Question

（2011?浙江）海水中含有豐富的鎂資源．某同學設計了從模擬海水中制備MgO的實驗方案： 模擬海水中的 離子濃度（mol/L） Na+ Mg2+ Ca2+ Cl- HCO3- 0.439 0.050 0.011 0.560 0.001 注：溶液中某種離子的濃度小于1.0×10-5 mol/L，可認為該離子不存在；實驗過程中，假設溶液體積不變．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．下列說法正確的是（　　）

A．沉淀物X為CaCO₃

B．濾液M中存在Mg²⁺，不存在Ca²⁺

C．濾液N中存在Mg²⁺、Ca²⁺

D．步驟②中若改為加入4.2gNaOH固體，沉淀物Y為Ca（OH）₂和Mg（OH）₂的混合物

Answer 1

分析：步驟①，加入0.001mol NaOH時，OH^- 恰好與HCO₃^-完全反應，生成0.001molCO₃^2-．由于K_sp（CaCO₃）＜＜K_sp（MgCO₃），生成的CO₃^2-與水中的Ca²⁺反應生成CaCO₃ 沉淀，濾液M中同時存在著Ca²⁺和Mg²⁺；
步驟②，當濾液M中加入NaOH 固體，調至pH=11（即pOH=3）時，此時濾液中c（OH^-）=1×10^-3 mol?L^-1．
根據溶度積可判斷無Ca（OH）₂生成，有Mg（OH）₂沉淀生成．

解答：解：A．步驟①，從題給的條件，可知n（NaOH ）=0.001mol，[即n（OH^-）=0.001mol]．依據離子反應“先中和、后沉淀、再其他”的反應規律，當1L模擬海水中，加入0.001mol NaOH時，OH^- 恰好與HCO₃^-完全反應：OH^-+HCO₃^-=CO₃^2-+H₂O，生成0.001molCO₃^2-．由于K_sp（CaCO₃）＜＜K_sp（MgCO₃），生成的CO₃^2-與水中的Ca²⁺反應生成CaCO₃ 沉淀Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓．所以沉淀物X為CaCO₃，故A正確；
B．由于CO₃^2-只有0.001mol，反應生成CaCO₃ 所消耗的Ca²⁺也只有0.001mol，濾液中還剩余c（Ca²⁺）=0.010 mol?L^-1．濾液M中同時存在著Ca²⁺和Mg²⁺，故B錯誤；
C．步驟②，當濾液M中加入NaOH 固體，調至pH=11（即pOH=3）時，此時濾液中c（OH^-）=1×10^-3 mol?L^-1．則
Q[Ca（OH）₂]=c（Ca²⁺）×（10^-3）²=0.010×（10^-3）²=10^-8＜K_sp[Ca（OH）₂]，無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，無剩余，濾液N中不存在Mg²⁺，
故C錯誤；
D．步驟②中若改為加入4.2 g NaOH固體，則n（NaOH）=0.105mol，與0.05mol Mg²⁺反應：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]，所以無Ca（OH）₂沉淀析出，沉淀物Y為Mg（OH）₂沉淀，故D錯誤．
故選A．

點評：這是一道新穎的計算型分析推斷題，命題者通過精心選擇，以從模擬海水中制備MgO的實驗方案為背景，結合考查有關溶度積的概念及計算，把一個具體情景與教材的知識內容有機結合起來．要求考生定量地分析發生的反應，溶液中存在的離子，推斷沉淀是否產生，從而得出正確的結論．計算強調了實用性以及認識、解決問題的綜合性，體現了新課程的特色．