Question

19．海水中蘊藏著豐富的資源，海水綜合利用的流程圖如下：


（一）某化學研究小組用圖裝置模擬步驟I電解食鹽水（用鐵和石墨做電極）．

（1）a電極材料是石墨（填鐵、石墨），其電極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑．
（2）當陰極產生11.2mL氣體時（標準狀況），該溶液的pH為12（忽略反應前后溶液體積的變化）．
（二）鹵水中蘊含著豐富的鎂資源，就MgCl₂粗產品的提純、鎂的冶煉過程回答：已知MgCl₂粗產品的溶液中含有Fe²⁺、Fe³⁺和Al³⁺．
下表是生成氫氧化物沉淀的pH：

物質	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Al（OH）3	Mg（OH）2
開始沉淀pH	2.7	8.1	3.8	9.5
完全沉淀pH	3.7	9.6	4.8	11.0

（3）把MgCl₂粗產品的溶液中的Fe²⁺轉化為Fe³⁺，可選用的物質是ad（填序號，下同），加入e調節溶液的pH，充分反應后過濾，可得MgCl₂溶液．
a．Cl₂b．NaOH      c．MgO       d．H₂O₂       e．MgCO₃
（4）步驟Ⅱ由MgCl₂溶液獲得MgCl₂•6H₂O的操作是：應在氯化氫氣流中失水獲得氯化鎂晶體．
（5）海水經過處理后可以得到無水氯化鎂，無水氯化鎂是工業制取鎂的原料．試寫出電解熔融氯化鎂制取金屬鎂的化學反應方程式MgCl₂$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑．
（6）某化工廠生產過程中會產生含有Cu²⁺和Pb²⁺的污水．排放前擬用沉淀法除去這兩種離子，根據下列數據，你認為投入Na₂S（選填“Na₂S”或“NaOH”）效果更好．

難溶電解質	Cu（OH）2	CuS	Pb（OH）2	PbS
Ksp	4.8×10-20	6.3×10-36	1.2×10-15	1.0×10-28

（三）制取工業溴：
（7）步驟Ⅳ中已獲得Br₂，步驟Ⅴ中又將Br₂還原為Br^-，其目的是富集溴元素．
（8）寫出步驟Ⅴ用SO₂水溶液吸收Br₂的離子方程式：Br₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Br^-．

Answer 1

分析 （一）（1）裝置圖中與直流電源正極連接的電極a為陽極，溶液中氯離子失電子發生氧化反應生成氯氣，電極反應為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（2）陰極發生2H⁺+2e^-=H₂↑，22.4mL為0.5×10^-3mol氫氣，
（二）（3）把MgCl₂粗產品的溶液中的Fe²⁺轉化為Fe³⁺，可選用的物質是過氧化氫或氯氣，氧化亞鐵離子為鐵離子，調節溶液PH除去，加入的試劑不引入新的雜質；
（4）氯化鎂易水解，應在氯化氫氣流中獲得其晶體；
（5）由無水氯化鎂制取金屬鎂的化學反應方程式 MgCl₂ $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑；
（6）根據題目中所給難溶電解質的K_sp，可知Cu²⁺和Pb²⁺的硫化物K_sp更小，更難溶；
（三）海水淡化后得到NaCl、母液、淡水，電解氯化鈉溶液得到氯氣，2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，將氯氣通入母液中發生反應2Br^-+Cl₂=2Cl^-+Br₂，溴和二氧化硫發生反應Br₂+SO₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，再向含有HBr的溶液中通入適量氯氣蒸餾得到溴單質，再結合物質的性質解答；
（7）富集溴元素；
（8）用SO₂水溶液吸收Br₂的反應發生氧化還原反應生成氫溴酸和硫酸．

解答 解：（一）（1）裝置圖中與直流電源正極連接的電極a為陽極，溶液中氯離子失電子發生氧化反應生成氯氣，電極反應為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
故答案為：石墨；2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
（2）陰極發生2H⁺+2e^-=H₂↑，11，2mL為0.5×10^-3mol氫氣，則生成0.001molOH^-，則c（OH^-）=$\frac{0.001mol}{0.1L}$=0.01mol/L，溶液pH=12，故答案為：12；
（二）（3）把MgCl₂粗產品的溶液中的Fe²⁺轉化為Fe³⁺，可選用的物質是過氧化氫、氯氣，氧化亞鐵離子為鐵離子，調節溶液PH除去，加入的試劑不引入新的雜質應選擇氧化鎂，可用碳酸鎂；
故答案為：ad；e；
（4）如果直接在空氣中加熱MgCl₂•6H₂O則Mg²⁺會水解的生成Mg（OH）Cl和HCl，通入HCl可以抑制其水解，應在氯化氫氣流中失水獲得氯化鎂晶體；
故答案為：應在氯化氫氣流中失水獲得氯化鎂晶體；
（5）由無水氯化鎂制取金屬鎂的化學反應方程式 MgCl₂ $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑，故答案為：MgCl₂ $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑；
（6）根據題目中所給難溶電解質的K_sp，可知Cu²⁺和Pb²⁺的硫化物K_sp更小，更難溶；所以用Na₂S除去污水中的Cu²⁺和Pb²⁺效果更好，故答案為：Na₂S；
（三）海水淡化后得到NaCl、母液、淡水，電解氯化鈉溶液得到氯氣，2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+Cl₂↑+H₂↑，將氯氣通入母液中發生反應2Br^-+Cl₂=2Cl^-+Br₂，溴和二氧化硫發生反應Br₂+SO₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，再向含有HBr的溶液中通入適量氯氣蒸餾得到溴單質，
（7）步驟I中已獲得Br₂，步驟II中又將Br₂還原為Br^-，步驟I中獲取的溴濃度較小，所以其目的是富集溴元素；
故答案為：富集溴元素；
（8）溴具有強氧化性，二氧化硫具有還原性，二者能發生氧化還原生成硫酸和氫溴酸，離子反應方程式為：Br₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Br^-；
故答案為：Br₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Br^-．

點評 本題考查物質的分離、提純，涉及海水資源的開發和利用，涉及電解原理、氧化還原反應等知識點，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，根據金屬的活動性強弱與冶煉方法的選取、電解原理、物質的性質等知識點來分析解答，注意由帶結晶水的氯化鎂制取氯化鎂的條件，為易錯點，題目難度中等．