Question

2．我国有较长的海岸线，浩渺的海洋是一个巨大的物质资源和能量的宝库．目前，世界各国都在研究如何充分利用海洋资源．
I．海水淡化可采用膜分离技术．如图所示，对淡化膜右侧的海水加压，水分子可以透过淡化膜进入左侧淡水池，而海水中其它各种离子不能通过淡化膜，从而得到淡水．对加压后右侧海水成分变化分析正确的是B
A．溶质质量增加     B．溶剂质量减少
C．溶液质量不变     D．溶质质量分数减少
Ⅱ．从海水中提取食盐，采用的方法是海水晒盐．粗盐中除含有泥沙等不溶性杂质外，还含有MgCl₂、CaCl₂和Na₂SO₄等可溶性杂质．现欲得到纯净的食盐晶体，需经过多步操作．试回答：
（1）将粗盐溶于水，得到悬浊液．为除去不溶性杂质，需要选用的玻璃仪器有烧杯、漏斗、玻璃棒．
（2）检验滤液中含有SO₄^2-的方法先加稀盐酸，再加BaCl₂溶液．
（3）欲除去食盐水中的MgCl₂、CaCl₂和Na₂SO₄，应向该食盐水中依次加入NaOH溶液、BaCl₂溶液、Na₂CO₃溶液，然后过滤；为尽可能除去杂质，每次加入的试剂应稍过量．
（4）向所得溶液中滴加稀盐酸至无气泡产生，再经蒸发结晶得到食盐晶体．
Ⅲ．世界上60%的镁是从海水中提取的，已知MgO、MgCl₂的熔点分别为2800℃、604℃，将MgO、MgCl₂加热熔融后通电电解，都可得到金属镁．海水中含有MgCl₂，工业上从海水中提取镁，最合理的方法是D
A．海水$\stackrel{NaOH}{→}$Mg（OH）₂$\stackrel{电解}{→}$Mg
B．海水$\stackrel{HCl}{→}$ MgCl₂溶液→MgCl₂熔融$\stackrel{电解}{→}$Mg
C．海水$\stackrel{石灰乳}{→}$Mg（OH）₂$\stackrel{灼热}{→}$MgO$\stackrel{电解}{→}$ Mg
D．海水$\stackrel{石灰乳}{→}$Mg（OH）₂$\stackrel{HCl}{→}$MgCl₂溶液→MgCl₂熔融$\stackrel{电解}{→}$Mg
Ⅳ．海水中溴的储藏量十分丰富，约占地球溴总藏量的99%，故溴有“海洋元素”之称，海水中溴含量为65mg•L^-1．其工业提取方法有：
（1）空气吹出纯碱吸收法．方法是将氯气通入到富含溴离子的海水中，使溴置换出来，再用空气将溴吹出，用纯碱溶液吸收，最后用硫酸酸化，即可得到溴单质．该方法涉及的反应有：
①Cl₂+2Br^-=Br₂+2Cl^-（写出离子方程式）；
②3Br₂+3CO₃^2-═BrO₃^-+5Br^-+3CO₂↑；
③BrO₃^-+5Br^-+6H⁺═3Br₂+3H₂O．
其中反应②中氧化剂是Br₂；还原剂是Br₂．
（2）空气吹出SO₂吸收法．该方法基本同（1），只是将溴吹出后是用SO₂来吸收的，使溴转化为氢溴酸，然后再用氯气氧化氢溴酸即得单质溴．
写出溴与二氧化硫反应的化学方程式：Br₂+SO₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄．
（3）溶剂萃取法．该法是利用单质溴在水中和溶剂中溶解度的不同的原理来进行的．实验室中萃取用到的实验仪器名称是分液漏斗．下列可以用于海水中溴的萃取的试剂是②④．
①乙醇  ②四氯化碳  ③硝酸  ④苯．

Answer 1

分析 Ⅰ．水分子可以透过淡化膜进入左侧淡水池，而海水中的各种离子不能透过淡化膜从而得到淡水；
Ⅱ．从海水中提取食盐，采用的方法是海水晒盐；
（1）除去不溶性杂质需要用过滤装置，依据过滤装置选择玻璃仪器；
（2）检验硫酸根离子，可先加入盐酸，如无现象，再加入氯化钡检验；
（3）从电离的角度分析粗盐中的杂质可知：溶液中的杂质离子为钙离子、镁离子、和硫酸根离子，根据镁离子用氢氧根离子沉淀，硫酸根离子用钡离子沉淀，钙离子用碳酸根离子沉淀，过滤要放在所有的沉淀操作之后，加碳酸钠要放在加氯化钡之后可以将过量的钡离子沉淀；
（4）最后再用盐酸处理溶液中的碳酸根离子和氢氧根离子；
Ⅲ．海水中含有MgCl₂，工业上从海水中提取镁，在海水苦卤中加石灰乳过滤得沉淀氢氧化镁，然后加盐酸得到氯化镁，经浓缩、结晶、脱水、电解可以得到金属镁；
Ⅳ．（1）氯气有强氧化性，能氧化溴离子生成溴单质，还原剂失电子化合价升高而发生氧化反应；
（2）溴有氧化性，二氧化硫有还原性，在水溶液里，二氧化硫和溴发生氧化还原反应；
（3）用于萃取实验的仪器是分液漏斗，萃取剂的选取标准是：溶质在萃取剂中的溶解度大于在水中的溶解度，萃取剂和原溶剂不互溶，萃取剂和溶质不反应．

