Question

9．海水的綜合利用，現有流程圖如下：

Ⅰ．工業(yè)上以粗食鹽（含有少量Ca²⁺、Mg²⁺雜質）、氨、石灰石等為原料，可以制備Na₂CO₃．請回答：
（1）在處理粗鹽水的過程中，可加入石灰乳和純堿作為沉淀劑，則所得濾渣的成分除過量的沉淀劑外還有CaCO₃、Mg（OH）₂．
（2）將CaO投入含有大量的NH₄Cl的母液中，能生成可循環(huán)使用的NH₃，該反應的化學方程式是2NH₄Cl+CaO=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O．
（3）向飽和食鹽水中首先通入的氣體是NH₃，過程Ⅲ中生成NaHCO₃晶體的反應的化學方程式是NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl
（4）碳酸鈉晶體失水的能量變化示意圖如下：
Na₂CO₃•H₂O （s） 脫水反應的熱化學方程式是Na₂CO₃•H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73kJ•mol^-1．
（5）產品純堿中常含有NaCl．取a g混合物與足量稀鹽酸充分反應，加熱、蒸干、灼燒，得b g固體．則該產品中Na₂CO₃的質量分數是$\frac{16（b-a）}{11a}$×100%．
Ⅱ．電解飽和食鹽水所得氣體X，可應用于提取溴單質．請回答：
（1）氣體X的化學式為Cl₂，反應Ⅱ的化學方程式為SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄．
（2）在母液苦鹵中含有較多的NaCl、KCl、MgCl₂、MgSO₄等物質．用沉淀法測定苦鹵中鎂元素的含量（g/L），實驗過程中應測定的數據有苦鹵樣品的體積、Mg（OH）₂沉淀的質量．
（3）電解200kg 質量分數為25%的飽和食鹽水，當濃度下降到20%時，收集到氯氣的物質的量為97.7mol（溶于溶液中的氯氣忽略不計，計算結果保留一位小數）．

Answer 1

分析 由流程可知，海水曬鹽分離出粗鹽和母液苦鹵，粗鹽水加入石灰乳和純堿作為沉淀劑，生成碳酸鈣、氫氧化鎂沉淀，過濾得到精鹽水，蒸發(fā)濃縮得到飽和食鹽水，向食鹽水中先通氨氣，再通二氧化碳，反應生成碳酸氫鈉和氯化銨，碳酸氫鈉分解得到Na₂CO₃；母液苦鹵濃縮后，通氯氣可氧化溴離子，溴單質與二氧化硫發(fā)生氧化還原反應生成硫酸和HBr，最后再利用氯氣與HBr反應得到溴．
Ⅰ．（1）鈣離子會與碳酸根離子生成沉淀，鎂離子會與氫氧根離子生成沉淀；
（2）生石灰和水反應生成氫氧化鈣，氫氧化鈣和氯化銨反應生成氨氣；
（3）食鹽、氨氣、水和二氧化碳發(fā)生化學反應，生成碳酸氫銨和氯化銨，據此書寫化學方程式；
（4）根據碳酸鈉晶體失水的能量變化示意圖可知：Na₂CO₃•10H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+10H₂O（g）△H=+532.36 kJ•mol^-1①，Na₂CO₃•10H₂O（s）=Na₂CO₃•H₂O（s）+9H₂O（g）△H=+473.63 kJ•mol^-1②，結合蓋斯定律可知由①-②得Na₂CO₃•H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+H₂O（g）；
（5）根據Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑進行計算；
Ⅱ．（1）由流程可知，X為Cl₂，具有氧化性，能將溴離子氧化為溴單質；反應II中發(fā)生溴與二氧化硫的氧化還原反應；
（2）用沉淀法測定苦鹵中鎂元素的含量（g/L），應知道溶液的體積及Mg元素的質量；
（3）電解200kg 質量分數為25%的飽和食鹽水，當濃度下降到20%時，結合2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH計算參加反應的NaCl，然后計算收集到氯氣．

