Question

13．鎂是一種重要的金屬資源，在各領(lǐng)域都具有重要的作用．
（1）皮江法煉鎂是我國(guó)生產(chǎn)鎂的重要方法，其實(shí)質(zhì)是在高溫和真空條件下，有氧化鈣存在時(shí)，通過(guò)硅還原氧化鎂生成鎂蒸氣，與反應(yīng)生成的固體硅酸二鈣（2CaO•SiO₂）相互分離，并經(jīng)冷凝得到結(jié)晶鎂．寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式Si+2MgO+2CaO=2CaO•SiO₂+2Mg．
電解槽中先得到的是鎂的蒸氣，鎂蒸氣可以在下列D（填編號(hào)）氣體氛圍中冷卻．
A．空氣        B．氮?dú)?nbsp;       C．水蒸氣        D．氫氣
（2）目前發(fā)達(dá)國(guó)家80%的鎂來(lái)自于電解熔融氯化鎂．電解原料無(wú)水氯化鎂可由海水制備．主要有以下步驟：①在干燥的HCl氣流中加熱脫水干燥；②加熟石灰；③加鹽酸；④過(guò)濾；⑤濃縮冷卻結(jié)晶．
其步驟先后順序是②④③⑤④①（步驟可重復(fù)使用）；在干燥的HCl氣流中加熱時(shí)，能得到無(wú)水MgCl₂，其原因是HCl抑制MgCl₂的水解．
（3）已知某溫度下Mg（OH）₂的K_sp=6.4×l0^-12，當(dāng)溶液中c（Mg²⁺）≤1.0×10^-5mol•L^-1可視為沉淀完全，則此溫度下應(yīng)保持溶液中c（OH^-）≥8×10^-4 mol•L^-1．
（4）在Mg（OH）₂懸濁液中滴入飽和NH₄Cl溶液，溶液變澄清．反應(yīng)原因可能有兩個(gè)：一是NH₄⁺水解產(chǎn)生H⁺，H⁺再與Mg（OH）₂反應(yīng)；二是Mg（OH）₂（s）+2NH₄⁺=Mg²⁺+2NH₃•H₂O（用離子方程式表示）．
要驗(yàn)證誰(shuí)是Mg（OH）₂溶解的主要原因，可選取C代替NH₄Cl溶液作對(duì)照實(shí)驗(yàn)．
A．NH₄NO₃       B．（NH₄）₂SO₄     C．CH₃COONH₄      D．NH₄HCO₃
（5）鎂電池是近年來(lái)科學(xué)技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一，如圖為Mg-NaClO燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖．其工作時(shí)Mg作Y（填“X”或“Y”）電極，正極的電極反應(yīng)式：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)題干信息可知，反應(yīng)物為Si、MgO、CaO，生成物為2CaO•SiO₂、Mg，根據(jù)原子守恒書(shū)寫(xiě)方程式；電解無(wú)水氯化鎂所得的鎂蒸氣，應(yīng)避免鎂再被氧化；
（2）先生成氫氧化鎂，氫氧化鎂和鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂，易除去氯化鈉等雜質(zhì)，據(jù)此選擇步驟先后順序；MgCl₂ 易水解，為防止MgCl₂水解的水解，在干燥的HCl氣流中加熱；
（3）依據(jù)沉淀溶解平衡存在的溶度積常數(shù)Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）計(jì)算得到；
（4）加入氯化銨在溶液中水解顯酸性，可以溶解氫氧化鎂沉淀，氫氧化鎂為二元弱堿，部分電離出氫氧根離子和銨根離子結(jié)合生成更弱的一元弱堿一水合氨；驗(yàn)證誰(shuí)是Mg（OH）₂溶解的主要原因，選擇呈中性的CH₃COONH₄；
（5）原電池工作時(shí)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，由陰離子移動(dòng)方向可知Y為負(fù)極，X為正極，負(fù)極發(fā)生氧化反應(yīng)，正極發(fā)生還原反應(yīng)，根據(jù)正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)書(shū)寫(xiě)．

