(16分)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:
成分 | 含量/(mg L-1) | 成分 | 含量/(mg L-1) |
Cl- | 18980 | Ca2+ | 400 |
Na+ | 10560 | HCO3- | 142 |
SO42 | 2560 | Br- | 64 |
Mg2+ | 1272 |
电渗析法淡化海水示意图如图所示,其中阴(阳)
离子交换膜仅允许阴(阳)离子通过。
①阳极主要电极反应式是 。
②在阴极附近产生少量白色沉淀,其成分有 和CaCO3,
生成CaCO3的离子方程式是 。
③淡水的出口为 (填“a”、“b”或“c”)。
(2)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2次Br-→Br2转化的目的是 ,吸收塔中发生反应的离子方程式是 。解释通空气的目的是 。
②从MgCl2溶液中得到MgCl2·6H2O晶体的主要操作是 、过滤、洗涤、干燥。
③依据上述流程,若将10 m3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
L(忽略Cl2溶解,溴的相对原子质量:80)。
(1)①(2分)2Cl—-2e—=Cl2↑
②(2分)Mg(OH)2 (2分)Ca2++ OH—+HCO3—=CaCO3↓+H2O
③(2分)b
(2)①(1分)对溴元素进行富集 (2分)SO2+Br2+2H2O=4H++2Br—+SO42—
(2分)通入空气将Br2蒸气带出
②(1分)加热浓缩、冷却结晶
③(2分)179.2
题目分析:
(1)①根据海水中离子成分表和放电顺序可知,阳极的反应式2Cl—-2e—=Cl2↑,②阴极的反应式是:2H+ + 2e- =H2 ,氢离子是水电离出来的,氢离子放电过程促进了水的电离,阴极周围OH-浓度增加,与镁离子结合生成Mg(OH)2沉淀,同时生成的OH-与HCO3-生成水和CO32-,CO32-与Ca2+反应生成沉淀;淡水的出口可以从阴阳离子的移动方向看出。
(2)由于海水中的溴离子并不高,所以2次转化的目的是为了提高浓度,即是富集;在流程中找到“吸收塔”,吸收塔中含有的溴与二氧化硫反应,溴的强氧化性会将二氧化硫氧化,所以在溶液中以硫酸根离子形式存在,溴单质被还原后则是溴离子,写方程式时可以先写SO2+ Br2→2Br—+SO42—再根据电原子守恒和电荷守恒,在边补上水,右边补上氢离子,配平就可以了;因为溴易挥发,通入空气可以起到搅拌的作用,最主要是将溴蒸气带出。
②审题“从溶液到晶体”所以要先蒸发浓缩,再冷却结晶。
③由上表可知,Br-的含量为64mg/L,所以在10m3海水所含有的溴离子的物质的量为:
10×1000L×64×10-3g/L÷80g/mol=8mol,根据2Br- + Cl2 = Br2 +2Cl-进行计算得到Cl2在标况下的体积应为89.6L,但由于要进行2次Br-→Br2转化,所以至少要用179.2L。