解答 解：由流程可知，海水曬鹽分離出粗鹽和母液苦鹵，粗鹽水加入石灰乳和純堿作為沉淀劑，生成碳酸鈣、氫氧化鎂沉淀，過濾得到精鹽水，蒸發(fā)濃縮得到飽和食鹽水，向食鹽水中先通氨氣，再通二氧化碳，反應生成碳酸氫鈉和氯化銨，碳酸氫鈉分解得到Na₂CO₃；母液苦鹵濃縮后，通氯氣可氧化溴離子，溴單質與二氧化硫發(fā)生氧化還原反應生成硫酸和HBr，最后再利用氯氣與HBr反應得到溴．
Ⅰ．（1）加入石灰乳和純堿作為沉淀劑，發(fā)生Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，則所得濾渣的成分除過量的沉淀劑外還有CaCO₃、Mg（OH）₂，
故答案為：CaCO₃、Mg（OH）₂；
（2）向分離出NaHCO₃晶體后的母液中加入過量生石灰，發(fā)生的反應有H₂O+CaO=Ca（OH）₂、Ca（OH）₂+2NH₄Cl=2NH₃↑+2H₂O+CaCl₂，最終產物為氯化鈣、氨氣，其中氨氣可再利用；
故答案為：2NH₄Cl+CaO=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O；
（3）因二氧化碳在水中的溶解度小，氨氣極易溶于水，所以向飽和食鹽水中首先通入NH₃，且過程Ⅲ中生成NaHCO₃晶體的反應的化學方程式是NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl，碳酸氫鈉的溶解度小，反應后以晶體形式析出，
故答案為：NH₃；NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（4）根據碳酸鈉晶體失水的能量變化示意圖可知：Na₂CO₃•10H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+10H₂O（g）△H=+532.36 kJ•mol^-1①，Na₂CO₃•10H₂O（s）=Na₂CO₃•H₂O（s）+9H₂O（g）△H=+473.63 kJ•mol^-1②，由①-②得Na₂CO₃•H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73 kJ•mol^-1，
故答案為：Na₂CO₃•H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73 kJ•mol^-1；
（5）產品純堿中常含有NaCl，取a g混合物與足量稀鹽酸充分反應，發(fā)生Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑，得b g固體為NaCl，設碳酸鈉的物質的量為x，
       Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑          
       1              2           
       x              2x                                             
混合物質量：117x+a-106x=b，解得x=$\frac{b-a}{11}$mol，該產品中Na₂CO₃的質量分數$\frac{16（b-a）}{11a}$×100%，
故答案為：$\frac{16（b-a）}{11a}$×100%；
Ⅱ．惰性電極電解飽和食鹽水，發(fā)生2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，氫氣在a電極產生，生成的NaOH與鎂離子反應，氯氣在b電極生成后在B中與硫化鈉發(fā)生氧化還原反應；
（1）由流程可知，X為Cl₂，具有氧化性，能將溴離子氧化為溴單質；反應II中發(fā)生溴與二氧化硫的氧化還原反應，該離子反應為SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄，
故答案為：Cl₂；SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄；   
（2）用沉淀法測定苦鹵中鎂元素的含量（g/L），應知道溶液的體積及Mg元素的質量，則需測定苦鹵樣品的體積、Mg（OH）₂沉淀的質量，
故答案為：苦鹵樣品的體積、Mg（OH）₂沉淀的質量；
（3）電解200kg 質量分數為25%的飽和食鹽水，當濃度下降到20%時，設參加反應的NaCl為2xmol，
由2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;電解\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，
   2x                   x     x
則$\frac{200000×25%-2x×58.5g/mol}{200000-2g/mol×x-71g/mol×x}$=20%，解得x=97.7mol，收集氯氣的物質的量為97.7mol，故答案為：97.7mol．

點評 本題考查較綜合，為高考中常見的考查方式，涉及海水資源利用、流程分析、混合物分離提純等，側重分析、推斷、計算能力的綜合考查，注意電解原理及離子的放電順序、離子之間的反應進行計算，題目難度中等．