Question

Ⅰ．海水是巨大的資源寶庫，在海水淡化及綜合利用方面，天津市位居全國前列．從海水中提取食鹽和溴的過程如圖1：

（1）請列舉海水淡化的兩種方法：

 

、

 

．
（2）步驟Ⅰ中已獲得Br₂，步驟Ⅱ中又將Br₂還原為Br^-，其目的為

 

．
（3）步驟Ⅱ用SO₂水溶液吸收Br₂，吸收率可達95%，有關反應的離子方程式為：

 

，由此反應可知，除環(huán)境保護外，在工業(yè)生產中應解決的主要問題是

 

．
Ⅱ．高純MnCO₃是制備高性能磁性材料的主要原料．實驗室以MnO₂為原料制備少量高純MnCO₃的操作步驟如圖2：
（1）制備MnSO₄溶液：在燒瓶中（裝置見右圖）加入一定量MnO₂和水，攪拌，通入SO₂和N₂混合氣體，反應3h．停止通入SO₂，繼續(xù)反應片刻，過濾（已知MnO₂+H₂SO₃═MnSO₄+H₂O）
①反應過程中，為使SO₂盡可能轉化完全，在通入SO₂和N₂比例一定、不改變固液投料的條件下，可采取的合理措施有

 

、

 

．
②若實驗中將N₂換成空氣，測得反應液中Mn²⁺、SO₄^2-的濃度隨反應時間t的濃度變化如圖3．導致溶液中Mn²⁺、SO₄^2-濃度變化產生明顯差異的原因是

 

．
（2）制備高純MnCO₃固體：已知MnCO₃難溶于水、乙醇，潮濕時易被空氣氧化，100℃開始分解；Mn（OH）₂開始沉淀時pH=7.7，請補充由（1）時制得的MnSO₄制備高純MnCO₃的操作步驟．①邊攪拌邊加入

 

，并控制溶液pH

 

；②

 

；③檢驗SO₄^2-是否被洗滌除去；④用少量

 

洗滌；⑤低于100℃干燥．

Answer 1

考點：海水資源及其綜合利用,物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：Ⅰ、（1）海水淡化的方法有：蒸餾、滲析等方法；
（2）海水淡化得到的母液和電解氯化鈉溶液生成的氯氣反應，得到的溴單質濃度低，溴單質在水中有一定的溶解性且和水反應，提取時消耗過的能源和原料，降低了經濟效益；
（3）溴和二氧化硫發(fā)生氧化還原反應生成氫溴酸和硫酸；
Ⅱ、（1）①根據實驗的操作原則，為了讓氣體盡可能轉化，要根據反應所需的條件和用量嚴格操作；
②考慮氮氣的化學性質穩(wěn)定，空氣中氧氣的活潑性等因素的影響；
（2）根據題干中所給的試劑結合MnCO₃的性質來選擇合適的制取方案．

解答： 解：Ⅰ．（1）目前淡化海水的方法有多種，如：蒸留法、電滲析法、離子交換法、溶劑萃取法和冰凍法等，
故答案為：蒸餾法；電滲析法、離子交換法（任意兩種）；
（2）步驟Ⅰ中已獲得Br₂，步驟Ⅱ中又將Br₂還原為Br^-，目的是低濃度的Br₂溶液在提取時消耗過多的原料和能源，轉化為HBr后易被氧化劑氯氣氧化為溴單質，用于富集溴元素；故答案為：富集溴元素；
（3）步驟II為二氧化硫和溴的氧化還原反應，反應的離子方程式為Br₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Br^-，由此反應可知，生成物為強酸，所以除環(huán)境保護外，在工業(yè)生產中應解決的主要問題是強酸對設備的嚴重腐蝕；
故答案為：Br₂+SO₂+2H₂O=4H⁺+SO₄^2-+2Br^-；強酸對設備的嚴重腐蝕；
Ⅱ．（1）①為使SO₂盡可能轉化完全，應定要保證控制反應的溫度，在通入SO₂和N₂比例一定、不改變固液投料的條件下，要求所通氣體一定要慢，故答案為：控制適當的溫度；緩慢通入混合氣體；
②氮氣的化學性質穩(wěn)定，空氣中氧氣性質活潑，在Mn²⁺催化作用下，易把亞硫酸氧化成硫酸，而使硫酸根濃度增大，故答案為：Mn²⁺催化氧氣與亞硫酸反應生成硫酸；
（2）制取的原理是碳酸根和錳離子之間反應生成碳酸錳的過程，但要考慮MnCO₃難溶于水、乙醇并在潮濕時易被空氣氧化，100℃開始分解以及Mn（OH）₂開始沉淀時pH=7.7等因素，過程中控制溶液的PH值以及洗滌沉淀所選的溶劑要小心，邊攪拌邊加入碳酸鈉或碳酸氫鈉，并控制溶液的PH＜7.7、過濾，用水洗滌2-3次、檢驗SO₄^2-是否被除去、用少量的乙醇洗滌；
故答案為：NaHCO₃（Na₂CO₃）；＜7.7；過濾，用少量水洗滌2～3次；C₂H₅OH．

點評：本題以海水資源綜合利用為載體考查了氧化還原反應、物質的分離和提純、工藝流程等知識點，學生分析和解決問題的能力，能從整體上把握工藝流程，知道物質間的反應、每一步的目的，題目難度中等．