Question

（16分）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：

成分	含量/(mg L－1)	成分	含量/(mg L－1)
Cl－	18980	Ca2+	400
Na+	10560	HCO3-	142
SO42	2560	Br－	64
Mg2+	1272

 
電滲析法淡化海水示意圖如圖所示，其中陰（陽）
離子交換膜僅允許陰（陽）離子通過。

①陽極主要電極反應式是                    。
②在陰極附近產生少量白色沉淀，其成分有     和CaCO₃，
生成CaCO₃的離子方程式是                             。
③淡水的出口為     （填“a”、“b”或“c”）。
（2）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，經過2次Br^－→Br₂轉化的目的是           ，吸收塔中發生反應的離子方程式是                      。解釋通空氣的目的是                   。
②從MgCl₂溶液中得到MgCl₂·6H₂O晶體的主要操作是              、過濾、洗滌、干燥。
③依據上述流程，若將10 m³海水中的溴元素轉化為工業溴，至少需要標準狀況下Cl₂的體積為
     L（忽略Cl₂溶解,溴的相對原子質量：80）。

Answer 1

（1）①（2分）2Cl^—-2e^—=Cl₂↑
②（2分）Mg(OH)₂         （2分）Ca²⁺+ OH^—+HCO₃^—=CaCO₃↓+H₂O
③（2分）b
（2）①（1分）對溴元素進行富集 （2分）SO₂+Br₂+2H₂O=4H⁺+2Br^—+SO₄^2—
（2分）通入空氣將Br₂蒸氣帶出
②（1分）加熱濃縮、冷卻結晶
③（2分）179.2

試題分析：
（1）①根據海水中離子成分表和放電順序可知，陽極的反應式2Cl^—-2e^—=Cl₂↑，②陰極的反應式是：2H⁺ + 2e^- =H² ,氫離子是水電離出來的，氫離子放電過程促進了水的電離，陰極周圍OH^-濃度增加，與鎂離子結合生成Mg(OH)₂沉淀，同時生成的OH^-與HCO₃^-生成水和CO₃^2-，CO₃^2-與Ca²⁺反應生成沉淀；淡水的出口可以從陰陽離子的移動方向看出。
（2）由于海水中的溴離子并不高，所以2次轉化的目的是為了提高濃度，即是富集；在流程中找到“吸收塔”，吸收塔中含有的溴與二氧化硫反應，溴的強氧化性會將二氧化硫氧化，所以在溶液中以硫酸根離子形式存在，溴單質被還原后則是溴離子，寫方程式時可以先寫SO₂+ Br₂→2Br^—+SO₄^2—再根據電原子守恒和電荷守恒，在邊補上水，右邊補上氫離子，配平就可以了；因為溴易揮發，通入空氣可以起到攪拌的作用，最主要是將溴蒸氣帶出。
②審題“從溶液到晶體”所以要先蒸發濃縮，再冷卻結晶。
③由上表可知，Br^-的含量為64mg/L,所以在10m³海水所含有的溴離子的物質的量為：
10×1000L×64×10^-3g/L÷80g/mol=8mol,根據2Br^- + Cl₂ = Br₂ +2Cl^-進行計算得到Cl₂在標況下的體積應為89.6L，但由于要進行2次Br^－→Br₂轉化，所以至少要用179.2L。