Question

3．海洋是豐富的資源寶庫，通過海水的綜合利用可獲得許多物質供人類使用．
（1）海水中鹽的開發(fā)利用：
①海水曬鹽，鹽田分為貯水池、蒸發(fā)池和結晶池．
②工業(yè)上常以NaCl、CO₂、NH₃為原料制取NaHCO₃，操作過程中應向飽和食鹽水中先通入NH₃．
（2）電滲析法是近年來發(fā)展起來的一種較好的海水淡化技術，其原理如圖所示，其中陰（陽）離子交換膜僅允許陰（陽）離子通過．電滲析法淡化海水示意圖如圖所示，請回答問題：
①陽極主要電極反應式是2Cl^--2e^-=Cl₂↑．
②在陰極附近產生少量白色沉淀，其成分有Mg（OH）₂和CaCO₃
③淡水的出口為b（填“a”、“b”或“c”）．
（3）用鹽鹵可以提取溴和鎂，提取過程如下：

①提取溴的過程中，經過2次Br^-→Br₂轉化的目的是對溴元素進行富集，吸收塔中發(fā)生反應的離子方程式是SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-．用平衡移動原理解釋通空氣的目的是通入空氣將Br₂蒸氣帶出，使Br₂（g）?Br₂（aq）或Br₂+H₂O?HBr+HBrO平衡向左移動．
②從MgCl₂溶液中得到MgCl₂．6H₂O晶體的主要操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥．
③依據上述流程，若將10m3海水（Br含量64mg/L）中的溴元素轉化為工業(yè)溴，至少需要標準狀況下Cl₂的體積為179.2L（忽略Cl2溶解，Br-80）．

Answer 1

分析 （1）①海水曬鹽通過蒸發(fā)、結晶制取食鹽；
②二氧化碳在水中溶解度較小，而氨氣極易溶于水，據此判斷通入氣體的先后順序；
（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(fā)生還原反應，陽極是氯離子失電子發(fā)生氧化反應生成氯氣；
②陰極是氫離子得到電子發(fā)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、Mg²⁺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，電解一段時間，陰極區(qū)會產生水垢，其成分為CaCO₃和Mg（OH）₂；
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）海水中加入氫氧化鈣沉淀鎂離子后過濾，在濾液中通入CL₂是將濾液中的Br^-氧化為Br₂，再利用熱的空氣將Br₂吹出，進入吸收塔與SO₂反應，其反應的離子方程式為：SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；再通入CL₂將Br^-氧化為Br₂，兩次Br^-→Br₂轉化的目的是對溴元素進行富集，氫氧化鎂加入鹽酸溶解得到氯化鎂溶液，氯化鎂溶液中得到氯化鎂晶體的操作是加熱蒸發(fā)冷卻結晶得到無水氯化鎂，電解熔融氯化鎂得到金屬鎂；
①提取溴的過程中，經過2次Br^-→Br₂轉化的目的是更多的得到溴單質，吸收塔內通入的是二氧化硫氣體是和溴單質反應生成溴離子，在蒸餾塔中被氯氣氧化得到更多的溴單質，通空氣的目的是溴單質被空氣帶出；
②氯化鎂溶液中得到氯化鎂晶體的操作是加熱蒸發(fā)、冷卻結晶、過濾、洗滌、干燥得到無水氯化鎂，電解熔融氯化鎂得到金屬鎂；
③依據離子方程式計算得到需要的氯氣體積．

解答 解：（1）①由海水曬鹽原理可知，鹽田分為貯水池、蒸發(fā)池和結晶池，故答案為：結晶；             
②由于二氧化碳在水中溶解度較小，而NH₃易溶于水，且水溶液顯堿性，有利于充分吸收CO₂，增大溶液中碳酸氫根的濃度，所以向飽和的氯化鈉溶液中先通入氨氣，再通入二氧化碳，以NaCl、NH₃、CO₂和水等為原料制取NaHCO₃的化學方程式為：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl，
故答案為：NH₃；
（2）①陰極上是陽離子得到電子發(fā)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↑，開始時陽極的電極反應式為2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
故答案為：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；
②陰極是氫離子得到電子發(fā)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，電解一段時間，陰極區(qū)會產生水垢，其成分為CaCO₃和Mg（OH）₂，
故答案為：Mg（OH）₂；
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）①依據利用海水可以提取溴和鎂，流程中提取溴的過程中，經過2次Br^-→Br₂轉化的目的是更多的得到溴單質，提取過程對溴元素進行富集；吸收塔內通入的是二氧化硫氣體是和溴單質反應生成溴離子，在蒸餾塔中被氯氣氧化得到更多的溴單質，吸收塔中反應的離子方程式為；SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；通入空氣將Br₂蒸氣帶出，使Br₂（g）?Br₂（aq）或Br₂+H₂O?HBr+HBrO平衡向左移動，
故答案為：對溴元素進行富集；SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；通入空氣將Br₂蒸氣帶出，使Br₂（g）?Br₂（aq）或Br₂+H₂O?HBr+HBrO平衡向左移動；
②從MgCl₂溶液中得到MgCl₂固體，操作是加熱濃縮蒸發(fā)、冷卻結晶、過濾洗滌、干燥得到無水氯化鎂，電解熔融氯化鎂得到金屬鎂和氯氣，
故答案為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶；
③若將10m³海水中的溴元素轉化為工業(yè)溴，依據圖表中溴元素含量為64mg/L，10m³海水中含溴元素=10×1000L×64g/L×10^-3=640g；物質的量=$\frac{640g}{80g/mol}$=8mol，依據反應計算得到：2Br^-+Cl₂=Br₂+2Cl^-，消耗氯氣物質的量為：4mol；提取過程中需要兩次通入氯氣實現溴離子被氧化，所以至少需要標準狀況下Cl₂的物質的量為8 mol標準狀況下體積為 8mol×22.4L/mol=179.2L，
故答案為：179.2．

點評 本題考查了海水淡化的電滲析原理的分析判斷，海水中溴的提取過程，溶液中得到固體的條件應用，反應過程中的氧化劑計算，注意氯氣兩次氧化消耗，題目難度中等．