Question

【化学-选修化学与技术】
海水中镁的总储量约为2.1×10¹⁵ t，目前世界生产的镁60%来自海水．海水的综合利用可以制备金属镁，其流程如下图所示：

其步骤为：
①将海边大量存在的贝壳煅烧成生石灰，并将生石灰制成石灰乳；
②将石灰乳加入到经过蒸发浓缩并滤去粗盐后的海水中，过滤得到Mg（OH）₂沉淀；
③向Mg（OH）₂沉淀中加入盐酸得到MgCl₂溶液，再经蒸发结晶得到MgCl₂?6H₂O；
④将MgCl₂?6H₂O在一定条件下加热得到无水MgCl₂；
⑤电解熔融的MgCl₂可得到Mg．
请回答下列问题：
（1）步骤①中煅烧贝壳时所发生反应的化学方程式为

 

．
（2）工业上采用电解MgCl₂的方法制得金属镁，电解槽中阴极的电极反应式为

 

．
（3）步骤③中的蒸发是利用风吹日晒来完成的，而在实验室中进行蒸发操作需要的主要仪器有

 

、

 

、酒精灯、铁架台等．
（4）海水中的镁以Mg²⁺的形式存在，设计步骤②③将Mg²⁺转化为Mg（OH）₂，然后又重新转化为Mg²⁺的目的是

 

．
（5）步骤④中的“一定条件”指的是

 

，目的是

 

．
（6）在上述制取镁的流程中，所涉及到的基本反应类型有

 

．
a．化和反应b．分解反应c．置换反应d．复分解反应
（7）由海水得到的粗盐中常含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质，为除去这些杂质可加入Na₂CO₃、NaOH和BaCl₂，然后过滤，则所加入试剂的合理顺序为

 

．

Answer 1

分析：（1）根据碳酸钙分解的反应原理书写方程式；
（2）根据电解时，阴极是阳离子放电；
（3）在蒸发结晶过程中，使用的主要仪器有带铁圈的铁架台、酒精灯、玻璃棒和蒸发皿等；
（4）镁离子的浓度低，需要富集镁元素；
（5）考虑镁离子的水解，一定条件是防止水解的发生；
（6）根据反应原理的方程式对反应类型进行判断；
（7）根据SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺等易转化为沉淀而被除去，以及根据不能产生新杂质的要求排序，前面加入的过量溶液应用后加入的溶液除去，最后加入适量的盐酸．

解答：解：（1）碳酸钙高温分解生成氧化钙和二氧化碳，方程式是：CaCO₃

高温  .

CaO+CO₂↑；
故答案为：CaCO₃

高温  .

CaO+CO₂↑；
（2）电解熔融MgCl₂可得到金属镁，镁离子在阴极放电，电极反应方程式为：Mg²⁺+2e^-=Mg；
故答案为：Mg²⁺+2e^-=Mg；
（3）在蒸发结晶过程中，使用的主要仪器有带铁圈的铁架台、酒精灯、玻璃棒和蒸发皿等；
故答案为：蒸发皿；玻璃棒；
（4）镁离子的浓度低，需要富集镁元素，提高Mg²⁺的浓度，起到富集的作用；
故答案为：提高Mg²⁺的浓度，起到富集的作用；
（5）MgCl₂?6H₂O在一定条件下加热得到无水MgCl₂，若直接加热MgCl₂?6H₂O，会促进Mg²⁺水解，得不到无水MgCl₂，因Mg²⁺水解呈酸性，在氯化氢气流中可抑制Mg²⁺水解，同时带走水蒸气，故一定条件为在HCl气流中，目的是抑制Mg²⁺水解，
故答案为：在HCl气流中；抑制MgCl₂水解生成Mg（OH）₂，带走水蒸气；
（6）贝壳高温分解为氧化钙和二氧化碳，属于分解反应；氧化钙与水反应生成氢氧化钙，属于化合反应；氢氧化钙溶液与纯碱溶液反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠，属于复分解反应，所以无置换反应；
故选：abd；
（7）SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺等分别与BaCl₂溶液、Na₂CO₃溶液、NaOH溶液反应生成沉淀，可再通过过滤除去，Na₂CO₃溶液能除去过量的BaCl₂溶液，盐酸能除去过量的Na₂CO₃溶液和NaOH溶液，所以应先加BaCl₂溶液，而NaOH溶液只要在过滤之前加入就可以，最后加入盐酸，所以正确顺序为：BaCl₂、Na₂CO₃、NaOH（或BaCl₂、NaOH、Na₂CO₃；NaOH、BaCl₂、Na₂CO₃）；
故答案为：BaCl₂、Na₂CO₃、NaOH（或BaCl₂、NaOH、Na₂CO₃；NaOH、BaCl₂、Na₂CO₃）；

点评：本题以海水制备金属镁为背景，涉及物质的分离和提纯的方法和基本实验操作的综合应用题，要求学生具有分析和解决问题的能力，难度中等．