题目内容
海洋资源的开发与利用具有广阔的前景．海水的pH一般在7.5～8.6之间．某地海水中主要离子的含量如下表：
（1）海水显弱碱性的原因是（用离子方程式表示）：，该海水中Ca 2+的物质的量浓度为 mol/L．
（2）电渗析法是近年发展起来的一种较好的海水淡化技术，其原理如图1所示．其中阴（阳）离子交换膜只允许阴（阳）离子通过，电极均为惰性电极．
①开始时阳极的电极反应式为 ．
②电解一段时间，极（填“阴”或“阳”）会产生水垢，其成份为 （填化学式）．
③淡水的出口为a、b、c中的 出口．
（3）海水中锂元素储量非常丰富，从海水中提取锂的研究极具潜力．锂是制造化学电源的重要原料，如LiFePO4电池某电极的工作原理如图2所示：
该电池电解质为能传导 Li+的固体材料．上面图1中的小黑点表示 （填粒子符号），充电时该电极反应式
为 ．
（4）利用海洋资源可获得MnO2．MnO2可用来制备高锰酸钾：将MnO2与KOH混合后在空气中加热熔融，得到绿色的锰酸钾（K2MnO4），再利用氯气将锰酸钾氧化成高锰酸钾．该制备过程中消耗相同条件下氯气和空气的体积比为 （空气中氧气的体积分数按20%计）．
| 成分 | Na+ | K+ | Ca 2+ | Mg 2+ | Cl- | SO4 2- | HCO3- |
| 含量/mg?L-1 | 9360 | 83 | 160 | 1100 | 16000 | 1200 | 118 |
（2）电渗析法是近年发展起来的一种较好的海水淡化技术，其原理如图1所示．其中阴（阳）离子交换膜只允许阴（阳）离子通过，电极均为惰性电极．
①开始时阳极的电极反应式为
②电解一段时间，极（填“阴”或“阳”）会产生水垢，其成份为
③淡水的出口为a、b、c中的
（3）海水中锂元素储量非常丰富，从海水中提取锂的研究极具潜力．锂是制造化学电源的重要原料，如LiFePO4电池某电极的工作原理如图2所示：
该电池电解质为能传导 Li+的固体材料．上面图1中的小黑点表示
为
（4）利用海洋资源可获得MnO2．MnO2可用来制备高锰酸钾：将MnO2与KOH混合后在空气中加热熔融，得到绿色的锰酸钾（K2MnO4），再利用氯气将锰酸钾氧化成高锰酸钾．该制备过程中消耗相同条件下氯气和空气的体积比为
考点：海水资源及其综合利用,物质的量浓度的相关计算,电解原理
专题：
分析：（1）分析海水中存在的离子性质判断，碳酸氢根离子是弱酸阴离子水解显碱性，结合海水中钙离子含量为160mg/L，利用物质的量浓度概念计算得到；
（2）①依据电渗析法淡化海水示意图分析，阴（阳）离子交换膜仅允许阴（阳）离子通过．所以阴极上是阳离子得到电子发生还原反应，阳极是氯离子失电子发生氧化反应生成氯气；
②阴极是氢离子得到电子发生还原反应，阴极附近氢氧根离子浓度增大，海水中含有碳酸氢根离子、钙离子、Mg2+氢氧根离子和碳酸氢根离子反应生成碳酸根离子与钙离子生成白色沉淀碳酸钙，电解一段时间，阴极区会产生水垢，其成分为CaCO3和Mg（OH）2；
③在电渗析法淡化海水示意图中阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，所以水在b处流出；
（3）该电池电解质为能传导 Li+的固体材料．上面图1中的小黑点是传导离子；在原电池放电时，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，根据得失电子确定正负极，原电池正极是电解池的阳极发生氧化反应，据此书写电极反应；
（4）依据化学方程式定量关系计算需要氧气和氯气物质的量，空气中氧气的体积分数按20%计算空气物质的量，气体体积之比等于体积之比．
（2）①依据电渗析法淡化海水示意图分析，阴（阳）离子交换膜仅允许阴（阳）离子通过．所以阴极上是阳离子得到电子发生还原反应，阳极是氯离子失电子发生氧化反应生成氯气；
②阴极是氢离子得到电子发生还原反应，阴极附近氢氧根离子浓度增大，海水中含有碳酸氢根离子、钙离子、Mg2+氢氧根离子和碳酸氢根离子反应生成碳酸根离子与钙离子生成白色沉淀碳酸钙，电解一段时间，阴极区会产生水垢，其成分为CaCO3和Mg（OH）2；
③在电渗析法淡化海水示意图中阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，所以水在b处流出；
（3）该电池电解质为能传导 Li+的固体材料．上面图1中的小黑点是传导离子；在原电池放电时，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，根据得失电子确定正负极，原电池正极是电解池的阳极发生氧化反应，据此书写电极反应；
（4）依据化学方程式定量关系计算需要氧气和氯气物质的量，空气中氧气的体积分数按20%计算空气物质的量，气体体积之比等于体积之比．
解答：
解：（1）海水中存在的离子性质判断，碳酸氢根离子是弱酸阴离子水解显碱性，离子方程式为：HCO3-+H2O?H2CO3+OH-，结合海水中钙离子含量为160mg/L，物质的量浓度=
