Question

【化學-選修化學與技術】
海水中鎂的總儲量約為2.1×10¹⁵ t，目前世界生產的鎂60%來自海水．海水的綜合利用可以制備金屬鎂，其流程如下圖所示：

其步驟為：
①將海邊大量存在的貝殼煅燒成生石灰，并將生石灰制成石灰乳；
②將石灰乳加入到經過蒸發濃縮并濾去粗鹽后的海水中，過濾得到Mg（OH）₂沉淀；
③向Mg（OH）₂沉淀中加入鹽酸得到MgCl₂溶液，再經蒸發結晶得到MgCl₂?6H₂O；
④將MgCl₂?6H₂O在一定條件下加熱得到無水MgCl₂；
⑤電解熔融的MgCl₂可得到Mg．
請回答下列問題：
（1）步驟①中煅燒貝殼時所發生反應的化學方程式為

 

．
（2）工業上采用電解MgCl₂的方法制得金屬鎂，電解槽中陰極的電極反應式為

 

．
（3）步驟③中的蒸發是利用風吹日曬來完成的，而在實驗室中進行蒸發操作需要的主要儀器有

 

、

 

、酒精燈、鐵架臺等．
（4）海水中的鎂以Mg²⁺的形式存在，設計步驟②③將Mg²⁺轉化為Mg（OH）₂，然后又重新轉化為Mg²⁺的目的是

 

．
（5）步驟④中的“一定條件”指的是

 

，目的是

 

．
（6）在上述制取鎂的流程中，所涉及到的基本反應類型有

 

．
a．化和反應b．分解反應c．置換反應d．復分解反應
（7）由海水得到的粗鹽中常含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等雜質，為除去這些雜質可加入Na₂CO₃、NaOH和BaCl₂，然后過濾，則所加入試劑的合理順序為

 

．

Answer 1

分析：（1）根據碳酸鈣分解的反應原理書寫方程式；
（2）根據電解時，陰極是陽離子放電；
（3）在蒸發結晶過程中，使用的主要儀器有帶鐵圈的鐵架臺、酒精燈、玻璃棒和蒸發皿等；
（4）鎂離子的濃度低，需要富集鎂元素；
（5）考慮鎂離子的水解，一定條件是防止水解的發生；
（6）根據反應原理的方程式對反應類型進行判斷；
（7）根據SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺等易轉化為沉淀而被除去，以及根據不能產生新雜質的要求排序，前面加入的過量溶液應用后加入的溶液除去，最后加入適量的鹽酸．

解答：解：（1）碳酸鈣高溫分解生成氧化鈣和二氧化碳，方程式是：CaCO₃

高溫  .

CaO+CO₂↑；
故答案為：CaCO₃

高溫  .

CaO+CO₂↑；
（2）電解熔融MgCl₂可得到金屬鎂，鎂離子在陰極放電，電極反應方程式為：Mg²⁺+2e^-=Mg；
故答案為：Mg²⁺+2e^-=Mg；
（3）在蒸發結晶過程中，使用的主要儀器有帶鐵圈的鐵架臺、酒精燈、玻璃棒和蒸發皿等；
故答案為：蒸發皿；玻璃棒；
（4）鎂離子的濃度低，需要富集鎂元素，提高Mg²⁺的濃度，起到富集的作用；
故答案為：提高Mg²⁺的濃度，起到富集的作用；
（5）MgCl₂?6H₂O在一定條件下加熱得到無水MgCl₂，若直接加熱MgCl₂?6H₂O，會促進Mg²⁺水解，得不到無水MgCl₂，因Mg²⁺水解呈酸性，在氯化氫氣流中可抑制Mg²⁺水解，同時帶走水蒸氣，故一定條件為在HCl氣流中，目的是抑制Mg²⁺水解，
故答案為：在HCl氣流中；抑制MgCl₂水解生成Mg（OH）₂，帶走水蒸氣；
（6）貝殼高溫分解為氧化鈣和二氧化碳，屬于分解反應；氧化鈣與水反應生成氫氧化鈣，屬于化合反應；氫氧化鈣溶液與純堿溶液反應生成碳酸鈣沉淀和氫氧化鈉，屬于復分解反應，所以無置換反應；
故選：abd；
（7）SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺等分別與BaCl₂溶液、Na₂CO₃溶液、NaOH溶液反應生成沉淀，可再通過過濾除去，Na₂CO₃溶液能除去過量的BaCl₂溶液，鹽酸能除去過量的Na₂CO₃溶液和NaOH溶液，所以應先加BaCl₂溶液，而NaOH溶液只要在過濾之前加入就可以，最后加入鹽酸，所以正確順序為：BaCl₂、Na₂CO₃、NaOH（或BaCl₂、NaOH、Na₂CO₃；NaOH、BaCl₂、Na₂CO₃）；
故答案為：BaCl₂、Na₂CO₃、NaOH（或BaCl₂、NaOH、Na₂CO₃；NaOH、BaCl₂、Na₂CO₃）；

點評：本題以海水制備金屬鎂為背景，涉及物質的分離和提純的方法和基本實驗操作的綜合應用題，要求學生具有分析和解決問題的能力，難度中等．