5.海水中含有丰富的镁资源。某同学设计了从模拟海水中制备 MgO 的实验方案:
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模拟海水中的离子浓度(mol/L) |
Na+ |
Mg2+ |
Ca2+ |
Cl- |
HCO |
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0.439 |
0.050 |
0.011 |
0.560 |
0.001 |
注:溶液中某种离子的浓度小于 1.0×10-5 mol/L,可认为该离子不存在;实验过程中,假设溶液体积不变。
Ksp(CaCO3)=4.96×10-9,Ksp(MgCO3)=6.82×10-6,
Ksp[Ca(OH)2]=4.68×10-6,Ksp[Mg(OH)2]=5.61×10-12。
下列说法正确的是( )
A.沉淀物X为CaCO3
B.滤液M中存在 Mg2+,不存在Ca2+
C.滤液N中存在 Mg2+、Ca2+
D.步骤②中若改为加入 4.2 g NaOH固体,沉淀物Y为Ca(OH)2和Mg(OH)2的混合物
解析:选A 加入 NaOH 溶液,HCO 与 OH- 反应生成 CO,此时c(Ca2+)·c(CO)= 0.011× 0.001 = 1.1× 10-5>Ksp(CaCO3),c(Mg2+)·c(CO)= 0.050 ×0.001 =5×10-5> Ksp(MgCO3),由于Ksp(CaCO3)< Ksp(MgCO3),因此先生成 CaCO3 沉淀,生成沉淀后溶液中c( CO)=Ksp(CaCO3)/c(Ca2+)=4.96×10-7mol/L<1×10-5moL/L,因此CO完全沉淀,则无 MgCO3 沉淀生成,A正确;滤液 M 中c(Ca2+)= 0.010 mol/L,c(Mg2+)= 0.050 mol/L,B错误;滤液 M 加 NaOH 固体调节 pH =11,此时c(Mg2+)·c2(OH-)=0.050 ×(10-3)2=5×10-8>Ksp[Mg(OH)2],c(Ca2+)·c2(OH-)=0.010×(10-3)2=1×10-8<Ksp[Ca(OH)2],因此只有 Mg(OH)2沉淀生成,而无 Ca(OH)2沉淀生成,生成沉淀后溶液中c(Mg2+)=Ksp[Mg(OH)2]/c2(OH-)=5.61×10-6 mol/L<1×10-5 mol/L,因此Mg2+完全沉淀,故滤液 N 中只有 Ca2+而无 Mg2+,C 错误;若改为加入 4.2 g NaOH 固体,则c(OH-)=0.105 mol/L,则 c(Mg2+)·c2(OH-)=0.050×0.1052≈5.51×10-4>Ksp[Mg(OH)2],c(Ca2+)·c2(OH-)=0.010×(0.105)2=1.10×10-4>Ksp[Ca(OH)2],由于Ksp[Mg(OH)2]<Ksp[Ca(OH)2],则先生成Mg(OH)2沉淀,并且沉淀完全,生成沉淀后溶液中 c(OH-)=0.105 mol/L-0.05 mol/L×2=0.005 mol/L,此时 c(Ca2+)·c2(OH-)=0.010×(0.005)2=2.5×10-7<Ksp[Ca(OH)2],故无Ca(OH)2沉淀生成,D错误。