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^－^1	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^－1，可认为该离子不存在；实验过程中，假设溶液体积不变。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Mg^2＋，不存在Ca^2＋

C.滤液N中存在Mg^2＋、Ca^2＋

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

Answer

A

【解析】

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，据此分析判断。

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)，此时c(Ca2+)c(CO32-)＞Ksp(CaCO3)，生成的CO32-与水中的Ca2+反应生成CaCO3 沉淀Ca2++CO32-=CaCO3↓，沉淀溶液中剩余c(Ca2+)约为0.010 mol•L-1，c(CO32-)约为4.96×10－7 mol•L-1，没有MgCO3生成，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Qc[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。Qc[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=5.61×10-12，c(Mg2+)=5.61×10-6＜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Qc[Ca(OH)2]=c(Ca2+)×c(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。