Question

2．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-1	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^-1，可认为该离子不存在；
实验过程中，假设溶液体积不变．
K_spCaCO₃=4.96×10^-9　  K_spMgCO₃=6.82×10^-6 K_spCa（OH）₂=4.68×10^-6
K_spMg（OH）₂=5.61×10^-12
下列说法不正确的是（　　）

• A． 沉淀物X为CaCO₃、MgCO₃
• B． 滤液M中存在Mg²⁺，Ca²⁺
• C． 滤液N中存在Ca²⁺，没有Mg²⁺
• D． 步骤②中若改为加入4.2 g NaOH固体，沉淀物Y为仍Mg（OH）₂，没有Ca（OH）₂

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，由此分析解答．

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错误；
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正确；
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正确；
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正确；故选A．

点评 本题考查了离子浓度及Ksp的有关计算，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，题目难度中等．