Question

9．某海域海水一些化学成分如表所示，已知：25℃时，
K_sp（CaCO₃）=2.8×10^-9，K_sp（MgCO₃）=6.8×10^-6，K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11．

海水成分	Na+	Ca2+	Mg2+	HCO3-	Zn2+
含量/mol•L-1	0.4	0.002	0.045	0.002	10-7

某化学小组同学欲在实验制备MgCl₂，并提取Zn．设计流程如图：

[假设①②过程溶液体积不变，忽略分离过程的损失]
（1）25℃时测得海水的pH＞ 7.0（填“＞”、“＜”、“﹦”），其原因是HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-（写离子方程式）．
（2）如图为溶液pH与对应的Zn²⁺、[Zn（OH）₄]^2-物质的量浓度的对数坐标图．请结合图中数据回答：试剂Y的化学式为HCl；由滤液F到沉淀C过程（一般认为离子浓度低于10^-5mol/L就是沉淀完全），则调节的pH范围为8＜pH＜12．

（3）同学们发现，把MgCl₂溶液蒸干、灼烧所得的白色固体难溶于水，你认为其主要成分是MgO．原因是（用化学方程式表示）MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+2HCl↑、Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂O．
（4）由图中c（Zn²⁺）计算Zn（OH）₂的溶度积K_sp=10^-17．

Answer 1

分析 海水中的成分为Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-、Zn²⁺，加氢氧化钠，与HCO₃^-反应生成CO₃^2-再和Ca²⁺结合生成沉淀A碳酸钙，过滤，滤液中含有Na⁺、Mg²⁺、Zn²⁺，再加氢氧化钠溶液调节pH=11，Mg²⁺和Zn²⁺转化为沉淀B，则沉淀B为Mg（OH）₂和Zn（OH）₂，在沉淀B中加足量氢氧化钠，Zn（OH）₂转化为[Zn（OH）₄]^2-，过滤，滤液为含有[Zn（OH）₄]^2-的溶液，滤渣为Mg（OH）₂，在氢氧化镁中加盐酸溶解得到氯化镁溶液，蒸发得到MgCl₂，在含有[Zn（OH）₄]^2-的溶液中加盐酸，调节pH，使其转化为氢氧化锌沉淀，
（1）根据HCO₃^-能发生水解反应分析；
（2）根据流程分析判断Y；由图2可知当pH＜12时，[Zn（OH）₄]^2-的浓度小于10^-5mol/L，当pH＜8时会转化为锌离子；
（3）在溶液中加热促进MgCl₂水解生成Mg（OH）₂，灼烧Mg（OH）₂分解生成MgO；
（4）由图2可知pH=7时，c（Zn²⁺）=10^-3mol/L，根据K_sp[Zn（OH）₂]=c（Zn²⁺）×c²（OH^-）计算．

解答 解：海水中的成分为Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃^-、Zn²⁺，加氢氧化钠，与HCO₃^-反应生成CO₃^2-再和Ca²⁺结合生成沉淀A碳酸钙，过滤，滤液中含有Na⁺、Mg²⁺、Zn²⁺，再加氢氧化钠溶液调节pH=11，Mg²⁺和Zn²⁺转化为沉淀B，则沉淀B为Mg（OH）₂和Zn（OH）₂，在沉淀B中加足量氢氧化钠，Zn（OH）₂转化为[Zn（OH）₄]^2-，过滤，滤液为含有[Zn（OH）₄]^2-的溶液，滤渣为Mg（OH）₂，在氢氧化镁中加盐酸溶解得到氯化镁溶液，蒸发得到MgCl₂，在含有[Zn（OH）₄]^2-的溶液中加盐酸，调节pH，使其转化为氢氧化锌沉淀，
（1）海水中含有HCO₃^-，HCO₃^-能发生水解反应，离子方程式为：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，溶液呈碱性，溶液的pH大于7，
故答案为：＞；HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；
（2）根据流程分析可知X为氢氧化钠溶液，Y为HCl；由图2可知当pH＜12时，[Zn（OH）₄]^2-的浓度小于10^-5mol/L，当pH＜8时会转化为锌离子，则调节的pH的范围为8＜pH＜12，
故答案为：HCl；8＜pH＜12；
（3）在溶液中加热促进MgCl₂水解生成Mg（OH）₂，灼烧Mg（OH）₂分解生成MgO，发生的反应分别为：MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+2HCl↑、Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂O；所以把MgCl₂溶液蒸发、灼烧所得的白色固体为MgO，
故答案为：MgO；MgCl₂+2H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+2HCl↑、Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂O；
（4）由图2可知pH=7时，c（Zn²⁺）=10^-3mol/L，则c（OH^-）=10^-7mol/L，K_sp[Zn（OH）₂]=c（Zn²⁺）×c²（OH^-）=10^-3×（10^-7）²=10^-17，
故答案为：10^-17．

点评 本题考查性质方案的设计，题目难度中等，涉及物质的分离提纯、工艺流程的分析、盐的水解原理的应用、溶度积常数的计算等知识，正确分析制备流程为解答关键，试题培养了学生的分析能力及化学实验能力．