Question

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．如图是利用海水制备纳米氧化镁的流程图．
回答下列问题：
（1）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______．（已知：K_sp[MgCO₃]=6.8×10^-6，K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11）
（2）利用MgCl₂?6H₂O制备无水氯化镁，需在干燥的______气流中加热，原因是______．
（3）反应I中CO（NH₂）₂与H₂O反应生成CO₂和NH₃?H₂O，还发生另一主要化学反应的离子方程式为______．
（4）某科研小组研究反应I在温度为378K～398K时的反应时间、反应物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（表中不要留空格）：

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______ ______； （Ⅱ）实验②和④探究______； （Ⅲ）实验②和______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I的温度对纳米MgO产率（曲线a）和粒径（曲线b）的影响，请你归纳出温度对纳米MgO的制备有何影响的结论（至少写出一条）：__________________．

Answer 1

解：（1）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^-）==10^-4 mol?L^-1，所以c（H⁺）==10^-10mol?L^-1，pH=-lgc（H⁺）=-log10^-10=10．
故答案为；10．
（2）MgCl₂?6H₂O在受热时易发生水解MgCl₂+2H₂O?Mg（OH）₂+2HCl，应在加热时应不断通入HCl气体，抑制其水解．
故答案为：HCl；MgCl₂?6H₂O在受热时易发生水解，为抑制其水解，在加热时应不断通入HCl气体．
（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⁺，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，在378K～398K，纳米MgO的粒径大小无明显变化，在383K较低温度下有利于形成较小的颗粒，纳米MgO产率产率随温度的升高而增大．
故答案为：在378K～398K，纳米MgO的粒径大小无明显变化，在383K较低温度下有利于形成较小的颗粒，纳米MgO产率产率随温度的升高而增大．
分析：（1）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．
（2）MgCl₂?6H₂O在受热时易发生水解，需要抑制其水解．
（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的粒径大小无明显变化，在383K较低温度下有利于形成较小的颗粒，纳米MgO产率产率随温度的升高而增大．
点评：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，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．