Question

【題目】海洋資源的開發(fā)與利用具有廣闊的前景。海水的pH一般在7.5~8.6之間。某地海水中主要離子的含量如下表：

成分	Na+	K+	Ca2+	Mg2+	Cl－	SO42－	HCO3－
含量/mgL－1	9360	83	160	1100	16000	1200	118

（1）海水顯弱堿性的原因是（用離子方程式表示）：____________，該海水中Ca2+的物質(zhì)的量濃度為__________mol/L 。

（2）電滲析法是近年發(fā)展起來的一種較好的海水淡化技術(shù)，其原理如下圖所示。其中陰（陽）離子交換膜只允許陰（陽）離子通過，電極均為惰性電極。

① 開始時陽極的電極反應(yīng)式為________________。

② 電解一段時間，____極（填“陰”或“陽”）會產(chǎn)生水垢，其成份為_____（填化學(xué)式）。

③ 淡水的出口為a、b、c中的__________出口。

（3）海水中鋰元素儲量非常豐富，從海水中提取鋰的研究極具潛力。鋰是制造化學(xué)電源的重要原料，如LiFePO4電池某電極的工作原理如圖所示：

該電池電解質(zhì)為能傳導(dǎo) Li+的固體材料。

上面左圖中的小黑點表示_____（填粒子符號），充電時該電極反應(yīng)式為_______。

（4）利用海洋資源可獲得MnO2 。MnO2可用來制備高錳酸鉀：將MnO2與KOH混合后在空氣中加熱熔融，得到綠色的錳酸鉀（K2MnO4），再利用氯氣將錳酸鉀氧化成高錳酸鉀。該制備過程中消耗相同條件下氯氣和空氣的體積比為_________（空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)按20%計）。

Answer 1

【答案】HCO3-+H2OH2CO3＋OH- 4×10-3 2Cl--2e-=Cl2↑ 陰 CaCO3和Mg(OH)2 b Li+ LiFePO4-e-=FePO4+Li+ 1:5

【解析】

（1）海水中含有碳酸氫根離子，水解顯堿性，離子方程式為HCO3-+H2OH2CO3+OH-；根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知該海水中Ca2+的物質(zhì)的量濃度為=4×10-3mol/L；

（2）①電解池中陽極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，因此開始時是海水中的氯離子放電，則開始時陽極的電極反應(yīng)式為2Cl--2e-=Cl2↑；

②由于陰極是氫離子放電生成氫氣，從而在陰極產(chǎn)生氫氧根，氫氧根與鎂離子結(jié)合生成CaCO3和Mg(OH)2，產(chǎn)生的氫氧根還能與碳酸氫根反應(yīng)生成碳酸根，因此還有碳酸鈣沉淀產(chǎn)生，則電解一段時間，陰極會產(chǎn)生水垢，其成份為CaCO3和Mg(OH)2；

③在外加電流的作用下海水中的陰陽離子分別通過陰離子交換膜和陽離子交換膜移動，從而使1個間隔室的海水被淡化，而相鄰間隔室的海水被濃縮，則根據(jù)裝置圖可知a和c是被濃縮的海水，則淡水的出口為b口；

（3）海水中鋰元素儲量非常豐富，從海水中提取鋰的研究極具潛力。鋰是制造化學(xué)電源的重要原料，如LiFePO4電池某電極的工作原理如右圖所示：該電池電解質(zhì)為能傳導(dǎo) Li+的固體材料。這說明鋰是該電池的負(fù)極，失去電子，陽離子Li+向正極移動。則根據(jù)示意圖可知左圖中的小黑點表示Li+。充電是放電的逆反應(yīng)，即該電極是陽極，陽極失去電子，則充電時該電極的反應(yīng)式為LiFePO4-e-=FePO4+Li+；

（4）假設(shè)反應(yīng)中得到1mol高錳酸鉀，則由錳酸鉀轉(zhuǎn)化為高錳酸鉀時錳元素的化合價從+6價升高到+7價，失去1個電子，則需要氯氣0.5mol，得到1mol錳酸鉀，其中錳元素的化合價從+4價升高到+6價，失去2個電子。氧氣在反應(yīng)中得到4個電子，則根據(jù)電子得失守恒可知需要氧氣是0.5mol，因此氯氣與氧氣的體積之比是1：1，又因為氧氣在空氣中的體積份數(shù)是0.2，因此氯氣與空氣的體積比為1：5。