解答 解：（1）根據(jù)題干信息可知，反應(yīng)物為Si、MgO、CaO，硅還原MgO生成硅單質(zhì)，生成物為2CaO•SiO₂、Mg，該反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：Si+2MgO+2CaO=2CaO•SiO₂+2Mg，電解無(wú)水氯化鎂所得的鎂蒸氣，應(yīng)避免鎂再被氧化，A．空氣中的氧氣能氧化鎂，故A錯(cuò)誤； B．氮?dú)夂玩V能生成氮化鎂，故B錯(cuò)誤； C．水蒸氣和鎂反應(yīng)生成氫氧化鎂，故C錯(cuò)誤； D．氫氣可防止鎂被氧化，故D正確；
故答案為：Si+2MgO+2CaO=2CaO•SiO₂+2Mg；D；
（2）因海水中MgCl₂的濃度較小，所以要經(jīng)過(guò)富集這一過(guò)程：先加熟石灰形成沉淀：MgCl₂+Ca（OH）₂═Mg（OH）₂+CaCl₂，然后將沉淀過(guò)濾，接著將Mg（OH）₂沉淀轉(zhuǎn)化為MgCl₂：Mg（OH）₂+2HCl═MgCl₂+2H₂O，這樣就實(shí)現(xiàn)了MgCl₂富集，將溶液蒸發(fā)結(jié)晶得到六水合氯化鎂晶體（MgCl₂•6H₂O）（這步是為了得到純凈的MgCl₂），又因MgCl₂ 易水解，為防止MgCl₂水解的水解，加熱六水合氯化鎂晶體必須在HCl氛圍下中進(jìn)行：MgCl₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCl₂ +6H₂O，所以步驟為：②④③⑤④①，在干燥的HCl氣流中加熱，HCl抑制MgCl₂的水解
故答案為：②④③⑤④①；HCl抑制MgCl₂的水解；
（3）Mg（OH）₂的Ksp=6.4×10^-12，當(dāng)溶液中c（Mg²⁺）≤1.0×10^-5mol•L^-1可視為沉淀完全，則Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=6.4×10^-12 ，c（OH^-）≥8×10^-4mol/L，
故答案為：8×10^-4；
（4）加入NH₄Cl，溶解后因其能水解顯酸性，NH₄Cl+H₂O?NH₃•H₂O+HCl，水解生成的鹽酸會(huì)溶解氫氧化鎂，從而又會(huì)造成Mg（OH）₂沉淀的溶解，Mg（OH）₂+2HCl=MgCl₂+2H₂O，另一原因可能是氫氧化鎂為二元弱堿，部分電離出氫氧根離子和銨根離子結(jié)合生成更弱的一元弱堿一水合氨，Mg（OH）₂（s）+2NH₄⁺=Mg²⁺+2NH₃•H₂O，所以在Mg（OH）₂懸濁液中滴入飽和NH₄Cl溶液，溶液變澄清，硝酸銨、硫酸銨和氯化銨相似，只有銨根離子的水解，而碳酸氫銨溶液呈堿性，只有醋酸銨呈中性并且含有銨根，要驗(yàn)證誰(shuí)是Mg（OH）₂溶解的主要原因，可選取醋酸銨，
故答案為：Mg（OH）₂（s）+2NH₄⁺=Mg²⁺+2NH₃•H₂O； C；
（5）Mg容易失去電子，OH^-在燃料電池中移向流出電子的負(fù)極，故Mg作Y電極，鎂失去2個(gè)電子變?yōu)殒V離子，鎂離子與氫氧根離子結(jié)合為氫氧化鎂沉淀，OH^-被消耗，
其工作時(shí)正極是ClO^-得電子發(fā)生還原反應(yīng)的反應(yīng)，所以正極的電極反應(yīng)式為：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-；總反應(yīng)為：Mg+ClO^-+H₂O═Mg（OH）₂+Cl^-．
故答案為：Y； ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了金屬鎂的提取原理及其鎂化合物的性質(zhì)、原電池知識(shí)，涉及離子反應(yīng)、粗鹽提純、金屬的冶煉、沉淀溶解平衡等，為高考常見(jiàn)題型，把握發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為解答的關(guān)鍵，注意水解原理的應(yīng)用分析，題目難度中等．