Question

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^+	Mg^2+	Ca^2+	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：K_sp（CaCO₃）=4.96×10^-9；K_sp（MgCO₃）=6.82×10^-6；K_sp[Ca（OH）₂]=4.68×10^-6；K_sp[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

步骤①，加入0.001mol NaOH时，OH- 恰好与HCO3-完全反应，生成0.001molCO32-．由于Ksp（CaCO3）＜＜Ksp（MgCO3），生成的CO32-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．
【解析】
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-=CO32-+H2O，生成0.001molCO32-．由于Ksp（CaCO3）＜＜Ksp（MgCO3），生成的CO32-与水中的Ca2+反应生成CaCO3 沉淀Ca2++CO32-=CaCO3↓．所以沉淀物X为CaCO3，故A正确；
B．由于CO32-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＜Ksp[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＞Ksp[Mg（OH）2]，有Mg（OH）2沉淀生成．
又由于Ksp[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＜Ksp[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．