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	Na+	Mg2+	Ca2+	Cl-	HCO3-
濃度（mol/L）	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：K_sp（CaCO₃）=4.96×10^-9；K_sp（MgCO₃）=6.82×10^-6；
K_sp[Ca（OH）₂]=4.84×10^-6；K_sp[Mg（OH）₂]=5.61×10^-12．
（1）沉淀物X的化學式為

 

，生成X的離子方程式

 

．
（2）濾液N中存在的陽離子除Na⁺外還有

 

其物質的量濃度為

 

mol/L．
（3）若使2處pH為11，則需加入氫氧化鈉固體質量為

 

g；（保留三位有效數字）若使Y為純凈物，則2處加入氫氧化鈉的質量最大值為

 

g．（保留三位有效數字）

Answer 1

考點：海水資源及其綜合利用,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質

專題：實驗設計題,元素及其化合物

分析：（1）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⁺；
（2）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；根據溶度積可判斷無Ca（OH）₂生成，有Mg（OH）₂沉淀生成；
（3）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，和鎂離子反應的c（OH^-）=0.1mol/L，根據m（NaOH）=nM計算其質量；
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，生成氫氧化鎂沉淀需要0.1molNaOH，當氫氧化鈣恰好飽和時，需要的氫氧化鈉的質量最大．

解答： 解：（1）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(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，故答案為：CaCO₃；HCO₃^-+Ca²⁺+OH^-=CaCO₃↓+H₂O；
（2）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⁺，存在Ca²⁺，c（Ca²⁺）=0.01mol/L，
故答案為：Ca²⁺；0.01mol/L；
（3）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，和鎂離子反應的c（OH^-）=0.1mol/L，m（NaOH）=nM=（0.1mol+0.001mol）×40g/mol=4.04g；
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，生成氫氧化鎂沉淀需要0.1molNaOH，當氫氧化鈣恰好飽和時，需要的氫氧化鈉的質量最大，溶液中c（OH^-）=

4.84×10-6 0.01

mol/L=0.022mol，
所以m（NaOH）=（0.1+0.022）mol×40g/mol=4.88g，
故答案為：4.04；4.88．

點評：本題以海水資源的綜合利用為載體考查了難溶物的溶解平衡，根據離子積常數與濃度積之間的相對大小確定是否產生沉淀，難點是（3）中氫氧化鈉最大質量的計算，知道什么狀態(tài)下質量最大是解題關鍵，題目難度中等．