Question

19．镁及其化合物用途非常广泛，目前世界上60%的镁是从海水中提取．从海水中先将海水淡化获得淡水和浓海水，浓海水的主要成分如下：

离子	Na+	Mg2+	Cl-	SO42-
浓度/（g•L-1）	63.7	28.8	144.6	46.4

再利用浓海水提镁的一段工艺流程如下图：

请回答下列问题
（1）浓海水主要含有的四种离子中质量浓度最小的是Mg²⁺．在上述流程中，可以循环使用的物质是Cl₂、HCl．
（2）在该工艺过程中，X试剂的化学式为CaCl₂．
（3）“一段脱水”目的是制备MgCl₂•2H₂O；“二段脱水”的目的是制备电解原料．若将MgCl₂•6H₂O直接加热脱水，则会生成Mg（OH）Cl．若电解原料中含有Mg（OH）Cl，电解时Mg（OH）Cl与阴极产生的Mg反应，使阴极表面产生MgO钝化膜，降低电解效率．生成MgO的化学方程式为2Mg（OH）Cl+Mg=MgCl₂+2MgO+H₂↑．
（4）若制得Mg（OH）₂的过程中浓海水的利用率为80%，由Mg（OH）₂至“二段脱水”制得电解原料的过程中镁元素的利用率为90%，则1m³浓海水可得“二段脱水”后的电解原料质量为84672g．
（5）以LiCl-KCl共熔盐为电解质的Mg-V₂O₅电池是战术导弹的常用电源，该电池的总反应为：Mg+V₂O₅+2LiCl═MgCl₂+V₂O₄•Li₂O  该电池的正极反应式为V₂O₅+2Li⁺+2e^-=V₂O₄•Li₂O．
（6）Mg合金是重要的储氢材料．2LiBH₄/MgH₂体系放氢焓变示意图如下，则：
Mg（s）+2B（s）═MgB₂（s）△H=-93 kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 浓海水加入氯化钙，可生成硫酸钙，一达到脱硫的目的，加入熟石灰，可生成氢氧化镁，进而生成MgCl₂•6H₂O，一段脱水生成MgCl₂•2H₂O，在通入HCl的氛围中加入氯化镁溶液得到氯化镁，电解可得到镁和氯气，
（1）由表中数据可知质量浓度最小的为Mg²⁺，可循环的是Cl₂、HCl；
（2）X为氯化钙，可生成硫酸钙；
（3）由题意知Mg（OH）Cl与阴极产生的Mg反应，产生MgO，同时在阴极上生成氢气；
（4）由题给数据可知1m³浓海水含有m（Mg²⁺）=1000L×28.8g/L，则生成Mg（OH）₂的物质的量为$\frac{1000×28.8}{24}×80%$，经二段脱水生成MgCl₂的物质的量为$\frac{1000×28.8}{24}×80%$×90%，质量为$\frac{1000×28.8}{24}×80%$×90%mol×98g/mol=84672g；
（5）正极发生还原反应，V₂O₅被还原生成V₂O₄•Li₂O；
（6）由图可知：2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+200 kJ•mol^-1①
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiBH₄（s）+Mg（s））+H₂（g）△H=+76 kJ•mol^-1②
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）△H=+183 kJ•mol^-1③
2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+（200-183）kJ•mol^-1④
即：MgB₂（s）+H₂（g）=2B（s）+MgH₂（s）△H=+17 kJ•mol^-1④
利用盖斯定律将-④-②的热化学方程式．

解答 解：浓海水加入氯化钙，可生成硫酸钙，一达到脱硫的目的，加入熟石灰，可生成氢氧化镁，进而生成MgCl₂•6H₂O，一段脱水生成MgCl₂•2H₂O，在通入HCl的氛围中加入氯化镁溶液得到氯化镁，电解可得到镁和氯气，
（1）由表中数据可知质量浓度最小的为Mg²⁺，上述流程中氯气和与氢气反应生成氯化氢，氯化氢可与氢氧化镁反应制备氯化镁，则可循环的是Cl₂、HCl，
故答案为：Mg²⁺；Cl₂、HCl；
（2）X为氯化钙，可生成硫酸钙，一达到脱硫的目的，故答案为：CaCl₂；
（3）由题意知Mg（OH）Cl与阴极产生的Mg反应，产生MgO，反应的化学方程式为2Mg（OH）Cl+Mg=MgCl₂+2MgO+H₂↑，
故答案为：2Mg（OH）Cl+Mg=MgCl₂+2MgO+H₂↑；
（4）由题给数据可知1m³浓海水含有m（Mg²⁺）=1000L×28.8g/L，则生成Mg（OH）₂的物质的量为$\frac{1000×28.8}{24}×80%$，经二段脱水生成MgCl₂的物质的量为$\frac{1000×28.8}{24}×80%$×90%，质量为$\frac{1000×28.8}{24}×80%$×90%mol×98g/mol=84672g，
故答案为：84672；
（5）正极发生还原反应，V₂O₅被还原生成V₂O₄•Li₂O，电极方程式为V₂O₅+2Li⁺+2e^-=V₂O₄•Li₂O，故答案为：V₂O₅+2Li⁺+2e^-=V₂O₄•Li₂O；
（6）由图可知：2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+200 kJ•mol^-1①
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiBH₄（s）+Mg（s））+H₂（g）△H=+76 kJ•mol^-1②
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）△H=+183 kJ•mol^-1③
2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+（200-183）kJ•mol^-1④
即：MgB₂（s）+H₂（g）=2B（s）+MgH₂（s）△H=+17 kJ•mol^-1④
所以-④-②得：Mg（s）+2B（s）═MgB₂（s）△H=-（17+76）kJ•mol^-1，
故答案为：-93 kJ•mol^-1．

点评 本题考查混合物分离提纯的综合应用及海水资源利用等，为高频考点，把握分离流程中的反应及混合物分离方法为解答的关键，注意把握题中信息，能够正确提取题中信息，联系所学知识进行解答，试题充分培养了学生的分析、理解能力及灵活应用所学知识的能力本题涉及热化学方程式的书写，盖斯定律的应用，电化学知识，综合性非常强，难度大