Question

5．海洋是巨大的资源宝库，具有非常广阔的开发前景．
Ⅰ．从海水中提取食盐和溴的过程如下：

（1）请列举海水淡化的三种方法：蒸馏法、电渗析法、离子交换法．
（2）用于电解的食盐水需先除去其中的Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质．某次除杂操作时，往粗盐水中先加入过量的BaCl₂（填化学式），至沉淀不再产生后，继续加入过量的Na₂CO₃和NaOH，充分反应后将沉淀一并滤去．经检测发现滤液中仍含有一定量的SO₄^2-，已知K_sp（BaSO₄）=1.1×10^-10、K_sp（BaCO₃）=5.1×10^-9，请分析滤液中仍含有SO₄^2-的原因是：BaSO₄和BaCO₃的K_sp相差不大，当溶液中存在大量CO₃^2-时，BaSO₄（s）会部分转化为BaCO₃（s）．将提纯后的NaCl溶液进行电解，在电解槽中可直接得到的产品有H₂、Cl₂、NaOH或H₂、NaClO．
（3）步骤Ⅰ中已获得Br₂，步骤Ⅱ中又将Br₂还原为Br^-，其目的为富集溴元素．
（4）步骤Ⅱ用SO₂水溶液吸收Br₂，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式为：
Br₂+SO₂+2H₂O═4H⁺+SO₄^2-+2Br^-，由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是强酸对设备的严重腐蚀．
Ⅱ．按以下实验方案可从海洋动物炳海鞘中提取具有抗肿瘤活性的天然产物．

（5）下列叙述正确的是a、b、d（填序号）．
a．步骤①需要过滤装置        b．步骤②需要用到分液漏斗
c．步骤③需要用到坩埚        d．步骤④需要蒸馏装置
Ⅲ．海水淡化后剩余的浓海水经过一系列工艺流程可以获取其他产品，如Mg（OH）₂等．浓海水的主要成分如下：

离子	Na+	Mg2+	Cl-	SO42-
浓度/（g•L-1）	63.7	28.8	144.6	46.4

（6）理论上，1L浓海水最多可得到Mg（OH）₂的质量为69.6 g．

Answer 1

分析 （1）除去海水中的盐分以获得淡水的工艺过程叫海水淡化，亦称海水脱盐．海水淡化的方法，基本上分为两大类：
①在除杂的过程中每步加入的试剂必须是过量的，使离子除尽；过量的离子在下一步中必须出去，故先加入BaCl₂，除去硫酸根，过量的钡离子，加入Na₂CO₃除去．根据提供的Ksp数据，在后面加入碳酸钠时，发生BaSO₄（s）+CO₃^2- （aq）=BaCO₃（s）+SO₄^2- （aq）；从海水中取淡水，有蒸留法、反渗透法、水合物法、溶剂萃取法和冰冻法；
②除去海水中的盐分，有电渗拆法、离子交换法和压渗法；
（2）电解饱和氯化钠溶液，在阳极上产生氯气，阴极上产生氢气，同时生成了氢氧化钠；如果氯气遇到氢氧化钠溶液可反应生成次氯酸钠；
（3）海水淡化得到的母液和电解氯化钠溶液生成的氯气反应，得到的溴单质浓度低，溴单质在水中有一定的溶解性且和水反应，提取时消耗过的能源和原料，降低了经济效益；
（4）SO₂吸收溴，依据氧化还原反应生成物书写基本规律，Br元素在自然中-1价稳定．由于此反应有强酸HBr和H₂SO₄生成，易腐蚀设备，顺利写出工业生产需要解决的问题；
（5）步骤①是分离固液混合物，其操作为过滤，步骤②分离互不相溶的液体混合物，需进行分液，要用到分液漏斗；步骤③是从溶液中得到固体，操作为蒸发，需要蒸发皿；步骤④是从有机化合物中，利用沸点不同采取蒸馏得到甲苯；
（6）根据Mg²⁺～Mg（OH）₂计算氢氧化镁的质量．

解答 解：（1）从海水中取淡水，有蒸留法、反渗透法、水合物法、溶剂萃取法和冰冻法，除去海水中的盐分，有电渗拆法、离子交换法和压渗法，故答案为：蒸馏法；电渗析法；离子交换法；
（2）加入过量的Na₂CO₃和NaOH，可分别除去Ca²⁺、Mg²⁺，在除杂的过程中每步加入的试剂必须是过量的，使离子除尽；过量的离子在下一步中必须出去，故先加入BaCl₂，除去硫酸根，过量的钡离子，加入Na₂CO₃除去．BaSO₄和BaCO₃的K_sp相差不大，当溶液中存在大量CO₃^2-时，发生BaSO₄（s）+CO₃^2- （aq）=BaCO₃（s）+SO₄^2- （aq），BaSO₄（s）会部分转化为BaCO₃（s）；电解NaCl溶液：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，若产生的Cl₂直接与溶液中NaOH反应，可以生产消毒液NaClO，
故答案为：BaCl₂；BaSO₄和BaCO₃的K_sp相差不大，当溶液中存在大量CO₃^2-时，BaSO₄（s）会部分转化为BaCO₃（s）；Cl₂；NaOH；NaClO；
（3）步骤Ⅰ中已获得Br₂，步骤Ⅱ中又将Br₂还原为Br^-，目的是低浓度的Br₂溶液在提取时消耗过多的原料和能源，转化为HBr后易被氧化剂氯气氧化为溴单质，用于富集溴元素，故答案为：富集溴元素；
（4）二氧化硫吸收溴单质发生反应，SO₂+Br₂+2H₂O=H₂SO₄+2HBr，离子方程式为SO₂+Br₂+2H₂O═4H⁺+2Br^-+SO₄^2-，环境保护主要是减少SO₂气体的损耗和排放，工业生产中应解决的主要问题是反应生成了两种强酸，易腐蚀设备，
故答案为：SO₂+Br₂+2H₂O═4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；强酸对设备的严重腐蚀；
（5）a．步骤①是分离固液混合物，其操作为过滤，需要过滤装置，故a正确；
b．步骤②分离互不相溶的液体混合物，需进行分液，要用到分液漏斗，故b正确；
c．步骤③是从溶液中得到固体，操作为蒸发，需要蒸发皿，而不用坩埚，故c错误；
d．步骤④是从有机化合物中，利用沸点不同采取蒸馏得到甲苯，需要蒸馏装置，故d正确；
故答案为：a、b、d；
（6）溶液中m（Mg²⁺）=1L×28.8g/L=28.8g，
Mg²⁺～Mg（OH）₂
24g  58g
28.8g m[Mg（OH）₂]
m[Mg（OH）₂]=28.8g×$\frac{58g}{24g}$=69.6g，故答案为：69.6．

点评 本题考查了海水资源的综合利用，海水提溴工艺，物质的分离提纯等，注意合成流程中物质的性质及分离方法是解答本题的关键，注重实验操作和分离方法的考查，题目难度不大．