Question

13．海水的综合利用包括很多方面，下图是从海水中通过一系列工艺流程提取产品的流程图．

海水中主要含有Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Cl^-、Br^-、SO₄^2-、HCO₃^-等离子．
已知：MgCl₂•6H₂O受热生成Mg（OH）Cl和HCl气体等．回答下列问题：
（1）海水pH约为8的原因主要是天然海水含上述离子中的HCO₃^-．
（2）除去粗盐溶液中的杂质（Mg²⁺、SO₄^2-、Ca²⁺），加入药品的顺序可以为①②④③．
①NaOH溶液       ②BaCl₂溶液        ③过滤后加盐酸       ④Na₂CO₃溶液
（3）过程②中由MgCl₂•6H₂O制得无水MgCl₂，应如何操作在HCl气流中脱水，抑制氯化镁水解，加热至恒重．
（4）从能量角度来看，氯碱工业中的电解饱和食盐水是一个将电能转化为化学能的过程．采用石墨阳极，不锈钢阴极电解熔融的氯化镁，发生反应的化学方程式为MgCl₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑；电解时，若有少量水存在会造成产品镁的消耗，写出有关反应的化学方程式Mg+2H₂O=Mg（OH）₂↓+H₂↑．
（5）从第③步到第④步的目的是浓缩富集溴．采用“空气吹出法”从浓海水中吹出Br₂，并用SO₂吸收．主要反应的化学方程式为Br₂+SO₂+2H₂O=H₂SO₄+2HBr．

Answer 1

分析 海水中主要含有Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Cl^-、Br^-、SO₄^2-、HCO₃^-等离子，可分别加热氯化钡、氢氧化钠、碳酸钠，过滤后加入盐酸，结晶得到精盐，可用于氯碱工业；母液中含有镁离子，加入氢氧化钠得到氢氧化镁，加入盐酸得到氯化镁晶体，在盐酸氛围中加热得到无水氯化镁；溴化钠中通入氯气得到溴，用二氧化硫吸收得到亚硫酸钠，继续通入氯气，得到溴，
（1）海水中的弱酸根离子水解显碱性；
（2）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，最后再用盐酸处理溶液中的碳酸根离子和氢氧根离子，进行分析解答；
（3）氯化镁易水解，为防止水解过程③中结晶出的MgCl₂•6H₂O要一定条件下加热脱水制得无水MgCl₂；
（4）电解饱和食盐水是电能转化为化学能，惰性电极电极熔融氯化镁生成氯气和金属镁，镁和水反应生成氢氧化镁和氢气；
（5）溴离子被氧化为溴单质后，被二氧化硫吸收生成溴离子，加入氧化剂氧化溴离子为溴单质，富集溴元素；采用“空气吹出法”从浓海水中吹出Br₂，并用SO₂吸收利用二氧化硫还原性和溴单质反应生成硫酸和HBr．

解答 解：海水中主要含有Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Cl^-、Br^-、SO₄^2-、HCO₃^-等离子，可分别加热氯化钡、氢氧化钠、碳酸钠，过滤后加入盐酸，结晶得到精盐，可用于氯碱工业；母液中含有镁离子，加入氢氧化钠得到氢氧化镁，加入盐酸得到氯化镁晶体，在盐酸氛围中加热得到无水氯化镁；溴化钠中通入氯气得到溴，用二氧化硫吸收得到亚硫酸钠，继续通入氯气，得到溴，
（1）海水中主要含有Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-、Br^-、HCO₃^-等离子，在这些离子中能发生水解的是CO₃^2-、HCO^-₃离子，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-它们水解呈碱性，所以天然海水的pH≈8，呈弱碱性，
故答案为：HCO₃^-；
（2）镁离子用氢氧根离子沉淀，加入过量的氢氧化钠可溶液以将镁离子沉淀；硫酸根离子用钡离子沉淀，加入过量的氯化钡溶液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可以；钙离子用碳酸根离子沉淀，除钙离子加入过量的碳酸钠溶液转化为沉淀，但是加入碳酸钠溶液要放在加入的氯化钡溶液之后，这样碳酸钠会除去反应剩余的氯化钡；完全反应后，再进行过滤，最后再加入适量盐酸除去反应剩余的氢氧根离子和碳酸根离子，故正确的顺序为：①②④⑤，
故答案为：①②④③； 
（3）镁离子水解，应抑制其水解得到无水盐，所以利用MgCl₂•6H₂O制得无水氯化镁，应采取的措施是在HCl气流中脱水，抑制氯化镁水解，
故答案为：在HCl气流中脱水，抑制氯化镁水解，加热至恒重；
（4）电解原理分析，电解饱和食盐水是电能转化为化学能，采用石墨阳极，不锈钢阴极电解熔融的氯化镁，发生反应的化学方程式MgCl₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑，电解时，若有少量水存在会造成产品镁的消耗，发生反应为镁和水反应生成氢氧化镁和氢气，反应的化学方程式为：Mg+2H₂O=Mg（OH）₂↓+H₂↑，
故答案为：电能；化学能；MgCl₂$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑；Mg+2H₂O=Mg（OH）₂↓+H₂↑；
（5）溴离子被氧化为溴单质后，被二氧化硫吸收生成溴离子，加入氧化剂氧化溴离子为溴单质，富集溴元素，从第③步到第⑤步的目的是为了浓缩富集溴，采用“空气吹出法”从浓海水中吹出Br₂，并用SO₂吸收，溴单质和二氧化硫发生氧化还原反应生成硫酸和氢溴酸，发生反应的化学方程式为：Br₂+SO₂+2H₂O=H₂SO₄+2HBr，
故答案为：浓缩富集溴；Br₂+SO₂+2H₂O=H₂SO₄+2HBr．

点评 本题考查物质的分离、提纯，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力、实验能力的考查，题目涉及海水资源综合利用、离子的除杂、氧化还原反应、元素及其化合物的有关知识进行综合利用，提高了试题的综合性，难度中等．