Question

某研究小组利用海水提取粗盐后得到的苦卤（含Mg^2＋、Ca²⁺、Br^-等离子的溶液）提取Br₂并制备含镁化合物。部分工艺流程设计如下：

回答下列问题：

（1）步骤I中用硫酸酸化可抑制氯气与水的反应，原因是____（结合离子方程式回答）。

（2）工业上常用Na₂CO₃法或SO₂法实现含Br₂混合气到液溴的转化，流程如下：

Na₂CO₃法：

SO₂法：

① Na₂CO₃法中步骤Ⅲ的反应有气体生成，离子方程式为______。步骤V中蒸馏时蒸气出口温度通常控制在65-75℃，若温度过低，溴蒸出不充分；若温度过高，则会导致液溴中混有较多的____________。

② SO₂法对比Na₂CO₃法的缺点是__________（答出一条即可）。

（3）提溴后所得含Mg²⁺、Ca²⁺的溶液可设计如下流程制各碱式碳酸镁[Mg₅（OH)₂（CO₃)₄·4H₂O]和无水氯化镁：

① 步骤Ⅷ的化学方程式为_________。

② 若步骤X中生成的CO与CO₂物质的量之比为3:1，写出反应的化学方程式__________。

③25℃，步骤Ⅵ生成Mg（OH)₂沉淀后，若溶液中残留的Mg^2＋浓度为l.8×10^-6mol/L 。则溶液的pH为________；此pH下，欲使Mg（OH)₂沉淀中不含Ca（OH)₂，则溶液中c（Ca²⁺)不能大于____（已知：25℃时，Ksp[Mg（OH)₂]=1.8×10^-11，Ksp[Ca（OH)₂]=5.5×10^-6)

Answer

溶液c(H+)增大，Cl2+H2OH++Cl-+HClO的平衡逆移，从而抑制氯气与水的反应 3CO32-+3Br2=5Br-+BrO3-+3CO2↑ 水 SO2和Cl2有毒，可能导致环境污染 5Mg(HCO3)2Mg5(OH)2(CO3)4·4H2O↓+6CO2↑ 5MgO+5Cl2+4C5MgCl2+3CO+CO2 11.5 0.55mol/L

【解析】(1)因Cl2+H2OH++Cl-+HClO，当溶液c(H+)增大，平衡逆移，从而抑制氯气与水的反应，故步骤I中用硫酸酸化时大致抑制氯气与水的反应的目的；

(2)①用Na2CO3溶液吸收含Br2的混合气体，生成Br-、BrO3-的同时，反应有CO2气体生成，根据电子守恒、电荷守恒及原子守恒得此反应的离子方程式为3CO32-+3Br2=5Br-+BrO3-+3CO2↑；溴易挥发，含溴的水溶液中通蒸气可促进溴蒸发，但温度过高，水也易蒸发出，导致液溴中仍混有一定量的水；

②对比Na2CO3法 ，SO2法使用的SO2和Cl2有毒，可能导致环境污染；

(3)① 步骤Ⅷ将Mg(HCO3)2溶液加热得到碱式碳酸镁[Mg5(OH)2(CO3)4·4H2O]，结合原子守恒，发生反应的化学方程式为5Mg(HCO3)2Mg5(OH)2(CO3)4·4H2O↓+6CO2↑；

② 步骤X高温加热MgO、Cl2及C的混合物，生成的CO与CO2物质的量之比为3:1，同时得到MgCl2，反应中氯气是氧化剂，碳是还原剂，根据电子守恒及原子守恒可得此反应的化学方程式5MgO+5Cl2+4C5MgCl2+3CO+CO2 ；

③已知：25℃时，Ksp[Mg(OH)2]=c(Mg2＋)×c2(OH-)=1.8×10-11，则c(OH-)=mol/L=1×10-2.5mol/L，此时溶液的pH为14-2.5=11.5；Ksp[Ca(OH)2]=c(Ca2＋)×c2(OH-)=5.5×10-6，c(Ca2＋)= = 0.55mol/L。