Question

9．淡水是一种重要的自然资源，是人类赖以生存不可缺少的物质．按要求回答下列问题：
（1）水质优劣直接影响人体健康．天然水在净化处理过程中加入的混凝剂可以是明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁（填一种物质的名称）．但混凝剂难以清除溶解于水中的有机物、无机物、微生物，混凝剂沉淀后还需要消毒、杀菌．
（2）硬水软化的方法通常有加热煮沸法、药剂软化法、离子交换法和电渗析法．在使用离子交换法时，NaR型离子交换树脂使用一段时间后逐渐失去交换能力，将树脂置于5%～8%的食盐水中浸泡一段时间即可再生．在洗涤用水硬度较大时，洗衣粉与肥皂相比洗衣粉洗涤效果更好．
（3）硬度为1°的水是指每升水含10mg CaO或与之相当的物质（如7.1mg MgO）．若某天然水中c（Ca²⁺）=1.2×10^-3mol/L，c（Mg²⁺）=6×10^-4mol/L，则此水的硬度为10°．（保留整数）
（4）若（3）中的天然水还含有c（HCO₃^-）=8×10^-4mol/L，现要软化10m³这种天然水，则需先加入Ca（OH）₂740g，后加入Na₂CO₃1484g．
（5）如图是电渗析法淡化海水的原理图，其中，电极A接直流电源的正极，电极B接直流电源的负极．
①隔膜A是阴（填“阴”或“阳”）离子交换膜．
②某种海水样品，经分析含有大量的Na⁺、Cl^-，以及少量的K⁺、SO₄^2-．若用上述装置对该海水进行淡化，当淡化工作完成后，A、B、C三室中所得溶液（或液体）的pH分别为pH_a、pH_b、pH_c，则其大小顺序为pH_a＜pH_b＜pH_c．

Answer 1

分析 （1）混凝剂是溶液中水解生成胶体的盐类，净水作用是吸附悬浮杂质使其聚沉达到净化目的；除去难溶物后还有消毒、杀菌；
（2）软化水是除去钙镁离子；用一定浓度的食盐水浸泡可以使NaR型离子交换树脂再生；硬水中肥皂易生成沉淀；
（3）依据硬度为1°的水是指每升水含10mgCaO或与之相当的物质（如7.1mgMgO），将水中的Ca²⁺、Mg²⁺质量折算成CaO的质量计算得到；
（4）硬水软化需要把钙离子和镁离子全部沉淀，加入氢氧化钙和镁离子、碳酸氢根离子反应，加入碳酸钠沉淀钙离子；
（5）①阴离子交换膜只允许阴离子自由通过，阳离子交换膜只允许阳离子自由通过；电解池的阴极是氢离子放电，阳极是氢氧根离子放电；
②电极A为阳极，电极B为阴极，电解池的阴极是氢离子放电，阳极是氢氧根离子放电．

解答 解：（1）混凝剂是吸附水中的微小悬浮颗粒，凝聚成较大的颗粒，而快速沉降的主要作用，要具备水解生成胶体的性质，所以常有铝盐或铁盐在水中发生水解生成相应氢氧化物胶体，如明矾，铝离子水解生成氢氧化铝胶体和氢离子，氢氧化铝胶体具有吸附性，所以能净水，硫酸铝，硫酸铁，硫酸亚铁也可以起到净水的作用；混凝剂吸附悬浮杂质使其聚沉达到净水的目的，另外溶液中还有病毒细菌等，有害物质，还要消毒、杀菌；
故答案为：明矾、硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁；消毒、杀菌；
（2）水的软化是降低Ca²⁺、Mg²⁺的浓度，方法很多，有加热煮沸法、药剂软化法、离子交换法和电渗析法等；用5%～8%的食盐水浸泡可以使NaR型离子交换树脂再生；硬水中的钙镁离子与肥皂中的硬质酸根离子结合生成沉淀，从而失去洗涤能力，所以洗衣粉与肥皂相比洗衣粉洗涤效果更好；
故答案为：加热煮沸法、药剂软化法；5%～8%的食盐水；洗衣粉；
（3）某天然水中c（Ca²⁺）=1.2×10^-3mol•L^-1，c（Mg²⁺）=6×10^-4mol•L^-1，硬度为1°的水是指每升水含10mgCaO或与之相当的物质（如7.1mgMgO）；1L水中钙离子物质的量=1.2×10^-3mol，相当于CaO质量=1.2×10^-3mol×56g/mol=67.2mg，1L水中镁离子物质的量=6×10^-4mol，相当于氧化镁质量6×10^-4mol×40g/mol=24mg，所以水的硬度=$\frac{67.2mg}{10mg}$+$\frac{24mg}{7.1mg}$=10°；
故答案为：10°；
（4）10m³这种天然水水中含有钙离子物质的量=10×10³L×1.2×10^-3mol•L^-1=12mol；镁离子物质的量=10×10³L×6×10^-4mol•L^-1=6mol；碳酸氢根离子物质的量=10×10³L×8×10^-4mol•L^-1=8mol；加入氢氧化钙发生的反应为：
Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓ HCO₃^-+OH^-=CO₃^2-+H₂O
1    2                1   1     1
6mol 12mol          8mol 8mol  8mol
共需氢氧根物质的量20mol；
需要Ca（OH）₂物质的量10mol，氢氧化钙质量为74g/mol×10mol=740g，
水溶液中Ca²⁺物质的量为12mol+10mol=22mol，
其中需要加入的 碳酸根离子为22mol-8mol=14mol，需要碳酸钠的质量为14mol×106g/mol=1484g，
故答案为：740；1484；
（5）①电解池的阴极是氢离子放电，阳极是氢氧根离子放电，隔膜A是阴离子交换膜，隔膜C是阳离子交换膜，故答案为：阴；
②电极A为阳极，电极B为阴极，阴极是氢离子放电生成氢气和氢氧根离子，阳极是氢氧根离子放电生成氧气和氢离子，隔膜A是阴离子交换膜，隔膜C是阳离子交换膜，则导致A室显酸性，B室显中性，C室显碱性，所以pH大小顺序为：pH_a＜pH_b＜pH_c，
故答案为：pH_a＜pH_b＜pH_c．

点评 本题考查了盐类水解的应用、净水方法和软化原理、水的硬度计算等，需要理解题干信息，准确计算，题目难度中等，侧重于考查学生的分析能力和计算能力．