Question

5．水是一種重要的自然資源，是人類賴以生存不可缺少的物質．請回答下列問題：
（1）水質優劣直接影響人體健康．天然水在凈化處理過程中加入的混凝劑可以是明礬、硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵（填兩種物質的名稱），其凈水作用的原理是鋁鹽或鐵鹽在水中發生水解生成相應氫氧化物膠體，它可吸附天然水中懸浮物并破壞天然水中的其他帶異電的膠體，使其聚沉，達到凈化目的
（2）水的凈化與軟化的區別是水的凈化是用混凝劑（如明礬等）將水中膠體及懸浮物沉淀下來，而水的軟化是除去水中的鈣離子和鎂離子
（3）硬度為1°的水是指每升水含10mg CaO或與之相當的物質（如7.1mg MgO）．若某天然水中c（Ca²⁺）=1.2×10^-3mol/L，c（Mg²⁺）=6×10^-4mol/L，則此水的硬度為10°．
（4）若（3）中的天然水還含有c（HCO₃^-）=8×10^-4mol/L，現要軟化10m³這種天然水，則需先加入Ca（OH）₂740克，后加入Na₂CO₃1484克．
（5）如圖是電滲析法淡化海水的原理圖，其中，電極A接直流電源的正極，電極B接直流電源的負極．
①隔膜A是陰（填“陰”或“陽”）離子交換膜；
②某種海水樣品，經分析含有大量的Na⁺、Cl^-，以及少量的K⁺、SO₄^2-．若用上述裝置對該海水進行淡化，當淡化工作完成后，A、B、C三室中所得溶液（或液體）的pH分別為pH_a、pH_b、pH_c，則其大小順序為pH_a＜pH_b＜pH_c．

Answer 1

分析 （1）弱金屬陽離子水解生成膠體，膠體具有吸附性，能吸附水中的懸浮物而達到凈水目的；
（2）凈化水是除去懸浮雜質，軟化水是除去鈣鎂離子；
（3）依據硬度為1°的水是指每升水含10mgCaO或與之相當的物質（如7.1mgMgO），將水中的Ca²⁺、Mg²⁺質量折算成CaO的質量計算得到；
（4）硬水軟化需要把鈣離子和鎂離子全部沉淀，加入氫氧化鈣和鎂離子、碳酸氫根離子反應，加入碳酸鈉沉淀鈣離子；
（5）陰離子交換膜只允許陰離子自由通過，陽離子交換膜只允許陽離子自由通過；電解池的陰極是氫離子放電，陽極是氫氧根離子放電．

解答 解：（1）混凝劑是吸附水中的微小懸浮顆粒，凝聚成較大的顆粒，而快速沉降的主要作用，要具備水解生成膠體的性質，所以常有鋁鹽或鐵鹽在水中發生水解生成相應氫氧化物膠體，如明礬、硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵等，
故答案為：明礬、硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵；鋁鹽或鐵鹽在水中發生水解生成相應氫氧化物膠體，它可吸附天然水中懸浮物并破壞天然水中的其他帶異電的膠體，使其聚沉，達到凈化目的；
（2）水的凈化是除去懸浮性雜質，一般用明礬進行；水的軟化是降低Ca²⁺、Mg²⁺的濃度，方法很多，有離子交換法、石灰純堿法等，
故答案為：水的凈化是用混凝劑（如明礬等）將水中膠體及懸浮物沉淀下來，而水的軟化是除去水中的鈣離子和鎂離子；
（3）某天然水中c（Ca²⁺）=1.2×10^-3mol•L^-1，c（Mg²⁺）=6×10^-4mol•L^-1，硬度為1°的水是指每升水含10mgCaO或與之相當的物質（如7.1mgMgO）；1L水中鈣離子物質的量=1.2×10^-3mol，相當于CaO質量=1.2×10^-3mol×56g/mol=67.2mg，1L水中鎂離子物質的量=6×10^-4mol，相當于氧化鎂質量6×10^-4mol×40g/mol=24mg，所以水的硬度=$\frac{67.2mg}{10mg}$+$\frac{24mg}{7.1mg}$=10°故答案為：10°；
（4）10m³這種天然水水中含有鈣離子物質的量=10×10³L×1.2×10^-3mol•L^-1=12mol；鎂離子物質的量=10×10³L×6×10^-4mol•L^-1=6mol；碳酸氫根離子物質的量=10×10³L×8×10^-4mol•L^-1=8mol；加入氫氧化鈣發生的反應為：
Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓  HCO₃^-+OH^-=CO₃^2-+H₂O
1     2              1    1   1
6mol  12mol          8mol  8mol 8mol
共需氫氧根物質的量20mol；
需要Ca（OH）₂物質的量10mol，氫氧化鈣質量為74g/mol×10mol=740g，
水溶液中Ca²⁺物質的量為12mol+10mol=22mol，
其中需要加入的 碳酸根離子為22mol-8mol=14mol，需要碳酸鈉的質量為14mol×106g/mol=1484g，
故答案為：740；1484；
（5）①陰離子交換膜只允許陰離子自由通過，陽離子交換膜只允許陽離子自由通過，隔膜A和陽極相連，陽極是陰離子放電，所以隔膜A是陰離子交換膜，故答案為：陰離子交換膜；
②電解池的陰極是氫離子放電，陽極是氫氧根離子放電，隔膜A是陰離子交換膜，隔膜C是陽離子交換膜，則導致A室顯酸性，B室顯中性，C室顯堿性，所以pH大小順序為：pH_a＜pH_b＜pH_c，故答案為：pH_a＜pH_b＜pH_c．

點評 本題考查電解原理、水資源凈化及應用，為高頻考點，明確電解池中各個電極發生的反應及交換膜特點是解本題關鍵，難點是硬度的計算，題目難度中等．