Question

2．纳米氧化镁具有特殊的热、光、电、力学和化学等性能，有广泛的应用前景．如图是利用海水制盐的副产品制备纳米氧化镁的流程图．

（1）操作I包括蒸发结晶、过滤．
（2）操作I后得到的母液中镁离子浓度为1.8×10^-3 mol•L^-1，要使镁离子产生沉淀，溶液的pH最低应为10．（已知：Ksp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11）
（3）反应I中CO（NH₂）₂与H₂0反应生成C0₂和NH₃•H₂0，还发生另一主要化学反应的离子方程式为Mg²⁺+2NH₃•H₂0=Mg（OH）₂↓+2NH₄⁺．
（4）某科研小组研究反应I在378K～398K时的反应时问、反应物的物质的量配比等因素对制备纳米氧化镁产率的影响．请完成以下实验设计表：

实验编号	T/K	反应时间/h	反应物的物质的量配比n[CO（NH2）2]：n[MgCl2.6H2O]	实验目的
①	378	3	3：1	（I）实验①和③探究反应物的物质的量配比对产率的影响 （II）实验②和④探究温度对产率的影响 （III）实验②和③探究反应时间对产率的影响
②	378	4	4：1
③	378	3
④	398	4	4：1

（5）如图为反应的温度对纳米MgO产率的影响．请归纳出温度对纳米MgO产率的影响规律其他条件相同时，在378K～398K，纳米MgO的产率随温度升高而升高，之后纳米MgO的产率随温度升高而降低．（或其他条件相同时，纳米MgO的产率随温度的升高先升高后降低）．

Answer 1

分析 利用海水制盐的副产品制备纳米氧化镁的流程：海水晒盐，过滤得到粗盐、母液，母液中含有氯化镁，加入尿素，反应I中CO（NH₂）₂与H₂0反应生成C0₂和NH₃•H₂0，Mg²⁺+2NH₃•H₂0=Mg（OH）₂↓+2NH₄⁺，过滤得到Mg（OH）₂沉淀，煅烧Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$MgO+H₂0，得到氧化镁．
（1）分离固体和液体常用过滤的方法；
（2）结合K_sp[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）•c²（OH^-）=1.8×10^-11计算c（OH^-），再利用Kw=c（H⁺）•c²（OH^-）计算c（H⁺），最后根据pH=-lgc（H⁺）计算；
（3）由工艺流程转化关系可知，反应I中的目的是制备Mg（OH）₂，所以反应I中还发生Mg²⁺与氨水反应生成Mg （OH）₂与NH₄⁺；
（4）实验根据控制变量法进行对比试验，研究温度、反应时间、反应物配比对氧化镁产率，分析对比实验的变量不同进行解答；
（5）由图表中数据可知，在378K～398K，纳米MgO的产率随温度升高而升高，在393K之后纳米MgO的产率随温度升高而降低．

解答 解：（1）粗盐含有杂质，海水晒盐，过滤得到粗盐、母液，
故答案为：过滤；
（2）由于K_sp[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）•c²（OH^-）=1.8×10^-11，当溶液中c（Mg²⁺）=10^-3mol•L^-1，开始沉淀需要OH^-浓度为c（OH^-）=$\sqrt{\frac{1.8×1{0}^{-11}}{1.8×1{0}^{-3}}}$=10^-4 mol•L^-1，所以c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-4}}$=10^-10mol•L^-1，pH=-lgc（H⁺）=-log10^-10=10．
故答案为；10；
（3）由工艺流程转化关系可知，加入尿素，反应I中CO（NH₂）₂与H₂0反应生成C0₂和NH₃•H₂0，反应I中的目的是制备Mg（OH）₂，所以反应I中还发生Mg²⁺与氨水反应生成Mg （OH）₂与NH₄⁺，反应离子方程式为Mg²⁺+2NH₃•H₂O=Mg （OH）₂↓+2NH₄⁺，
故答案为：Mg²⁺+2NH₃•H₂O=Mg （OH）₂↓+2NH₄⁺；
（4）实验根据控制变量法进行对比试验，研究温度、反应时间、反应物配比对氧化镁产率影响．
（Ⅰ）实验①和③，温度相同，反应时间相同，应研究反应物配比对氧化镁产率的影响，③中反应物配比应为4：1；
（Ⅱ）实验②和④，反应时间相同，反应物配比相同，温度不同，应是探究温度对产率的影响；
（Ⅲ）③中反应物配比应为4：1，实验②和③，温度相同、反应物配比相同，反应时间不同，探究反应时间对产率的影响；
故答案为：

实验 编号	T/K	反应 时间/h	反应物的物质的量配比 n[CO（NH2）2]：n[MgCl2•6H2O]	实验目的
①				（Ⅰ）反应物的物质的量配比对产率的影响； （Ⅱ）温度对产率的影响； （Ⅲ）③
②
③			4：1
④

（5）由图表中数据可知，其他条件相同时，在378K～398K，纳米MgO的产率随温度升高而升高，之后纳米MgO的产率随温度升高而降低（或其他条件相同时，纳米MgO的产率随温度的升高先升高后降低），
故答案为：其他条件相同时，在378K～398K，纳米MgO的产率随温度升高而升高，之后纳米MgO的产率随温度升高而降低（或其他条件相同时，纳米MgO的产率随温度的升高先升高后降低）．

点评 本题考查溶度积计算、盐类水解、对工艺流程的理解与条件的控制、对实验数据图象的分析、移动题目获取信息能力等，题目难度中等，需要学生具备扎实的基础与综合运用知识分析问题、解决问题能力．