Question

海洋資源的開發與利用具有廣闊的前景．海水的pH一般在7.5～8.6之間．某地海水中主要離子的含量如表：

成分	Na+	K+	Ca2+	Mg2+	Cl-	SO42-	HCO3-
含量/mg?L-1	9360	83	200	1100	16000	1200	118

（1）海水顯弱堿性的原因是（用離子方程式表示）：

 

，該海水中Ca²⁺的物質的量濃度為

 

 mol/L．
（2）電滲析法是近年發展起來的一種較好的海水淡化技術，其原理如圖1所示．其中陰（陽）離子交換膜只允許陰（陽）離子通過．
①陰極的電極反應式為

 

．
②電解一段時間，陰極區會產生水垢，其成分為CaCO₃和Mg（OH）₂，寫出生成CaCO₃的離子方程式

 

．
③淡水的出口為a、b、c中的

 

出口．
（3）海水中鋰元素儲量非常豐富，從海水中提取鋰的研究極具潛力．鋰是制造化學電源的重要原料，如LiFePO4電池某電極的工作原理如圖2所示：
該電池電解質為能傳導 Li+的固體材料．放電時該電極是電池的

 

極（填“正”或“負”），電極反應式為

 

．
（4）利用海洋資源可獲得MnO₂．MnO₂可用來制備高錳酸鉀：將MnO₂與KOH混合后在空氣中加熱熔融，得到綠色的錳酸鉀（K₂MnO₄），再利用氯氣將錳酸鉀氧化成高錳酸鉀．該制備過程中消耗相同條件下空氣和氯氣的體積比為

 

（空氣中氧氣的體積分數按20%計）．

Answer 1

考點：海水資源及其綜合利用

專題：元素及其化合物

分析：（1）分析海水中存在的離子性質判斷，碳酸氫根離子是弱酸陰離子水解顯堿性，結合海水中鈣離子含量為200mg/L，利用物質的量濃度概念計算得到；
（2）①依據電滲析法淡化海水示意圖分析，陰（陽）離子交換膜僅允許陰（陽）離子通過．所以陰極上是陽離子得到電子發生還原反應；
②陰極是氫離子得到電子發生還原反應，陰極附近氫氧根離子濃度增大，海水中含有碳酸氫根離子、鈣離子，氫氧根離子和碳酸氫根離子反應生成碳酸根離子與鈣離子生成白色沉淀碳酸鈣；
③在電滲析法淡化海水示意圖中陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，所以水在b處流出；
（3）在原電池放電時，負極上失電子發生氧化反應，正極上得電子發生還原反應，根據得失電子確定正負極，根據反應物、生成物書寫電極反應式；
（4）依據化學方程式定量關系計算需要氧氣和氯氣物質的量，空氣中氧氣的體積分數按20%計算空氣物質的量，氣體體積之比等于體積之比．

解答： 解：（1）海水中存在的離子性質判斷，碳酸氫根離子是弱酸陰離子水解顯堿性，離子方程式為：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，結合海水中鈣離子含量為200mg/L，物質的量濃度=

200×10-3g 40g/mol

1L

=5×10^-3 mol/L；
故答案為：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，5×10^-3 mol/L；
（2）①陰極上是陽離子得到電子發生還原反應，氫離子放電能力大于鈉離子，所以電極反應為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-或2H⁺+2e^-=H₂↑，
故答案為：2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-或2H⁺+2e^-=H₂↑；
②陰極是氫離子得到電子發生還原反應，陰極附近氫氧根離子濃度增大，海水中含有碳酸氫根離子、鈣離子，氫氧根離子和碳酸氫根離子反應生成碳酸根離子與鈣離子生成白色沉淀碳酸鈣，生成碳酸鈣沉淀的離子方程式為：Ca²⁺+OH^-+HCO₃^-=CaCO₃↓+H₂O，
故答案為：Ca²⁺+OH^-+HCO₃^-=CaCO₃↓+H₂O；
③在電滲析法淡化海水示意圖中陰離子移向陽極，陽離子移向陰極，通過用一段時間海水中的 陰陽離子在兩個電極放電，所以水在b處流出，
故答案為：b；
（3）放電時，該裝置是原電池，Fe元素化合價由+3價變為+2價，得電子發生還原反應，所以該電極是正極，電極反應式為FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄，
故答案為：正；FePO₄+e^-+Li⁺=LiFePO₄；
（4）2MnO₂+4KOH+O₂═2K₂MnO₄+2H₂O，Cl₂+2K₂MnO₄=2KMnO₄+2KCl，得到電離關系Cl₂～O₂反應過程中消耗相同條件下氧氣和氯氣的體積比=1：1，
空氣中氧氣的體積分數按20%計，消耗相同條件下空氣和氯氣的體積比=5：1，
故答案為：5：1．

點評：本題考查了化學電源新型電池，電解池原理分析判斷，海水淡化的電滲析原理的分析判斷，題目難度中等，掌握原理即可解答，題目難度不大．