Question

12．海水资源的利用具有广阔前景．海水中主要离子的含量如下表所示．

成分	含量（mg•L-1）	成分	含量（mg•L-1）
Cl-	18980	Ca2+	400
Na+	10560	HCO3-	142
SO4 2-	2560	Br-	64
Mg2+	1272

利用海水可以提取溴和镁，提取过程如下．

（1）提取溴的过程中，经过两次Br^-→Br₂转化的目的是：①对溴元素进行富集，
吸收塔中发生反应的离子方程式是：②SO₂+Br₂+2H₂O═4H⁺+2Br^-+SO₄ ^2-．
用平衡移动原理解释通空气的目的：③通入空气将溴蒸气带出，使Br₂（g）?Br₂（aq）（或Br₂+H₂O?HBr+HBrO）平衡向左移动．
（2）吸收塔中也可采用纯碱吸收Br₂，主要反应如下，请配平并表示出电子转移的方向和数目：
□Br₂+□Na₂CO₃+□H₂O→□NaBr+□NaBrO₃+□NaHCO₃
（3）从MgCl₂溶液中得到MgCl₂•6H₂O晶体的主要操作是①加热浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．最后一步冶炼得到金属镁的化学方程式为②MgCl₂（熔融） $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑；冶炼时，若有少量水存在会造成产品镁的消耗，写出有关反应的化学方程式③Mg+2H₂O $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑．
（4）依据上述流程，若将10m³海水中的溴元素转化为工业溴，至少需要标准状况下Cl₂的体积为179.2L（忽略Cl₂的溶解）．

Answer 1

分析 海水中加入氢氧化钙沉淀镁离子后过滤，在滤液中通入CL₂是将滤液中的Br^-氧化为Br₂，再利用热的空气将Br₂吹出，进入吸收塔与SO₂反应，其反应的离子方程式为：SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；再通入CL₂将Br^-氧化为Br₂，两次Br^-→Br₂转化的目的是对溴元素进行富集，氢氧化镁加入盐酸溶解得到氯化镁溶液，氯化镁溶液中得到氯化镁晶体的 操作是加热蒸发冷却结晶得到无水氯化镁，电解熔融氯化镁得到金属镁；
（1）①提取溴的过程中，经过2次Br^-→Br₂转化的目的是更多的得到溴单质；
②吸收塔内通入的是二氧化硫气体是和溴单质反应生成溴离子，在蒸馏塔中被氯气氧化得到更多的溴单质；通空气的目的是溴单质被空气带出；
③Br₂（g）?Br₂（aq）（或Br₂+H₂O?HBr+HBrO）平衡逆向进行分析；
（2）根据3Br₂+6Na₂CO₃+3H₂O=5NaBr+NaBrO₃+6NaHCO₃反应中，溴元素的化合价由0价分别变为-1价和+5价，其它各元素的化合价都不变，溴既是氧化剂又是还原剂，结合元素化合价变化解答该题；
（3）①溶液中得到溶质固体的方法是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到；
②最后一步冶炼得到金属镁是电解熔融氯化镁得到金属镁和氯气；
③若有少量水存在会造成产品镁的消耗是因为镁和水反应生成氢氧化镁沉淀和氢气；
氢氧化镁和盐酸反应生成氯化镁溶液；
（4）依据离子方程式计算得到需要的氯气体积．

解答 解：（1）①依据利用海水可以提取溴和镁，流程中提取溴的过程中，经过2次Br^-→Br₂转化的目的是更多的得到溴单质，提取过程对溴元素进行富集，
故答案为：对溴元素进行富集；
②吸收塔内通入的是二氧化硫气体是和溴单质反应生成溴离子，在蒸馏塔中被氯气氧化得到更多的溴单质，吸收塔中反应的离子方程式为；SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；
故答案为：对溴元素进行富集；SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；
③通入空气将溴蒸气带出，Br₂（g）?Br₂（aq）（或Br₂+H₂O?HBr+HBrO）平衡逆向进行，溴蒸气挥出，
故答案为：通入空气将溴蒸气带出，使Br₂（g）?Br₂（aq）（或Br₂+H₂O?HBr+HBrO）平衡向左移动；
（2）反应3Br₂+6Na₂CO₃+3H₂O=5NaBr+NaBrO₃+6NaHCO₃中，溴元素的化合价由0价分别变为-1价和+5价，溴既是氧化剂又是还原剂，氧化产物是溴酸钠，还原产物是溴化钠，由化学方程式可知氧化剂和还原剂物质的量之比为5：1，用双线桥标出电子转移的方向和数目为，
故答案为：；
（3）①从MgCl₂溶液中得到MgCl₂•6H₂O晶体的主要操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤得到，故答案为：加热浓缩、冷却结晶；
②从MgCl₂溶液中得到MgCl₂固体，电解熔融氯化镁得到金属镁和氯气，反应的化学方程式为：MgCl₂（熔融）$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑，
故答案为：MgCl₂（熔融）$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑；
③若有少量水存在会造成产品镁的消耗是因为镁和水反应生成氢氧化镁沉淀和氢气，反应的化学方程式为：Mg+2H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑，
故答案为：Mg+2H₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑；
（4）若将10m³海水中的溴元素转化为工业溴，依据图表中溴元素含量为64mg/L，10m³海水中含溴元素=10×1000L×64g/L×10^-3=640g；物质的量=$\frac{640g}{80g/mol}$=8mol，依据反应计算得到：2Br^-+Cl₂=Br₂+2Cl^-，消耗氯气物质的量为：4mol；提取过程中需要两次通入氯气实现溴离子被氧化，所以至少需要标准状况下Cl₂的物质的量为8 mol标准状况下体积为 8mol×22.4L/mol=179.2L，
故答案为：179.2．

点评 本题考查了海水淡化的电渗析原理的分析判断，海水中溴的提取过程，溶液中得到固体的条件应用，反应过程中的氧化剂计算，注意氯气两次氧化消耗，题目难度中等．