解答 解：Ⅰ．海水中溶剂是水，由水分子可以透过淡化膜进入左侧淡水池，而海水中的各种离子不能透过淡化膜说明加压后右侧海水中溶剂减少，溶质不变，所以溶液质量也减少，由于溶质不变，所以溶质质量分数增大．
故答案为：B；     
Ⅱ．从海水中提取食盐，采用的方法是海水晒盐，
故答案为：海水晒盐；
（1）除去不溶性杂质可以利用过滤装置分离，用到的玻璃仪器是烧杯、玻璃棒、漏斗，故答案为：烧杯、漏斗、玻璃棒；
（2）检验硫酸根离子，可先加稀盐酸，再加BaCl₂溶液，如生成沉淀，说明含有硫酸根离子，故答案为：先加稀盐酸，再加BaCl₂溶液；
（3）首先要把粗盐溶于水形成溶液，然后镁离子用氢氧根离子沉淀，加入过量的氢氧化钠可以将镁离子沉淀，硫酸根离子用钡离子沉淀，加入过量的氯化钡可以将硫酸根离子沉淀，至于先除镁离子，还是先除硫酸根离子都行，钙离子用碳酸根离子沉淀，除钙离子加入碳酸钠转化为沉淀，Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓，但是加入的碳酸钠要放在加入的氯化钡之后，这样碳酸钠会除去反应剩余的氯化钡，Ba²⁺+CO₃^2-=BaCO₃↓，离子都沉淀了，再进行过滤，为使离子沉淀完全，需要加入的试剂都必须是过量；
故答案为：BaCl₂；Na₂CO₃；稍过量；
（4）最后再加入盐酸除去反应剩余的氢氧根离子和碳酸根离子，最后经蒸发操作得到较纯净的氯化钠，故答案为：稀盐酸；
Ⅲ．A．在海水苦卤中加氢氧化钠过滤得沉淀氢氧化镁，Mg（OH）₂热稳定性差，受热分解，工业上，电解熔融MgCl₂冶炼金属镁，故A错误；
B．海水中含有可溶性的Mg²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、SO₄^2-、Na⁺、Cl^-、加盐酸得不到纯净的氯化镁溶液，所以无法得到纯净的氯化镁固体，故B错误；
C．在海水苦卤中加氢氧化钠过滤得沉淀氢氧化镁，灼烧得到氧化镁，但MgO的熔点为2800℃、熔点高，电解时耗能高，所以，工业上，电解熔融MgCl₂冶炼金属镁，故C错误；
D．在海水苦卤中加氢氧化钠过滤得沉淀氢氧化镁，再将沉淀分离后加入盐酸变成MgCl₂，之后经过滤、干燥、电解，即可得到金属镁，故D正确；
故选D；
Ⅳ．（1）氯气有强氧化性，能氧化溴离子生成溴单质，自身被还原生成氯离子，离子反应方程式为：Cl₂+2Br^-=Br₂+2Cl^-；Br₂+3CO₃^2-=BrO₃^-+5Br^-+3CO₂↑中Br₂的化合价由0价变为+5价和-1价，所以Br₂是氧化剂发生还原反应，也是还原剂发生氧化反应，还原剂、氧化剂都为Br₂；
故答案为：Cl₂+2Br^-=Br₂+2Cl^-；Br₂；Br₂；
（2）溴有氧化性，二氧化硫有还原性，在水溶液里，二氧化硫和溴发生氧化还原反应生成硫酸和氢溴酸，反应方程式为：Br₂+SO₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄；
故答案为：Br₂+SO₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄；
（3）用于萃取实验的仪器是分液漏斗，萃取剂的选取标准是：溶质在萃取剂中的溶解度大于在水中的溶解度，萃取剂和原溶剂不互溶，萃取剂和溶质不反应，根据萃取剂的选取标准知，乙醇、硝酸都和水互溶，所以不能作萃取剂，能作萃取剂的是苯、四氯化碳；
故答案为：分液漏斗；②④．

点评 本题以海水资源的综合利用为载体综合考查物质的分离、提纯，侧重于学生的分析、实验能力的考查，题目难度中等，涉及萃取剂的选取、氧化还原反应、等知识点，从整体上分析流程，明确每一步可能发生的反应及基本操作，再结合基本概念、基本理论是解答关键．