Question

12．水是一種重要的自然資源，是人類不可缺少的物質，某飲用水廠用天然水制備純凈水（去離子水）的工藝流程如圖所示．

（1）砂濾的作用是過濾除去水中懸浮物，A和B中放置的物質是陽離子交換樹脂，陰離子交換樹脂
（2）研究發(fā)現，ClO₂是一種性能優(yōu)良的消毒劑，并可將廢水中少量的S^2-、NO₂^-和CN^-等有毒的還原性離子氧化而除去，ClO₂將廢水中劇毒的CN^-氧化成無毒氣體的離子方程式為2ClO₂+2CN^-═2CO₂↑+N₂↑+2Cl^-
（3）硬度為1°的水，是指每升水含10mgCaO或與之相當的物質（如7.1mgMgO），若某天然水中c（Ca²⁺）=8×10^-4mol•L^-1，c（Mg²⁺）=5×10^-4mol•L^-1，則此水的硬度為7.3°．
（4）電滲析法淡化海水的原理如圖所示．

已知：電極A接直流電源的正極，電極B接直流電源的負極．
①淡水從B室（填“A室”“B室”或“C室”）流出．
②海水不能直接通入C室中，理由是海水中含有較多的鎂離子、鈣離子，電解過程中會生成氫氧化鎂、氫氧化鈣沉淀，從而堵塞陽離子交換膜．
③某種海水樣品，經分析可知含有大量的Na⁺、Cl^-，以及少量的K⁺、SO₄^2-，若用上述裝置對海水進行淡化，當淡化工作完成后，A、B、C三室中所得溶液（或液體）的pH分別為pH_a、pH_b、pH_c，其中pH最小的是pH_a（填“pH_a”“pH_b”或“pH_c”）．
（5）海水淡化的同時還可以得到NaCl，某淡水工廠制得的NaCl中常含有純堿雜質，用下述方法可以測定樣品中NaCl的質量分數．

則樣品中NaCl的質量分數為（1-$\frac{106n}{197m}$）×100%（用含m，n的代數式表示）．

Answer 1

分析 （1）砂濾的作用是除去海水中懸浮雜質，活性炭具有吸附性，臭氧具有強氧化性，還原產物無毒，A、B的作用除去鈣、鎂離子，應先透過金屬陽離子，否則生成氫氧化鈣損壞離子交換膜；
（2）書寫氧化還原方程式時，根據題意先確定反應產物：應將CN^-氧化成無毒的CO₂和N₂兩種氣體，而ClO₂被還原為Cl^-；再利用化合價升降法配平化學方程式：Cl元素由+4-→-1價，C元素由+2-→+4，N元素由-3-→0價；
（3）依據硬度為1°的水是指每升水含10mgCaO或與之相當的物質（如7.1mgMgO），將水中的Ca²⁺、Mg²⁺質量折算成CaO的質量計算得到；
（4）①電極A接直流電源的正極，電極B接直流電源的負極，A室發(fā)生氧化反應，是氫氧根離子放電，C室發(fā)生還原反應，是氫離子放電，B室盛放海水，為保持電中性，陰離子向A室移動，陽離子向B室移動；
②海水不能直接通入C室中，是因為海水中的鎂離子、鈣離子在電解過程中會形成氫氧化物沉淀堵塞陽離子交換膜；
③A室有酸生成，溶液呈酸性，B室為水，為中性，C室有堿生成，溶液呈堿性；
（5）生成ng固體為BaCO₃，物質的量為：$\frac{ng}{197g/mol}$，故碳酸鈉的質量為：$\frac{ng}{197g/mol}$×106g/mol=$\frac{106n}{197}$g，故氯化鈉的質量為（m-$\frac{106n}{197}$），
得到氯化鈉質量分數．

解答 解：（1）砂濾的作用是除去水中懸浮雜質，A、B的作用除去鈣、鎂離子，應先透過金屬陽離子，則A為陽離子交換膜，B為陰離子交換膜，不能放反A、B，否則水中的Ca²⁺、Mg²⁺會與陰離子樹脂中的OH^-生成Mg（OH）₂、Ca（OH）₂沉淀造成堵塞，損壞離子交換樹脂，
故答案為：過濾除去水中懸浮物；陽離子交換樹脂，陰離子交換樹脂；
（2）將CN^-氧化成無毒的CO₂和N₂兩種氣體，而ClO₂被還原為Cl^-該離子反應為2ClO₂+2CN^-═2CO₂↑+N₂↑+2Cl^-，故答案為：2ClO₂+2CN^-═2CO₂↑+N₂↑+2Cl^-；
（3）某天然水中c（Ca²⁺）=8×10^-4mol•L^-1，c（Mg²⁺）=5×10^-4mol•L^-1，
c（Ca²⁺）=1.2×10^-3mol•L^-1，c（Mg²⁺）=6×10^-4mol•L^-1，硬度為1°的水是指每升水含10mgCaO或與之相當的物質（如7.1mgMgO）；1L水中鈣離子物質的量=8×10^-4mol，相當于CaO質量=8×10^-4mol×56g/mol=44.8mg，1L水中鎂離子物質的量=5×10^-4mol，相當于氧化鎂質量5×10^-4mol×40g/mol=20mg，所以水的硬度=$\frac{44.8mg}{10mg}$+$\frac{20mg}{7.1mg}$=7.3°，
故答案為：7.3°；
（4）①電極A接直流電源的正極，電極B接直流電源的負極，A室發(fā)生氧化反應，是氫氧根離子放電，C室發(fā)生還原反應，是氫離子放電，B室盛放海水，為保持電中性，陰離子向A室移動，陽離子向B室移動，陽離子交換膜只允許陽離子自由通過，陰離子交換膜只允許陰離子自由通過，則隔膜A是陰離子交換膜，隔膜C是陽離子交換膜，淡水從B室流出，
故答案為：B室；
②海水不能直接通入C室中，理由是海水中含有較多的鎂離子、鈣離子，電解過程中會生成氫氧化鎂、氫氧化鈣沉淀，從而堵塞陽離子交換膜，
故答案為：海水中含有較多的鎂離子、鈣離子，電解過程中會生成氫氧化鎂、氫氧化鈣沉淀，從而堵塞陽離子交換膜；
③A室有酸生成，溶液呈酸性，B室為水，為中性，C室有堿生成，溶液呈堿性，故溶液pH值：pH_a＜pH_b＜pH_c，其中pH最小的是pH_a，
故答案為：pH_a；
（5）生成ng固體為BaCO₃，物質的量為：$\frac{ng}{197g/mol}$，故碳酸鈉的質量為：$\frac{ng}{197g/mol}$×106g/mol=$\frac{106n}{197}$g，
故氯化鈉的質量為（m-$\frac{106n}{197}$），
則氯化鈉質量分數為=$\frac{m-\frac{106n}{197}}{m}$×100%=（1-$\frac{106n}{197m}$）×100%，
故答案為：（1-$\frac{106n}{197m}$）×100%．

點評 本題以信息形式考查污水處理、自來水凈化、海水淡化等，明確發(fā)生的反應原理及凈化流程為解答的關鍵，注重化學與生活的聯(lián)系，題目難度中等．