Question

【題目】海洋資源的開(kāi)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(lái)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(yáng)）離子交換膜只允許陰（陽(yáng)）離子通過(guò)，電極均為惰性電極。

① 開(kāi)始時(shí)陽(yáng)極的電極反應(yīng)式為________________。

② 電解一段時(shí)間，____極（填“陰”或“陽(yáng)”）會(huì)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(chǔ)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(diǎn)表示_____（填粒子符號(hào)），充電時(shí)該電極反應(yīng)式為_______。

（4）利用海洋資源可獲得MnO2 。MnO2可用來(lái)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(guò)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(jì)）。

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(yáng)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)，因此開(kāi)始時(shí)是海水中的氯離子放電，則開(kāi)始時(shí)陽(yáng)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(shí)間，陰極會(huì)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(yáng)離子分別通過(guò)陰離子交換膜和陽(yáng)離子交換膜移動(dòng)，從而使1個(gè)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(chǔ)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(shuō)明鋰是該電池的負(fù)極，失去電子，陽(yáng)離子Li+向正極移動(dòng)。則根據(jù)示意圖可知左圖中的小黑點(diǎn)表示Li+。充電是放電的逆反應(yīng)，即該電極是陽(yáng)極，陽(yáng)極失去電子，則充電時(shí)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(shí)錳元素的化合價(jià)從+6價(jià)升高到+7價(jià)，失去1個(gè)電子，則需要氯氣0.5mol，得到1mol錳酸鉀，其中錳元素的化合價(jià)從+4價(jià)升高到+6價(jià)，失去2個(gè)電子。氧氣在反應(yīng)中得到4個(gè)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?yàn)檠鯕庠诳諝庵械捏w積份數(shù)是0.2，因此氯氣與空氣的體積比為1：5。