Question

20．南海某小岛上，可利用的淡水资源相当匮乏，解放军战士为了寻找合适的饮用水源，对岛上山泉水进行分析化验，结果显示山泉水属于硬水．
（1）硬水是指含有较多Ca²⁺、Mg²⁺的水，硬水加热后产生沉淀的离子方程式为：Ca²⁺+2HCO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O或Mg²⁺+2HCO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃↓+CO₂↑+H₂OMgCO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+CO₂↑+H₂O（写出生成一种沉淀物的即可）．
（2）硬度为1°的水是指每升水含10mg CaO或与之相当的物质（如7.1mg MgO），已知水的硬度在8°以下的称为软水，在8°以上的称为硬水．已知岛上山泉水中c（Ca²⁺）=1.2×10^-3mol/L，c（Mg²⁺）=6×l0^-4 mol/L，那么此水是（填“是”或“否”）属于硬水．
（3）离子交换法是软化水的常用方法．聚丙烯酸钠是一种离子交换树脂，写出聚丙烯酸钠单体的结构简式CH₂=CHCOONa．
（4）解放军战士通常向水中加入明矾净水，请用离子方程式解释其净水原理：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（胶体）+3H⁺．
（5）岛上还可以用海水淡化来获得淡水．下面是海水利用电渗析法获得淡水的原理图，已知海水中含Na⁺、Cl^-、Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等离子，电极为惰性电极．请分析下列问题：
①阳离子交换膜是指B（填A或B）．
②写出通电后阳极区的电极反应式2Cl^--2e^-═Cl₂↑，阴极区的现象是：电极上产生气泡，溶液中出现少量白色沉淀．

Answer 1

分析 （1）硬水是含有较多可溶性钙盐、镁盐的水，硬水中的碳酸氢钙受热分解生成碳酸钙沉淀；
（2）依据硬度为1°的水是指每升水含10mgCaO或与之相当的物质（如7.1mgMgO），将水中的Ca²⁺、Mg²⁺质量折算成CaO的质量计算得到；
（3）聚丙烯酸钠的单体为丙烯钠；
（4）铝离子水解生成氢氧化铝和氢离子，氢氧化铝具有吸附性能够吸附杂质颗粒，可以用来净水；
（5）①阴离子交换膜只允许阴离子自由通过，阳离子交换膜只允许阳离子自由通过；
②根据阳极是氯离子放电，阴极区是氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子浓度增大．

解答 解：（1）硬水是含有较多可溶性钙盐、镁盐的水，即硬水是含有较多Ca²⁺、Mg²⁺的水，硬水中的碳酸氢钙和碳酸氢镁受热分解生成碳酸钙和碳酸镁沉淀，碳酸镁可进一步转化为氢氧化镁，硬水中的碳酸氢钙受热分解生成碳酸钙沉淀，方程式为：Ca²⁺+2HCO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O，或碳酸氢镁受热分解生成碳酸镁，碳酸镁加热和水反应生成更难溶的氢氧化镁沉淀，反应的离子方程式为：Mg²⁺+2HCO₃^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃↓+CO₂↑+H₂O  MgCO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+CO₂↑+H₂O，
故答案为：Ca²⁺、Mg²⁺，Ca²⁺+2HCO₃^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCO₃↓+CO₂↑+H₂O或 Mg²⁺+2HCO₃^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCO₃↓+CO₂↑+H₂O  MgCO₃+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+CO₂↑+H₂O；
（2）某天然水中c（Ca²⁺）=1.2×10^-3mol•L^-1，c（Mg²⁺）=6×10^-4mol•L^-1，硬度为1°的水是指每升水含10mgCaO或与之相当的物质（如7.1mgMgO）；1L水中钙离子物质的量=1.2×10^-3mol，相当于CaO质量=1.2×10^-3mol×56g/mol=67.2mg，1L水中镁离子物质的量=6×10^-4mol，相当于氧化镁质量6×10^-4mol×40g/mol=24mg，水的硬度=$\frac{67.2mg}{10mg}$+$\frac{24mg}{7.1mg}$=10°，属于硬水；
故答案为：是；
（3）聚丙烯酸钠的单体为丙烯钠，结构简式：CH₂=CHCOONa，故答案为：CH₂=CHCOONa；
（4）铝离子水解生成氢氧化铝胶体，氢氧化铝胶体能吸附水中的悬浮物和色素，达到净水的目，铝离子水解生成氢氧化铝和氢离子的离子方程式：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（胶体）+3H⁺，
故答案为：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃（胶体）+3H⁺；
（5）①阴离子交换膜只允许阴离子自由通过，阳离子交换膜只允许阳离子自由通过，隔膜B和阴极相连，阴极是阳离子放电，所以隔膜B是阳离子交换膜，
故答案为：B；
②根据阳极是氯离子放电：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，阴极区是氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子浓度增大，和钙离子，镁离子形成白色沉淀，
故答案为：2Cl^--2e^-═Cl₂↑；电极上产生气泡，溶液中出现少量白色沉淀．

点评 本题考查了化学和生活，涉及硬水及其软化，明矾净水等，明确相关概念及电解原理是解题关键，注意化学知识的积累，题目难度中等．