Question

12．水是一种重要的自然资源，是人类不可缺少的物质，某饮用水厂用天然水制备纯净水（去离子水）的工艺流程如图所示．

（1）砂滤的作用是过滤除去水中悬浮物，A和B中放置的物质是阳离子交换树脂，阴离子交换树脂
（2）研究发现，ClO₂是一种性能优良的消毒剂，并可将废水中少量的S^2-、NO₂^-和CN^-等有毒的还原性离子氧化而除去，ClO₂将废水中剧毒的CN^-氧化成无毒气体的离子方程式为2ClO₂+2CN^-═2CO₂↑+N₂↑+2Cl^-
（3）硬度为1°的水，是指每升水含10mgCaO或与之相当的物质（如7.1mgMgO），若某天然水中c（Ca²⁺）=8×10^-4mol•L^-1，c（Mg²⁺）=5×10^-4mol•L^-1，则此水的硬度为7.3°．
（4）电渗析法淡化海水的原理如图所示．

已知：电极A接直流电源的正极，电极B接直流电源的负极．
①淡水从B室（填“A室”“B室”或“C室”）流出．
②海水不能直接通入C室中，理由是海水中含有较多的镁离子、钙离子，电解过程中会生成氢氧化镁、氢氧化钙沉淀，从而堵塞阳离子交换膜．
③某种海水样品，经分析可知含有大量的Na⁺、Cl^-，以及少量的K⁺、SO₄^2-，若用上述装置对海水进行淡化，当淡化工作完成后，A、B、C三室中所得溶液（或液体）的pH分别为pH_a、pH_b、pH_c，其中pH最小的是pH_a（填“pH_a”“pH_b”或“pH_c”）．
（5）海水淡化的同时还可以得到NaCl，某淡水工厂制得的NaCl中常含有纯碱杂质，用下述方法可以测定样品中NaCl的质量分数．

则样品中NaCl的质量分数为（1-$\frac{106n}{197m}$）×100%（用含m，n的代数式表示）．

Answer 1

分析 （1）砂滤的作用是除去海水中悬浮杂质，活性炭具有吸附性，臭氧具有强氧化性，还原产物无毒，A、B的作用除去钙、镁离子，应先透过金属阳离子，否则生成氢氧化钙损坏离子交换膜；
（2）书写氧化还原方程式时，根据题意先确定反应产物：应将CN^-氧化成无毒的CO₂和N₂两种气体，而ClO₂被还原为Cl^-；再利用化合价升降法配平化学方程式：Cl元素由+4-→-1价，C元素由+2-→+4，N元素由-3-→0价；
（3）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；
（4）①电极A接直流电源的正极，电极B接直流电源的负极，A室发生氧化反应，是氢氧根离子放电，C室发生还原反应，是氢离子放电，B室盛放海水，为保持电中性，阴离子向A室移动，阳离子向B室移动；
②海水不能直接通入C室中，是因为海水中的镁离子、钙离子在电解过程中会形成氢氧化物沉淀堵塞阳离子交换膜；
③A室有酸生成，溶液呈酸性，B室为水，为中性，C室有碱生成，溶液呈碱性；
（5）生成ng固体为BaCO₃，物质的量为：$\frac{ng}{197g/mol}$，故碳酸钠的质量为：$\frac{ng}{197g/mol}$×106g/mol=$\frac{106n}{197}$g，故氯化钠的质量为（m-$\frac{106n}{197}$），
得到氯化钠质量分数．

解答 解：（1）砂滤的作用是除去水中悬浮杂质，A、B的作用除去钙、镁离子，应先透过金属阳离子，则A为阳离子交换膜，B为阴离子交换膜，不能放反A、B，否则水中的Ca²⁺、Mg²⁺会与阴离子树脂中的OH^-生成Mg（OH）₂、Ca（OH）₂沉淀造成堵塞，损坏离子交换树脂，
故答案为：过滤除去水中悬浮物；阳离子交换树脂，阴离子交换树脂；
（2）将CN^-氧化成无毒的CO₂和N₂两种气体，而ClO₂被还原为Cl^-该离子反应为2ClO₂+2CN^-═2CO₂↑+N₂↑+2Cl^-，故答案为：2ClO₂+2CN^-═2CO₂↑+N₂↑+2Cl^-；
（3）某天然水中c（Ca²⁺）=8×10^-4mol•L^-1，c（Mg²⁺）=5×10^-4mol•L^-1，
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=8×10^-4mol，相当于CaO质量=8×10^-4mol×56g/mol=44.8mg，1L水中镁离子物质的量=5×10^-4mol，相当于氧化镁质量5×10^-4mol×40g/mol=20mg，所以水的硬度=$\frac{44.8mg}{10mg}$+$\frac{20mg}{7.1mg}$=7.3°，
故答案为：7.3°；
（4）①电极A接直流电源的正极，电极B接直流电源的负极，A室发生氧化反应，是氢氧根离子放电，C室发生还原反应，是氢离子放电，B室盛放海水，为保持电中性，阴离子向A室移动，阳离子向B室移动，阳离子交换膜只允许阳离子自由通过，阴离子交换膜只允许阴离子自由通过，则隔膜A是阴离子交换膜，隔膜C是阳离子交换膜，淡水从B室流出，
故答案为：B室；
②海水不能直接通入C室中，理由是海水中含有较多的镁离子、钙离子，电解过程中会生成氢氧化镁、氢氧化钙沉淀，从而堵塞阳离子交换膜，
故答案为：海水中含有较多的镁离子、钙离子，电解过程中会生成氢氧化镁、氢氧化钙沉淀，从而堵塞阳离子交换膜；
③A室有酸生成，溶液呈酸性，B室为水，为中性，C室有碱生成，溶液呈碱性，故溶液pH值：pH_a＜pH_b＜pH_c，其中pH最小的是pH_a，
故答案为：pH_a；
（5）生成ng固体为BaCO₃，物质的量为：$\frac{ng}{197g/mol}$，故碳酸钠的质量为：$\frac{ng}{197g/mol}$×106g/mol=$\frac{106n}{197}$g，
故氯化钠的质量为（m-$\frac{106n}{197}$），
则氯化钠质量分数为=$\frac{m-\frac{106n}{197}}{m}$×100%=（1-$\frac{106n}{197m}$）×100%，
故答案为：（1-$\frac{106n}{197m}$）×100%．

点评 本题以信息形式考查污水处理、自来水净化、海水淡化等，明确发生的反应原理及净化流程为解答的关键，注重化学与生活的联系，题目难度中等．