=4×10-3 mol/L；
故答案为：HCO3-+H2O?H2CO3+OH-，4×10-3 mol/L；
（2）①阴极上是阳离子得到电子发生还原反应，氢离子放电能力大于钠离子，所以电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-或2H++2e-=H2↑，开始时阳极的电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑；
故答案为：2Cl--2e-=Cl2↑；
②阴极是氢离子得到电子发生还原反应，阴极附近氢氧根离子浓度增大，海水中含有碳酸氢根离子、钙离子，氢氧根离子和碳酸氢根离子反应生成碳酸根离子与钙离子生成白色沉淀碳酸钙，生成碳酸钙沉淀的离子方程式为：Ca2++OH-+HCO3-=CaCO3↓+H2O，电解一段时间，阴极区会产生水垢，其成分为CaCO3和Mg（OH）2，
故答案为：阴，CaCO3和Mg（OH）2；
③在电渗析法淡化海水示意图中阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，通过用一段时间海水中的 阴阳离子在两个电极放电，所以水在b处流出，
故答案为：b；
（3）该电池电解质为能传导 Li+的固体材料．上面图1中的小黑点表示锂离子，放电时，该装置是原电池，Fe元素化合价由+3价变为+2价，得电子发生还原反应，所以该电极是正极，电极反应式为FePO4+e-+Li+=LiFePO4，充电过程该极电极反应发生的是失电子发生氧化反应，电极反应为：LiFePO4-e-=FePO4+Li+；
故答案为：Li+；LiFePO4-e-=FePO4+Li+；
（4）2MnO2+4KOH+O2═2K2MnO4+2H2O，Cl2+2K2MnO4=2KMnO4+2KCl，得到电离关系Cl2～O2反应过程中消耗相同条件下氧气和氯气的体积比=1：1，
空气中氧气的体积分数按20%计，消耗相同条件下氯气和空气的体积比=1：5，
故答案为：1：5．
| ||
| 1L |
故答案为：HCO3-+H2O?H2CO3+OH-，4×10-3 mol/L；
（2）①阴极上是阳离子得到电子发生还原反应，氢离子放电能力大于钠离子，所以电极反应为：2H2O+2e-=H2↑+2OH-或2H++2e-=H2↑，开始时阳极的电极反应式为2Cl--2e-=Cl2↑；
故答案为：2Cl--2e-=Cl2↑；
②阴极是氢离子得到电子发生还原反应，阴极附近氢氧根离子浓度增大，海水中含有碳酸氢根离子、钙离子，氢氧根离子和碳酸氢根离子反应生成碳酸根离子与钙离子生成白色沉淀碳酸钙，生成碳酸钙沉淀的离子方程式为：Ca2++OH-+HCO3-=CaCO3↓+H2O，电解一段时间，阴极区会产生水垢，其成分为CaCO3和Mg（OH）2，
故答案为：阴，CaCO3和Mg（OH）2；
③在电渗析法淡化海水示意图中阴离子移向阳极，阳离子移向阴极，通过用一段时间海水中的 阴阳离子在两个电极放电，所以水在b处流出，
故答案为：b；
（3）该电池电解质为能传导 Li+的固体材料．上面图1中的小黑点表示锂离子，放电时，该装置是原电池，Fe元素化合价由+3价变为+2价，得电子发生还原反应，所以该电极是正极，电极反应式为FePO4+e-+Li+=LiFePO4，充电过程该极电极反应发生的是失电子发生氧化反应，电极反应为：LiFePO4-e-=FePO4+Li+；
故答案为：Li+；LiFePO4-e-=FePO4+Li+；
（4）2MnO2+4KOH+O2═2K2MnO4+2H2O，Cl2+2K2MnO4=2KMnO4+2KCl，得到电离关系Cl2～O2反应过程中消耗相同条件下氧气和氯气的体积比=1：1，
空气中氧气的体积分数按20%计，消耗相同条件下氯气和空气的体积比=1：5，
故答案为：1：5．
点评：本题考查了化学电源新型电池，电解池原理分析判断，海水淡化的电渗析原理的分析判断，题目难度中等，掌握原理即可解答．
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| 酸 | 电离常数（常温下） |
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| H2CO3 | Ki1=4.3×l0-7，Ki2=5.6×10-11 |
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①天平 ②量筒 ③烧杯 ④酒精灯 ⑤温度计 ⑥试管 ⑦量热计⑧环形玻璃搅拌棒．
①天平 ②量筒 ③烧杯 ④酒精灯 ⑤温度计 ⑥试管 ⑦量热计⑧环形玻璃搅拌棒．
| A、①②④⑤⑧ | B、②③⑤⑦⑧ |
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