Question

海水中含有丰富的镁资源．某同学设计了从模拟海水中制备MgO的实验方案：

模拟海水中的离 子浓度（mol/L）	Na+	Mg2+	Ca2+	Cl-	HCO3-
	0.439	0.050	0.011	0.560	0.001

注：溶液中某种离子的浓度小于1.0×10^-5 mol/L，可认为该离子不存在；
实验过程中，假设溶液体积不变．
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．
请回答下列问题：
（1）沉淀物X、Y分别为

 

、

 

（2）滤液M中存在离子

 

，滤液N中存在的离子

 

（除了Na⁺、Cl^-、H⁺、OH^-以外）．
（3）步骤①、②发生反应的所有离子方程式

 

、

 

．
（4）步骤②中若改为加入4.2g NaOH固体，沉淀物Y为

 

（通过列式计算说明）．

Answer 1

考点：海水资源及其综合利用

专题：

分析：步骤①，加入0.001mol NaOH时，OH^- 恰好与HCO₃^-完全反应，生成0.001molCO₃^2-．由于K_sp（CaCO₃）＜＜K_sp（MgCO₃），生成的CO₃^2-与水中的Ca²⁺反应生成CaCO₃ 沉淀，滤液M中同时存在着Ca²⁺和Mg²⁺；
步骤②，当滤液M中加入NaOH 固体，调至pH=11时，此时滤液中c（OH^-）=1×10^-3 mol?L^-1．
根据溶度积可判断无Ca（OH）₂生成，有Mg（OH）₂沉淀生成；
根据溶度积可判断无Ca（OH）₂生成，有Mg（OH）₂沉淀生成，所以Y为Mg（OH）₂；

解答： 解：（1）步骤①，从题给的条件，可知n（NaOH ）=0.001mol，[即n（OH^-）=0.001mol]．
依据离子反应“先中和、后沉淀、再其他”的反应规律，当1L模拟海水中，加入0.001mol NaOH时，OH^- 恰好与HCO₃^-完全反应：OH^-+HCO₃^-═CO₃^2-+H₂O，生成0.001molCO₃^2-，由于K_sp（CaCO₃）＜＜K_sp（MgCO₃），生成的CO₃^2-与水中的Ca²⁺反应生成CaCO₃ 沉淀Ca²⁺+CO₃^2-═CaCO₃↓．所以沉淀物X为CaCO₃；
当滤液M中加入NaOH 固体，调至pH=11（即pOH=3）时，此时滤液中c（OH^-）=1×10^-3 mol?L^-1．
则Q[Ca（OH）₂]=c（Ca²⁺）×（10^-3）²=0.010×（10^-3）²=10^-8＜K_sp[Ca（OH）₂]，无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；
故答案为：CaCO₃；Mg（OH）₂；
（2）由于CO₃^2-只有0.001mol，反应生成CaCO₃ 所消耗的Ca²⁺也只有0.001mol，滤液中还剩余c（Ca²⁺）=0.010 mol?L^-1．滤液M中同时存在着Ca²⁺和Mg²⁺；由以上分析可知当滤液M中加入NaOH 固体，调至pH=11（即pOH=3）时，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，无剩余，滤液N中不存在Mg²⁺，所以Mg²⁺只存在M中；
故答案为：Ca²⁺和Mg²⁺；Ca²⁺；
（3）n（NaOH ）=0.001mol，[即n（OH^-）=0.001mol]．依据离子反应“先中和、后沉淀、再其他”的反应规律，当1L模拟海水中，加入0.001mol NaOH时，OH^- 恰好与HCO₃^-完全反应：OH^-+HCO₃^-=CO₃^2-+H₂O，生成0.001molCO₃^2-．由于K_sp（CaCO₃）＜＜K_sp（MgCO₃），生成的CO₃^2-与水中的Ca²⁺反应生成CaCO₃ 沉淀Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓．所以沉淀物X为CaCO₃，滤液M中含有钠离子、钙离子、镁离子，若使Y为纯净物，则沉淀Y是氢氧化镁，反应是氢氧化钠和海水中的镁离子反应生成氢氧化镁沉淀，离子方程式为Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
故答案为：HCO₃^-+Ca²⁺+OH^-=CaCO₃↓+H₂O；Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；
（4）步骤②中若改为加入4.2 g NaOH固体，则n（NaOH）=0.105mol，与0.05mol Mg²⁺反应：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]，所以无Ca（OH）₂沉淀析出，沉淀物Y为Mg（OH）₂沉淀；
故答案为：Mg（OH）₂ ．

点评：本题考查了离子浓度及Ksp的有关计算，要求考生定量地分析发生的反应，溶液中存在的离子，推断沉淀是否产生，从而得出正确的结论．计算强调了实用性以及认识、解决问题的综合性，题目难度中等．