Question

（2011?浙江）海水中含有丰富的镁资源．某同学设计了从模拟海水中制备MgO的实验方案： 模拟海水中的 离子浓度（mol/L） Na+ Mg2+ Ca2+ Cl- HCO3- 0.439 0.050 0.011 0.560 0.001 注：溶液中某种离子的浓度小于1.0×10-5 mol/L，可认为该离子不存在；实验过程中，假设溶液体积不变．已知：Ksp（CaCO3）=4.96×10-9；Ksp（MgCO3）=6.82×10-6；Ksp[Ca（OH）2]=4.68×10-6；Ksp[Mg（OH）2]=5.61×10-12．下列说法正确的是（　　）

A．沉淀物X为CaCO₃

B．滤液M中存在Mg²⁺，不存在Ca²⁺

C．滤液N中存在Mg²⁺、Ca²⁺

D．步骤②中若改为加入4.2gNaOH固体，沉淀物Y为Ca（OH）₂和Mg（OH）₂的混合物

Answer 1

分析：步骤①，加入0.001mol NaOH时，OH^- 恰好与HCO₃^-完全反应，生成0.001molCO₃^2-．由于K_sp（CaCO₃）＜＜K_sp（MgCO₃），生成的CO₃^2-与水中的Ca²⁺反应生成CaCO₃ 沉淀，滤液M中同时存在着Ca²⁺和Mg²⁺；
步骤②，当滤液M中加入NaOH 固体，调至pH=11（即pOH=3）时，此时滤液中c（OH^-）=1×10^-3 mol?L^-1．
根据溶度积可判断无Ca（OH）₂生成，有Mg（OH）₂沉淀生成．

解答：解：A．步骤①，从题给的条件，可知n（NaOH ）=0.001mol，[即n（OH^-）=0.001mol]．依据离子反应“先中和、后沉淀、再其他”的反应规律，当1L模拟海水中，加入0.001mol NaOH时，OH^- 恰好与HCO₃^-完全反应：OH^-+HCO₃^-=CO₃^2-+H₂O，生成0.001molCO₃^2-．由于K_sp（CaCO₃）＜＜K_sp（MgCO₃），生成的CO₃^2-与水中的Ca²⁺反应生成CaCO₃ 沉淀Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓．所以沉淀物X为CaCO₃，故A正确；
B．由于CO₃^2-只有0.001mol，反应生成CaCO₃ 所消耗的Ca²⁺也只有0.001mol，滤液中还剩余c（Ca²⁺）=0.010 mol?L^-1．滤液M中同时存在着Ca²⁺和Mg²⁺，故B错误；
C．步骤②，当滤液M中加入NaOH 固体，调至pH=11（即pOH=3）时，此时滤液中c（OH^-）=1×10^-3 mol?L^-1．则
Q[Ca（OH）₂]=c（Ca²⁺）×（10^-3）²=0.010×（10^-3）²=10^-8＜K_sp[Ca（OH）₂]，无Ca（OH）₂生成．
Q[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）×（10^-3）²=0.050×（10^-3）²=5×10^-8＞K_sp[Mg（OH）₂]，有Mg（OH）₂沉淀生成．
又由于K_sp[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）×（10^-3）²=5.6×10^-12，c（Mg²⁺）=5.6×10^-6＜10^-5，无剩余，滤液N中不存在Mg²⁺，
故C错误；
D．步骤②中若改为加入4.2 g NaOH固体，则n（NaOH）=0.105mol，与0.05mol Mg²⁺反应：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，生成0.05 mol Mg（OH）₂，剩余0.005 mol OH^-．
由于Q[Ca（OH）₂]=c（Ca²⁺）×（OH^-）²=0.010×（0.005）²=2.5×10^-7＜K_sp[Ca（OH）₂]，所以无Ca（OH）₂沉淀析出，沉淀物Y为Mg（OH）₂沉淀，故D错误．
故选A．

点评：这是一道新颖的计算型分析推断题，命题者通过精心选择，以从模拟海水中制备MgO的实验方案为背景，结合考查有关溶度积的概念及计算，把一个具体情景与教材的知识内容有机结合起来．要求考生定量地分析发生的反应，溶液中存在的离子，推断沉淀是否产生，从而得出正确的结论．计算强调了实用性以及认识、解决问题的综合性，体现了新课程的特色．