Question

2．海水中含有豐富的鎂資源．某同學設計了從模擬海水中制備MgO的實驗方案：

模擬海水中的離 子濃度/mol•L-1	Na+	Mg2+	Ca2+	Cl-	HCO3-
	0.439	0.050	0.011	0.560	0.001

注：溶液中某種離子的濃度小于1.0×10^-5 mol•L^-1，可認為該離子不存在；
實驗過程中，假設溶液體積不變．
K_spCaCO₃=4.96×10^-9　  K_spMgCO₃=6.82×10^-6 K_spCa（OH）₂=4.68×10^-6
K_spMg（OH）₂=5.61×10^-12
下列說法不正確的是（　　）

• A． 沉淀物X為CaCO₃、MgCO₃
• B． 濾液M中存在Mg²⁺，Ca²⁺
• C． 濾液N中存在Ca²⁺，沒有Mg²⁺
• D． 步驟②中若改為加入4.2 g NaOH固體，沉淀物Y為仍Mg（OH）₂，沒有Ca（OH）₂

Answer 1

分析 步驟①，加入0.001mol NaOH時，OH^- 恰好與HCO₃^-完全反應，生成0.001molCO₃^2-．由于K_sp（CaCO₃）＜＜K_sp（MgCO₃），生成的CO₃^2-與水中的Ca²⁺反應生成CaCO₃ 沉淀，濾液M中同時存在著Ca²⁺和Mg²⁺；步驟②，當濾液M中加入NaOH 固體，調至pH=11時，此時濾液中c（OH^-）=1×10^-3 mol•L^-1；
根據溶度積可判斷無Ca（OH）₂生成，有Mg（OH）₂沉淀生成，由此分析解答．

解答 解：A．步驟①，從題給的條件，可知n（NaOH ）=0.001mol，[即n（OH^-）=0.001mol]．依據離子反應“先中和、后沉淀、再其他”的反應規律，當1L模擬海水中，加入0.001mol NaOH時，OH^- 恰好與HCO₃^-完全反應：OH^-+HCO₃^-=CO₃^2-+H₂O，生成0.001molCO₃^2-．由于K_sp（CaCO₃）＜＜K_sp（MgCO₃），生成的CO₃^2-與水中的Ca²⁺反應生成CaCO₃ 沉淀Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓，所以沉淀物X為CaCO₃，故A錯誤；
B．由于CO₃^2-只有0.001mol，反應生成CaCO₃ 所消耗的Ca²⁺也只有0.001mol，濾液中還剩余c（Ca²⁺）=0.010 mol•L^-1，濾液M中同時存在著Ca²⁺和Mg²⁺，故B正確；
C．步驟②，當濾液M中加入NaOH 固體，調至pH=11（即pOH=3）時，此時濾液中c（OH^-）=1×10^-3 mol•L^-1．則
Q[Ca（OH）₂]=c（Ca²⁺）×（10^-3）²=0.010×（10^-3）²=10^-8＜K_sp[Ca（OH）₂]，無Ca（OH）₂生成．
Q[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）×（10^-3）²=0.050×（10^-3）²=5×10^-8＞K_sp[Mg（OH）₂]，有Mg（OH）₂沉淀生成．
又由于K_sp[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）×（10^-3）²=5.6×10^-12，c（Mg²⁺）=5.6×10^-6＜10^-5，無剩余，濾液N中不存在Mg²⁺，故C正確；
D．步驟②中若改為加入4.2 g NaOH固體，則n（NaOH）=0.105mol，與0.05mol Mg²⁺反應：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，生成0.05 mol Mg（OH）₂，剩余0.005 mol OH^-．
由于Q[Ca（OH）₂]=c（Ca²⁺）×（OH^-）²=0.010×（0.005）²=2.5×10^-7＜K_sp[Ca（OH）₂]，所以無Ca（OH）₂沉淀析出，沉淀物Y為Mg（OH）₂沉淀，故D正確；故選A．

點評 本題考查了離子濃度及Ksp的有關計算，要求考生定量地分析發生的反應，溶液中存在的離子，推斷沉淀是否產生，從而得出正確的結論．計算強調了實用性以及認識、解決問題的綜合性，題目難度中等．