Question

海水中含丰富资源．某同学设计了从模拟海水中制备Br₂、MgO的实验方案：

模拟海水中的 离子浓度/mol?L-1	Na+	Mg2+	Ca2+	Br-	Cl-	HCO3-
	0.439	0.050	0.011	0.008	0.552	0.001

Ⅰ．制备Br₂的操作步骤为：
①一定条件下，将Cl₂通入浓缩的海水中，生成Br₂；
②利用热空气将Br₂吹出，并用浓Na₂CO₃溶液吸收，生成NaBr、NaBrO₃等；
③用硫酸酸化步骤②得到的混合物．
完成下列填空：
（1）写出步骤①所发生反应的离子方程式

 

．
（2）Br₂可用热空气吹出，其原因是

 

．
（3）写出步骤③所发生的主要化学反应方程式

 

Ⅱ．制备MgO的流程图：

注：溶液中某种离子浓度小于1.0×10^-5 mol?L^-1，可认为该离子不存在；
实验过程中，假设溶液体积不变．
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
（1）写出步骤①发生化学反应的离子方程式

 

．
（2）滤液M中主要存在的阳离子

 

．
（3）若步骤②中改为加入4.2g NaOH固体，沉淀物Y中

 

（填“有”或“无”）Ca（OH）₂，并说明理由（写出简单的计算过程）

 

．

Answer 1

考点：海水资源及其综合利用

专题：实验设计题

分析：Ⅰ．（1）海水中含有溴离子，氯气氧化性大于溴，氯气与溴离子反应生成溴单质，据此写出反应的离子方程式；
（2）根据溴单质易挥发，常温下为液体进行分析；
（3）酸性条件下NaBr、NaBrO₃发生氧化还原反应生成硫酸钠、溴单质、水；
Ⅱ．（1）氢氧化钠溶液与溶液中碳酸氢根离子反应生成碳酸根离子，根据碳酸镁和碳酸钙的溶度积判断反应产物，然后写出反应的离子方程式；
（2）根据钙离子浓度计算出反应后是否有剩余，然后判断滤液M中含有的阳离子；
（3）根据氢氧化镁和氢氧化钙的溶度积可知，氢氧化镁更难溶，加入氢氧化钠后，优先生成氢氧化镁沉淀，根据镁离子的浓度计算出消耗的氢氧根离子，再计算出反应后溶液中氢氧根离子浓度，再根据Q_c=c（Ca²⁺）?[c（OH^-）]²与K_sp[Ca（OH）₂]的大小判断是否生成氢氧化钙沉淀．

解答： 解：Ⅰ（1）步骤①中氯气将溴离子氧化成溴单质，反应的离子方程式为：Cl₂+2Br^-=2Cl^-+Br₂，
故答案为：Cl₂+2Br^-=2Cl^-+Br₂；
（2）由于常温下为液体、溴单质易挥发生成溴蒸气，则可用热空气吹出，
故答案为：溴单质易挥发生成溴蒸气；
（3）用硫酸酸化NaBr、NaBrO₃，发生氧化还原反应生成硫酸钠、溴单质、水，反应的化学方程式为：3H₂SO₄+5NaBr+NaBrO₃=3Na₂SO₄+3Br₂+3H₂O5NaBr+NaBrO₃+3H₂SO₄=3Br₂+3Na₂SO₄+3H₂O，
故答案为：5NaBr+NaBrO₃+3H₂SO₄=3Br₂+3Na₂SO₄+3H₂O；
Ⅱ（1）1L海水中加热1mL 1mol/L的氢氧化钠溶液后，碳酸氢根离子优先与氢氧根离子反应，1L海水中含有碳酸氢根离子的物质的量为：0.001mol/L×1L=0.001mol，氢氧化钠溶液中氢氧根离子的物质的量为：0.001L×1mol/L=0.001mol，碳酸氢根离子与氢氧根离子恰好反应生成碳酸根离子，由于K_sp（CaCO₃）=4.96×10^-9＜K_sp（MgCO₃），则钙离子优先与碳酸根离子反应生成碳酸钙沉淀，反应的离子方程式为：Ca²⁺+HCO₃^-+OH^-=CaCO₃↓+H₂O，
故答案为：Ca²⁺+HCO₃^-+OH^-=CaCO₃↓+H₂O；
（2）1L海水中含有的钙离子的物质的量为：0.011mol/L×1L=0.011mol，反应生成碳酸钙消耗了0.001mol钙离子，则滤液中还剩余的钙离子的物质的量为：0.011mol-0.001mol=0.010mol，滤液M中还含有没有参与反应的钠离子和镁离子，所以滤液M中含有的阳离子为：Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，
故答案为：Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺；
（3）滤液M中钙离子的浓度为：c（Ca²⁺）=

0.01mol

1L

=0.01 mol?L^-1；加入4.2 g （

4.2g

40g/mol

=0.105 mol） NaOH固体后，由于K_sp[Ca（OH）₂]=4.68×10^-6＞K_sp[Mg（OH）₂]=5.61×10^-12，优先生成氢氧化镁沉淀，镁离子的物质的量为：0.050mol/L×1L=0.050mol，则生成了0.05 mol Mg（OH）₂沉淀，剩余的氢氧根离子浓度为：c（OH^-）=

0.105mol-0.050mol×2

1L

=0.005 mol?L^-1，此时：Q_c=c（Ca²⁺）?[c（OH^-）]²=0.01×（0.005）²＜K_sp[Ca（OH）₂]=4.68×10^-6，所以沉淀物Y中不含Ca（OH）₂，
故答案为：无；因为滤液M中c（Ca²⁺）=0.01 mol?L^-1，加入4.2 g （0.105 mol） NaOH固体后生成0.05 mol Mg（OH）₂沉淀，剩余c（OH^-）=0.005 mol?L^-1，此时Q_c=c（Ca²⁺）?[c（OH^-）]²=0.01×（0.005）²＜K_sp[Ca（OH）₂]=4.68×10^-6，所以沉淀物Y中不含Ca（OH）₂．

点评：本题考查了海水资源的综合利用、难溶物溶度积的计算，题目难度较大，注意掌握海水资源及其综合利用方法，明确难溶物溶度积常数含义及计算方法，试题计算量较大，充分培养了学生的分析、理解能力及化学计算能力．