Question

12．工业上利用橄榄石（主要成分是Mg₂SiO₄）固定CO₂，生产碱式碳酸镁[Mg₂（OH）₂CO₃]的工艺流程如图1

已知：Mg₂SiO₄（s）+4HCl（aq）═2MgCl₂（aq）+SiO₂（s）+2H₂O（l）△H=-49.04 kJ•mol^-1
（1）某橄榄石的组成是（MgFe）₂（SiO₄）₂，用氧化物的形式可表示为MgO•FeO•SiO₂．
（2）固碳（足量的CO₂）时主要反应的离子方程式为OH^-+CO₂=HCO₃^-．
下列物质中也可用作“固碳”的是ad （填字母）．
a．（NH₄）₂CO₃溶液  b．BaCl₂溶液  c．NH₄HCO₃ d．氨水
（3）矿化的离子方程式为2Mg ²⁺+4HCO₃^-=Mg₂（OH）₂CO₃↓+H₂O+3CO₂↑或2Mg ²⁺+2CO₃^2-+H₂O=Mg₂（OH）₂CO₃↓+CO₂↑；分离出碱式碳酸镁的操作X为过滤．
（4）流程中将橄榄石磨碎后再进行溶解的目的是增大接触面积，加快溶解速率，研究表明，用一定量一定浓度的盐酸，在不同温度时，测得溶解橄榄石的效率随温度变化情况如图2所示（时间都为120min），试分析90℃橄榄石溶解效率开始降低的原因90℃、120min时，溶解达到平衡，而反应放热，升温平衡逆向移动，故溶解效率降低．
（5）若该工厂排放烟气的速率为22.4m³/min（已换成标准状况下），其中CO₂的体积分数为10%，则理论上此工厂1小时可制得碱式碳酸镁852 kg．

Answer 1

分析 橄榄石磨碎后溶解，然后加入HCl，发生的反应为Mg₂SiO₄+4HCl═2MgCl₂+SiO₂+2H₂O，过滤，得到滤液；氯化钠溶液电解生成氯气、氢气和NaOH，通入烟气后能固碳，应该是NaOH和二氧化碳反应生成碳酸钠或碳酸氢钠，碳酸钠和氯化镁或碳酸氢钠和氯化镁反应生成碱式碳酸镁，然后过滤得到碱式碳酸镁，
（1）某橄榄石的组成是（MgFe）₂（SiO₄）₂，用氧化物的形式表示时，先写活泼金属氧化物、后写较不活泼金属氧化物，最后写二氧化硅；
（2）固碳（足量的CO₂）时氢氧根离子和二氧化碳反应生成碳酸氢根离子；
能和烟气反应生成可溶性碳酸盐的物质能固碳；
（3）矿化的反应为镁离子和碳酸氢根离子或碳酸根离子的反应；分离难溶性固体和溶液采用过滤方法；
（4）反应物接触面积越大，反应速率越快；该反应是放热反应，温度越高其转化率越小；
（5）每小时烟气中n（CO₂）=$\frac{22.4{m}^{3}/min×60min×10%×1000L/{m}^{3}}{22.4L/mol}$=6000mol，再根据二氧化碳和碱式碳酸镁之间的关系式计算．

解答 解：橄榄石磨碎后溶解，然后加入HCl，发生的反应为Mg₂SiO₄+4HCl═2MgCl₂+SiO₂+2H₂O，过滤，得到滤液；氯化钠溶液电解生成氯气、氢气和NaOH，通入烟气后能固碳，应该是NaOH和二氧化碳反应生成碳酸钠或碳酸氢钠，碳酸钠和氯化镁或碳酸氢钠和氯化镁反应生成碱式碳酸镁，然后过滤得到碱式碳酸镁，
（1）某橄榄石的组成是（MgFe）₂（SiO₄）₂，用氧化物的形式表示时，先写活泼金属氧化物、后写较不活泼金属氧化物，最后写二氧化硅，所以其氧化物的形式为MgO•FeO•SiO₂，故答案为：MgO•FeO•SiO₂；
（2）固碳（足量的CO₂）时氢氧根离子和二氧化碳反应生成碳酸氢根离子，离子方程式为OH^-+CO₂=HCO₃^-；
能和烟气反应生成可溶性碳酸盐的物质能固碳，符合条件的只有ad，
故答案为：OH^-+CO₂=HCO₃^-；ad；
（3）矿化的反应为镁离子和碳酸氢根离子或碳酸根离子的反应，离子方程式为2Mg ²⁺+4HCO₃^-=Mg₂（OH）₂CO₃↓+H₂O+3CO₂↑或2Mg ²⁺+2CO₃^2-+H₂O=Mg₂（OH）₂CO₃↓+CO₂↑；分离难溶性固体和溶液采用过滤方法，所以该操作方法是过滤，
故答案为：2Mg ²⁺+4HCO₃^-=Mg₂（OH）₂CO₃↓+H₂O+3CO₂↑或2Mg ²⁺+2CO₃^2-+H₂O=Mg₂（OH）₂CO₃↓+CO₂↑；过滤；
（4）反应物接触面积越大，反应速率越快，粉碎的目的是增大反应物接触面积，加快反应速率；该反应是放热反应，温度越高其转化率越小，所以90℃、120min时，溶解达到平衡，而反应放热，升温平衡逆向移动，故溶解效率降低，
故答案为：增大接触面积，加快溶解速率；90℃、120min时，溶解达到平衡，而反应放热，升温平衡逆向移动，故溶解效率降低；
（5）每小时烟气中n（CO₂）=$\frac{22.4{m}^{3}/min×60min×10%×1000L/{m}^{3}}{22.4L/mol}$=6000mol，
根据C原子守恒得n（CO₂）=n[Mg₂（OH）₂CO₃]=6000mol，则得到的碱式碳酸镁的质量=6000mol×142g/mol=852000g=852kg，故答案为：852．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，侧重考查学生分析、判断、计算及知识综合运用能力，涉及化学方程式的计算、反应速率影响因素、物质分离和提纯、离子方程式的书写等知识点，明确基本原理、元素化合物性质、物质分离和提纯方法是解本题关键，题目难度不大．