Question

13．镁是一种重要的金属资源，在各领域都具有重要的作用．
（1）皮江法炼镁是我国生产镁的重要方法，其实质是在高温和真空条件下，有氧化钙存在时，通过硅还原氧化镁生成镁蒸气，与反应生成的固体硅酸二钙（2CaO•SiO₂）相互分离，并经冷凝得到结晶镁．写出该反应的化学反应方程式Si+2MgO+2CaO=2CaO•SiO₂+2Mg．
电解槽中先得到的是镁的蒸气，镁蒸气可以在下列D（填编号）气体氛围中冷却．
A．空气        B．氮气        C．水蒸气        D．氢气
（2）目前发达国家80%的镁来自于电解熔融氯化镁．电解原料无水氯化镁可由海水制备．主要有以下步骤：①在干燥的HCl气流中加热脱水干燥；②加熟石灰；③加盐酸；④过滤；⑤浓缩冷却结晶．
其步骤先后顺序是②④③⑤④①（步骤可重复使用）；在干燥的HCl气流中加热时，能得到无水MgCl₂，其原因是HCl抑制MgCl₂的水解．
（3）已知某温度下Mg（OH）₂的K_sp=6.4×l0^-12，当溶液中c（Mg²⁺）≤1.0×10^-5mol•L^-1可视为沉淀完全，则此温度下应保持溶液中c（OH^-）≥8×10^-4 mol•L^-1．
（4）在Mg（OH）₂悬浊液中滴入饱和NH₄Cl溶液，溶液变澄清．反应原因可能有两个：一是NH₄⁺水解产生H⁺，H⁺再与Mg（OH）₂反应；二是Mg（OH）₂（s）+2NH₄⁺=Mg²⁺+2NH₃•H₂O（用离子方程式表示）．
要验证谁是Mg（OH）₂溶解的主要原因，可选取C代替NH₄Cl溶液作对照实验．
A．NH₄NO₃       B．（NH₄）₂SO₄     C．CH₃COONH₄      D．NH₄HCO₃
（5）镁电池是近年来科学技术研究的热点之一，如图为Mg-NaClO燃料电池结构示意图．其工作时Mg作Y（填“X”或“Y”）电极，正极的电极反应式：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-．

Answer 1

分析 （1）根据题干信息可知，反应物为Si、MgO、CaO，生成物为2CaO•SiO₂、Mg，根据原子守恒书写方程式；电解无水氯化镁所得的镁蒸气，应避免镁再被氧化；
（2）先生成氢氧化镁，氢氧化镁和盐酸反应生成氯化镁，易除去氯化钠等杂质，据此选择步骤先后顺序；MgCl₂ 易水解，为防止MgCl₂水解的水解，在干燥的HCl气流中加热；
（3）依据沉淀溶解平衡存在的溶度积常数Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）计算得到；
（4）加入氯化铵在溶液中水解显酸性，可以溶解氢氧化镁沉淀，氢氧化镁为二元弱碱，部分电离出氢氧根离子和铵根离子结合生成更弱的一元弱碱一水合氨；验证谁是Mg（OH）₂溶解的主要原因，选择呈中性的CH₃COONH₄；
（5）原电池工作时，阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，由阴离子移动方向可知Y为负极，X为正极，负极发生氧化反应，正极发生还原反应，根据正极得电子发生还原反应书写．

解答 解：（1）根据题干信息可知，反应物为Si、MgO、CaO，硅还原MgO生成硅单质，生成物为2CaO•SiO₂、Mg，该反应的化学反应方程式为：Si+2MgO+2CaO=2CaO•SiO₂+2Mg，电解无水氯化镁所得的镁蒸气，应避免镁再被氧化，A．空气中的氧气能氧化镁，故A错误； B．氮气和镁能生成氮化镁，故B错误； C．水蒸气和镁反应生成氢氧化镁，故C错误； D．氢气可防止镁被氧化，故D正确；
故答案为：Si+2MgO+2CaO=2CaO•SiO₂+2Mg；D；
（2）因海水中MgCl₂的浓度较小，所以要经过富集这一过程：先加熟石灰形成沉淀：MgCl₂+Ca（OH）₂═Mg（OH）₂+CaCl₂，然后将沉淀过滤，接着将Mg（OH）₂沉淀转化为MgCl₂：Mg（OH）₂+2HCl═MgCl₂+2H₂O，这样就实现了MgCl₂富集，将溶液蒸发结晶得到六水合氯化镁晶体（MgCl₂•6H₂O）（这步是为了得到纯净的MgCl₂），又因MgCl₂ 易水解，为防止MgCl₂水解的水解，加热六水合氯化镁晶体必须在HCl氛围下中进行：MgCl₂•6H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgCl₂ +6H₂O，所以步骤为：②④③⑤④①，在干燥的HCl气流中加热，HCl抑制MgCl₂的水解
故答案为：②④③⑤④①；HCl抑制MgCl₂的水解；
（3）Mg（OH）₂的Ksp=6.4×10^-12，当溶液中c（Mg²⁺）≤1.0×10^-5mol•L^-1可视为沉淀完全，则Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=6.4×10^-12 ，c（OH^-）≥8×10^-4mol/L，
故答案为：8×10^-4；
（4）加入NH₄Cl，溶解后因其能水解显酸性，NH₄Cl+H₂O?NH₃•H₂O+HCl，水解生成的盐酸会溶解氢氧化镁，从而又会造成Mg（OH）₂沉淀的溶解，Mg（OH）₂+2HCl=MgCl₂+2H₂O，另一原因可能是氢氧化镁为二元弱碱，部分电离出氢氧根离子和铵根离子结合生成更弱的一元弱碱一水合氨，Mg（OH）₂（s）+2NH₄⁺=Mg²⁺+2NH₃•H₂O，所以在Mg（OH）₂悬浊液中滴入饱和NH₄Cl溶液，溶液变澄清，硝酸铵、硫酸铵和氯化铵相似，只有铵根离子的水解，而碳酸氢铵溶液呈碱性，只有醋酸铵呈中性并且含有铵根，要验证谁是Mg（OH）₂溶解的主要原因，可选取醋酸铵，
故答案为：Mg（OH）₂（s）+2NH₄⁺=Mg²⁺+2NH₃•H₂O； C；
（5）Mg容易失去电子，OH^-在燃料电池中移向流出电子的负极，故Mg作Y电极，镁失去2个电子变为镁离子，镁离子与氢氧根离子结合为氢氧化镁沉淀，OH^-被消耗，
其工作时正极是ClO^-得电子发生还原反应的反应，所以正极的电极反应式为：ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-；总反应为：Mg+ClO^-+H₂O═Mg（OH）₂+Cl^-．
故答案为：Y； ClO^-+2e^-+H₂O=Cl^-+2OH^-．

点评 本题考查了金属镁的提取原理及其镁化合物的性质、原电池知识，涉及离子反应、粗盐提纯、金属的冶炼、沉淀溶解平衡等，为高考常见题型，把握发生的化学反应为解答的关键，注意水解原理的应用分析，题目难度中等．