反應(yīng)生成CaCO₃ 沉淀Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓．所以沉淀物X為CaCO₃，故A錯(cuò)誤；
B．由于CO₃^2-只有0.001mol，反應(yīng)生成CaCO₃ 所消耗的Ca²⁺也只有0.001mol，濾液中還剩余c（Ca²⁺）=0.010 mol•L^-1．濾液M中同時(shí)存在著Ca²⁺和Mg²⁺，故B錯(cuò)誤；
C．步驟②，當(dāng)濾液M中加入NaOH 固體，調(diào)至pH=11（即pOH=3）時(shí)，此時(shí)濾液中c（OH^-）=1×10^-3 mol•L^-1．則
Q[Ca（OH）₂]=c（Ca²⁺）×（10^-3）²=0.010×（10^-3）²=10^-8＜K_sp[Ca（OH）₂]，無(wú)Ca（OH）₂生成．
Q[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）×（10^-3）²=0.050×（10^-3）²=5×10^-8＞K_sp[Mg（OH）₂]，有Mg（OH）₂沉淀生成．
又由于K_sp[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）×（10^-3）²=5.6×10^-12，c（Mg²⁺）=5.6×10^-6＜10^-5，無(wú)剩余，濾液N中不存在Mg²⁺，故C錯(cuò)誤；
D．步驟②中若改為加入8 g NaOH固體，則n（NaOH）=$\frac{8g}{40g/mol}$=0.2mol，與0.05mol Mg²⁺反應(yīng)：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，生成0.05 mol Mg（OH）₂，剩余0.1 mol OH^-．
由于Q[Ca（OH）₂]=c（Ca²⁺）×（OH^-）²=0.011×（0.1）²=1.1×10^-4＞K_sp[Ca（OH）₂]，所以有Ca（OH）₂沉淀析出，沉淀物Y為Ca（OH）₂和Mg（OH）₂的混合物，故D正確．
故選D．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道新穎的計(jì)算型分析推斷題，命題者通過(guò)精心選擇，以從模擬海水中制備MgO的實(shí)驗(yàn)方案為背景，結(jié)合考查有關(guān)溶度積的概念及計(jì)算，把一個(gè)具體情景與教材的知識(shí)內(nèi)容有機(jī)結(jié)合起來(lái)．要求考生定量地分析發(fā)生的反應(yīng)，溶液中存在的離子，推斷沉淀是否產(chǎn)生，從而得出正確的結(jié)論．計(jì)算強(qiáng)調(diào)了實(shí)用性以及認(rèn)識(shí)、解決問(wèn)題的綜合性，體現(xiàn)了新課程的特色，題目難度中等．