Question

9．某海域海水一些化學成分如表所示，已知：25℃時，
K_sp（CaCO₃）=2.8×10^-9，K_sp（MgCO₃）=6.8×10^-6，K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11．

海水成分	Na+	Ca2+	Mg2+	HCO3-	Zn2+
含量/mol•L-1	0.4	0.002	0.045	0.002	10-7

某化學小組同學欲在實驗制備MgCl₂，并提取Zn．設計流程如圖：

[假設①②過程溶液體積不變，忽略分離過程的損失]
（1）25℃時測得海水的pH＞ 7.0（填“＞”、“＜”、“﹦”），其原因是HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-（寫離子方程式）．
（2）如圖為溶液pH與對應的Zn²⁺、[Zn（OH）₄]^2-物質(zhì)的量濃度的對數(shù)坐標圖．請結(jié)合圖中數(shù)據(jù)回答：試劑Y的化學式為HCl；由濾液F到沉淀C過程（一般認為離子濃度低于10^-5mol/L就是沉淀完全），則調(diào)節(jié)的pH范圍為8＜pH＜12．

（3）同學們發(fā)現(xiàn)，把MgCl₂溶液蒸干、灼燒所得的白色固體難溶于水，你認為其主要成分是MgO．原因是（用化學方程式表示）MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+2HCl↑、Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂O．
（4）由圖中c（Zn²⁺）計算Zn（OH）₂的溶度積K_sp=10^-17．

Answer 1

分析 海水中的成分為Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-、Zn²⁺，加氫氧化鈉，與HCO₃^-反應生成CO₃^2-再和Ca²⁺結(jié)合生成沉淀A碳酸鈣，過濾，濾液中含有Na⁺、Mg²⁺、Zn²⁺，再加氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH=11，Mg²⁺和Zn²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀B，則沉淀B為Mg（OH）₂和Zn（OH）₂，在沉淀B中加足量氫氧化鈉，Zn（OH）₂轉(zhuǎn)化為[Zn（OH）₄]^2-，過濾，濾液為含有[Zn（OH）₄]^2-的溶液，濾渣為Mg（OH）₂，在氫氧化鎂中加鹽酸溶解得到氯化鎂溶液，蒸發(fā)得到MgCl₂，在含有[Zn（OH）₄]^2-的溶液中加鹽酸，調(diào)節(jié)pH，使其轉(zhuǎn)化為氫氧化鋅沉淀，
（1）根據(jù)HCO₃^-能發(fā)生水解反應分析；
（2）根據(jù)流程分析判斷Y；由圖2可知當pH＜12時，[Zn（OH）₄]^2-的濃度小于10^-5mol/L，當pH＜8時會轉(zhuǎn)化為鋅離子；
（3）在溶液中加熱促進MgCl₂水解生成Mg（OH）₂，灼燒Mg（OH）₂分解生成MgO；
（4）由圖2可知pH=7時，c（Zn²⁺）=10^-3mol/L，根據(jù)K_sp[Zn（OH）₂]=c（Zn²⁺）×c²（OH^-）計算．

解答 解：海水中的成分為Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-、Zn²⁺，加氫氧化鈉，與HCO₃^-反應生成CO₃^2-再和Ca²⁺結(jié)合生成沉淀A碳酸鈣，過濾，濾液中含有Na⁺、Mg²⁺、Zn²⁺，再加氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH=11，Mg²⁺和Zn²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀B，則沉淀B為Mg（OH）₂和Zn（OH）₂，在沉淀B中加足量氫氧化鈉，Zn（OH）₂轉(zhuǎn)化為[Zn（OH）₄]^2-，過濾，濾液為含有[Zn（OH）₄]^2-的溶液，濾渣為Mg（OH）₂，在氫氧化鎂中加鹽酸溶解得到氯化鎂溶液，蒸發(fā)得到MgCl₂，在含有[Zn（OH）₄]^2-的溶液中加鹽酸，調(diào)節(jié)pH，使其轉(zhuǎn)化為氫氧化鋅沉淀，
（1）海水中含有HCO₃^-，HCO₃^-能發(fā)生水解反應，離子方程式為：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，溶液呈堿性，溶液的pH大于7，
故答案為：＞；HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；
（2）根據(jù)流程分析可知X為氫氧化鈉溶液，Y為HCl；由圖2可知當pH＜12時，[Zn（OH）₄]^2-的濃度小于10^-5mol/L，當pH＜8時會轉(zhuǎn)化為鋅離子，則調(diào)節(jié)的pH的范圍為8＜pH＜12，
故答案為：HCl；8＜pH＜12；
（3）在溶液中加熱促進MgCl₂水解生成Mg（OH）₂，灼燒Mg（OH）₂分解生成MgO，發(fā)生的反應分別為：MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+2HCl↑、Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂O；所以把MgCl₂溶液蒸發(fā)、灼燒所得的白色固體為MgO，
故答案為：MgO；MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+2HCl↑、Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂O；
（4）由圖2可知pH=7時，c（Zn²⁺）=10^-3mol/L，則c（OH^-）=10^-7mol/L，K_sp[Zn（OH）₂]=c（Zn²⁺）×c²（OH^-）=10^-3×（10^-7）²=10^-17，
故答案為：10^-17．

點評 本題考查性質(zhì)方案的設計，題目難度中等，涉及物質(zhì)的分離提純、工藝流程的分析、鹽的水解原理的應用、溶度積常數(shù)的計算等知識，正確分析制備流程為解答關(guān)鍵，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學實驗能力．