Question

【化學(xué)-選修化學(xué)與技術(shù)】
海水中鎂的總儲量約為2.1×10¹⁵ t，目前世界生產(chǎn)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(jīng)過蒸發(fā)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(jīng)蒸發(fā)結(jié)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(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（2）工業(yè)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(yīng)式為

 

．
（3）步驟③中的蒸發(fā)是利用風(fēng)吹日曬來完成的，而在實驗室中進行蒸發(fā)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(shè)計步驟②③將Mg²⁺轉(zhuǎn)化為Mg（OH）₂，然后又重新轉(zhuǎn)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(yīng)類型有

 

．
a．化和反應(yīng)b．分解反應(yīng)c．置換反應(yīng)d．復(fù)分解反應(yīng)
（7）由海水得到的粗鹽中常含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等雜質(zhì)，為除去這些雜質(zhì)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(jù)碳酸鈣分解的反應(yīng)原理書寫方程式；
（2）根據(jù)電解時，陰極是陽離子放電；
（3）在蒸發(fā)結(jié)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(fā)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(fā)生；
（6）根據(jù)反應(yīng)原理的方程式對反應(yīng)類型進行判斷；
（7）根據(jù)SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺等易轉(zhuǎn)化為沉淀而被除去，以及根據(jù)不能產(chǎn)生新雜質(zhì)的要求排序，前面加入的過量溶液應(yīng)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(yīng)方程式為：Mg²⁺+2e^-=Mg；
故答案為：Mg²⁺+2e^-=Mg；
（3）在蒸發(fā)結(jié)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(fā)皿等；
故答案為：蒸發(fā)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(yīng)；氧化鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣，屬于化合反應(yīng)；氫氧化鈣溶液與純堿溶液反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和氫氧化鈉，屬于復(fù)分解反應(yīng)，所以無置換反應(yīng)；
故選：abd；
（7）SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺等分別與BaCl₂溶液、Na₂CO₃溶液、NaOH溶液反應(yīng)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(yīng)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(zhì)的分離和提純的方法和基本實驗操作的綜合應(yīng)用題，要求學(xué)生具有分析和解決問題的能力，難度中等．