Question

12．海水資源的利用具有廣闊前景．海水中主要離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鎂，提取過程如下．

（1）提取溴的過程中，經(jīng)過兩次Br^-→Br₂轉(zhuǎn)化的目的是：①對(duì)溴元素進(jìn)行富集，
吸收塔中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式是：②SO₂+Br₂+2H₂O═4H⁺+2Br^-+SO₄ ^2-．
用平衡移動(dòng)原理解釋通空氣的目的：③通入空氣將溴蒸氣帶出，使Br₂（g）?Br₂（aq）（或Br₂+H₂O?HBr+HBrO）平衡向左移動(dòng)．
（2）吸收塔中也可采用純堿吸收Br₂，主要反應(yīng)如下，請(qǐng)配平并表示出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目：
□Br₂+□Na₂CO₃+□H₂O→□NaBr+□NaBrO₃+□NaHCO₃
（3）從MgCl₂溶液中得到MgCl₂•6H₂O晶體的主要操作是①加熱濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥．最后一步冶煉得到金屬鎂的化學(xué)方程式為②MgCl₂（熔融） $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑；冶煉時(shí)，若有少量水存在會(huì)造成產(chǎn)品鎂的消耗，寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式③Mg+2H₂O $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑．
（4）依據(jù)上述流程，若將10m³海水中的溴元素轉(zhuǎn)化為工業(yè)溴，至少需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下Cl₂的體積為179.2L（忽略Cl₂的溶解）．

Answer 1

分析 海水中加入氫氧化鈣沉淀鎂離子后過濾，在濾液中通入CL₂是將濾液中的Br^-氧化為Br₂，再利用熱的空氣將Br₂吹出，進(jìn)入吸收塔與SO₂反應(yīng)，其反應(yīng)的離子方程式為：SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；再通入CL₂將Br^-氧化為Br₂，兩次Br^-→Br₂轉(zhuǎn)化的目的是對(duì)溴元素進(jìn)行富集，氫氧化鎂加入鹽酸溶解得到氯化鎂溶液，氯化鎂溶液中得到氯化鎂晶體的 操作是加熱蒸發(fā)冷卻結(jié)晶得到無水氯化鎂，電解熔融氯化鎂得到金屬鎂；
（1）①提取溴的過程中，經(jīng)過2次Br^-→Br₂轉(zhuǎn)化的目的是更多的得到溴單質(zhì)；
②吸收塔內(nèi)通入的是二氧化硫氣體是和溴單質(zhì)反應(yīng)生成溴離子，在蒸餾塔中被氯氣氧化得到更多的溴單質(zhì)；通空氣的目的是溴單質(zhì)被空氣帶出；
③Br₂（g）?Br₂（aq）（或Br₂+H₂O?HBr+HBrO）平衡逆向進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)3Br₂+6Na₂CO₃+3H₂O=5NaBr+NaBrO₃+6NaHCO₃反應(yīng)中，溴元素的化合價(jià)由0價(jià)分別變?yōu)?1價(jià)和+5價(jià)，其它各元素的化合價(jià)都不變，溴既是氧化劑又是還原劑，結(jié)合元素化合價(jià)變化解答該題；
（3）①溶液中得到溶質(zhì)固體的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到；
②最后一步冶煉得到金屬鎂是電解熔融氯化鎂得到金屬鎂和氯氣；
③若有少量水存在會(huì)造成產(chǎn)品鎂的消耗是因?yàn)殒V和水反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀和氫氣；
氫氧化鎂和鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂溶液；
（4）依據(jù)離子方程式計(jì)算得到需要的氯氣體積．

解答 解：（1）①依據(jù)利用海水可以提取溴和鎂，流程中提取溴的過程中，經(jīng)過2次Br^-→Br₂轉(zhuǎn)化的目的是更多的得到溴單質(zhì)，提取過程對(duì)溴元素進(jìn)行富集，
故答案為：對(duì)溴元素進(jìn)行富集；
②吸收塔內(nèi)通入的是二氧化硫氣體是和溴單質(zhì)反應(yīng)生成溴離子，在蒸餾塔中被氯氣氧化得到更多的溴單質(zhì)，吸收塔中反應(yīng)的離子方程式為；SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；
故答案為：對(duì)溴元素進(jìn)行富集；SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^-+SO₄^2-；
③通入空氣將溴蒸氣帶出，Br₂（g）?Br₂（aq）（或Br₂+H₂O?HBr+HBrO）平衡逆向進(jìn)行，溴蒸氣揮出，
故答案為：通入空氣將溴蒸氣帶出，使Br₂（g）?Br₂（aq）（或Br₂+H₂O?HBr+HBrO）平衡向左移動(dòng)；
（2）反應(yīng)3Br₂+6Na₂CO₃+3H₂O=5NaBr+NaBrO₃+6NaHCO₃中，溴元素的化合價(jià)由0價(jià)分別變?yōu)?1價(jià)和+5價(jià)，溴既是氧化劑又是還原劑，氧化產(chǎn)物是溴酸鈉，還原產(chǎn)物是溴化鈉，由化學(xué)方程式可知氧化劑和還原劑物質(zhì)的量之比為5：1，用雙線橋標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目為，
故答案為：；
（3）①?gòu)腗gCl₂溶液中得到MgCl₂•6H₂O晶體的主要操作是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌得到，故答案為：加熱濃縮、冷卻結(jié)晶；
②從MgCl₂溶液中得到MgCl₂固體，電解熔融氯化鎂得到金屬鎂和氯氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：MgCl₂（熔融）$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑，
故答案為：MgCl₂（熔融）$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$Mg+Cl₂↑；
③若有少量水存在會(huì)造成產(chǎn)品鎂的消耗是因?yàn)殒V和水反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀和氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Mg+2H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑，
故答案為：Mg+2H₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Mg（OH）₂+H₂↑；
（4）若將10m³海水中的溴元素轉(zhuǎn)化為工業(yè)溴，依據(jù)圖表中溴元素含量為64mg/L，10m³海水中含溴元素=10×1000L×64g/L×10^-3=640g；物質(zhì)的量=$\frac{640g}{80g/mol}$=8mol，依據(jù)反應(yīng)計(jì)算得到：2Br^-+Cl₂=Br₂+2Cl^-，消耗氯氣物質(zhì)的量為：4mol；提取過程中需要兩次通入氯氣實(shí)現(xiàn)溴離子被氧化，所以至少需要標(biāo)準(zhǔn)狀況下Cl₂的物質(zhì)的量為8 mol標(biāo)準(zhǔn)狀況下體積為 8mol×22.4L/mol=179.2L，
故答案為：179.2．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了海水淡化的電滲析原理的分析判斷，海水中溴的提取過程，溶液中得到固體的條件應(yīng)用，反應(yīng)過程中的氧化劑計(jì)算，注意氯氣兩次氧化消耗，題目難度中等．