Question

Ⅰ．海水是巨大的资源宝库，在海水淡化及综合利用方面，天津市位居全国前列．从海水中提取食盐和溴的过程如图1：

（1）请列举海水淡化的两种方法：

 

、

 

．
（2）步骤Ⅰ中已获得Br₂，步骤Ⅱ中又将Br₂还原为Br^-，其目的为

 

．
（3）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：

 

，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

 

．
Ⅱ．高纯MnCO₃是制备高性能磁性材料的主要原料．实验室以MnO₂为原料制备少量高纯MnCO₃的操作步骤如图2：
（1）制备MnSO₄溶液：在烧瓶中（装置见右图）加入一定量MnO₂和水，搅拌，通入SO₂和N₂混合气体，反应3h．停止通入SO₂，继续反应片刻，过滤（已知MnO₂+H₂SO₃═MnSO₄+H₂O）
①反应过程中，为使SO₂尽可能转化完全，在通入SO₂和N₂比例一定、不改变固液投料的条件下，可采取的合理措施有

 

、

 

．
②若实验中将N₂换成空气，测得反应液中Mn²⁺、SO₄^2-的浓度随反应时间t的浓度变化如图3．导致溶液中Mn²⁺、SO₄^2-浓度变化产生明显差异的原因是

 

．
（2）制备高纯MnCO₃固体：已知MnCO₃难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100℃开始分解；Mn（OH）₂开始沉淀时pH=7.7，请补充由（1）时制得的MnSO₄制备高纯MnCO₃的操作步骤．①边搅拌边加入

 

，并控制溶液pH

 

；②

 

；③检验SO₄^2-是否被洗涤除去；④用少量

 

洗涤；⑤低于100℃干燥．

Answer 1

考点：海水资源及其综合利用,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：Ⅰ、（1）海水淡化的方法有：蒸馏、渗析等方法；
（2）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；
（3）溴和二氧化硫发生氧化还原反应生成氢溴酸和硫酸；
Ⅱ、（1）①根据实验的操作原则，为了让气体尽可能转化，要根据反应所需的条件和用量严格操作；
②考虑氮气的化学性质稳定，空气中氧气的活泼性等因素的影响；
（2）根据题干中所给的试剂结合MnCO₃的性质来选择合适的制取方案．

解答： 解：Ⅰ．（1）目前淡化海水的方法有多种，如：蒸留法、电渗析法、离子交换法、溶剂萃取法和冰冻法等，
故答案为：蒸馏法；电渗析法、离子交换法（任意两种）；
（2）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；
（3）步骤II为二氧化硫和溴的氧化还原反应，反应的离子方程式为Br₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Br^-，由此反应可知，生成物为强酸，所以除环境保护外，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；
故答案为：Br₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Br^-；强酸对设备的严重腐蚀；
Ⅱ．（1）①为使SO₂尽可能转化完全，应定要保证控制反应的温度，在通入SO₂和N₂比例一定、不改变固液投料的条件下，要求所通气体一定要慢，故答案为：控制适当的温度；缓慢通入混合气体；
②氮气的化学性质稳定，空气中氧气性质活泼，在Mn²⁺催化作用下，易把亚硫酸氧化成硫酸，而使硫酸根浓度增大，故答案为：Mn²⁺催化氧气与亚硫酸反应生成硫酸；
（2）制取的原理是碳酸根和锰离子之间反应生成碳酸锰的过程，但要考虑MnCO₃难溶于水、乙醇并在潮湿时易被空气氧化，100℃开始分解以及Mn（OH）₂开始沉淀时pH=7.7等因素，过程中控制溶液的PH值以及洗涤沉淀所选的溶剂要小心，边搅拌边加入碳酸钠或碳酸氢钠，并控制溶液的PH＜7.7、过滤，用水洗涤2-3次、检验SO₄^2-是否被除去、用少量的乙醇洗涤；
故答案为：NaHCO₃（Na₂CO₃）；＜7.7；过滤，用少量水洗涤2～3次；C₂H₅OH．

点评：本题以海水资源综合利用为载体考查了氧化还原反应、物质的分离和提纯、工艺流程等知识点，学生分析和解决问题的能力，能从整体上把握工艺流程，知道物质间的反应、每一步的目的，题目难度中等．