Question

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）	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，可認為該離子不存在；
實驗過程中，假設溶液體積不變．
已知：Ksp（CaCO₃）=4.96×10^-9；Ksp（MgCO₃）=6.82×10^-6；
Ksp[Ca（OH）₂]=4.68×10^-6；Ksp[Mg（OH）₂]=5.61×10^-12．
請回答下列問題：
（1）沉淀物X、Y分別為

 

、

 

（2）濾液M中存在離子

 

，濾液N中存在的離子

 

（除了Na⁺、Cl^-、H⁺、OH^-以外）．
（3）步驟①、②發(fā)生反應的所有離子方程式

 

、

 

．
（4）步驟②中若改為加入4.2g NaOH固體，沉淀物Y為

 

（通過列式計算說明）．

Answer 1

考點：海水資源及其綜合利用

專題：

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(diào)至pH=11時，此時濾液中c（OH^-）=1×10^-3 mol?L^-1．
根據(jù)溶度積可判斷無Ca（OH）₂生成，有Mg（OH）₂沉淀生成；
根據(jù)溶度積可判斷無Ca（OH）₂生成，有Mg（OH）₂沉淀生成，所以Y為Mg（OH）₂；

解答： 解：（1）步驟①，從題給的條件，可知n（NaOH ）=0.001mol，[即n（OH^-）=0.001mol]．
依據(jù)離子反應“先中和、后沉淀、再其他”的反應規(guī)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；
當濾液M中加入NaOH 固體，調(diào)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；
故答案為：CaCO₃；Mg（OH）₂；
（2）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⁺；由以上分析可知當濾液M中加入NaOH 固體，調(diào)至pH=11（即pOH=3）時，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⁺，所以Mg²⁺只存在M中；
故答案為：Ca²⁺和Mg²⁺；Ca²⁺；
（3）n（NaOH ）=0.001mol，[即n（OH^-）=0.001mol]．依據(jù)離子反應“先中和、后沉淀、再其他”的反應規(guī)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，濾液M中含有鈉離子、鈣離子、鎂離子，若使Y為純凈物，則沉淀Y是氫氧化鎂，反應是氫氧化鈉和海水中的鎂離子反應生成氫氧化鎂沉淀，離子方程式為Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
故答案為：HCO₃^-+Ca²⁺+OH^-=CaCO₃↓+H₂O；Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
（4）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⁺）×c（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；
故答案為：Mg（OH）₂ ．

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(fā)生的反應，溶液中存在的離子，推斷沉淀是否產(chǎn)生，從而得出正確的結論．計算強調(diào)了實用性以及認識、解決問題的綜合性，題目難度中等．