Question

11．单质硅是很重要的工业产品．
（1）硅用于冶炼镁，也称硅热法炼镁．根据下列条件：
Mg（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=MgO（s）△H₁=-601.8kJ/mol
Mg（s）=Mg（g）△H₂=+75kJ/mol
Si（s）+O₂（g）=SiO₂（s）△H₃=-859.4kJ/mol
则2MgO（s）+Si（s）=SiO₂（s）+2Mg（g）△H=+494.2kJ/mol
Mg-NiOOH水激活电池是鱼雷的常用电池，电池总反应是：Mg+2NiOOH+2H₂O=Mg（OH）₂+2Ni（OH）₂，写出电池正极的电极反应式NiOOH+H₂O+e-=Ni（OH）₂+OH^-．
（2）制备多晶硅（硅单质的一种）的副产物主要是SiCl₄，SiCl₄对环境污染很大，遇水强烈水解，放出大量的热．研究人员利用SiCl₄和钡矿粉（主要成分为BaCO₃，且含有Fe³⁺、Mg²⁺等离子）制备BaCl₂•2H₂O和SiO₂等物质．工艺流程如下：

已知：25℃K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11；通常认为残留在溶液中的离子浓度小于1×10^-5mol/L时，沉淀就达完全．回答下列问题：
①SiCl₄发生水解反应的化学方程式为SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl或SiCl₄ +3H₂O=H₂SiO₃↓+4HCl．
②若加钡矿粉调节pH=3时，溶液中c（Fe³⁺）=4.0×10^-5mol/L．
③若用10吨含78% BaCO₃的钡矿粉，最终得到8.4吨BaCl₂•2H₂O （M=244g/mol），则产率为86.9%．
④滤渣C能分别溶于浓度均为3mol/L的NH₄Cl溶液和CH₃COONH₄溶液（中性）．请结合平衡原理和必要的文字解释滤渣C能溶于3mol/L的NH₄Cl溶液的原因Mg（OH）₂（s）在溶液中存在的溶解平衡：Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^- （aq），NH₄⁺与OH^-结合生成难电离的NH₃•H₂O，使平衡向正反应方向移动，最终Mg（OH）₂溶解．

Answer 1

分析 （1）根据热化学方程式和盖斯定律计算得到反应焓变；先写出负极的电极反应，然后根据正极的电极反应=总反应-正极的电极反应；
（2）流程分析可知四氯化硅控制温度40°C，加入水水解生成原硅酸和氯化氢，过滤得到盐酸溶液，加入钡矿粉主要成分为BaCO₃，且含有铁、镁等离子，调节溶液pH=7，使BaCO₃转化为BaCl₂，同时使Fe³⁺完全沉淀，过滤得到滤渣为氢氧化铁，滤液加入氢氧化钠溶液调节溶液pH=12.5，控制70°C，得到氢氧化镁沉淀，过滤得到滤液为氯化钡溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到氯化钡晶体；
①根据氯化硅水解生成原硅酸和氯化氢；
②根据难溶物的溶度积来计算；
③依据钡元素守恒，建立关系式：BaCO₃ ～BaCl₂•2H₂O计算；
④根据外界条件浓度对平衡的影响分析．

解答 解：（1）①Mg（s）+$\frac{1}{2}$O₂（g）=MgO（s）△H₁=-601.8kJ/mol
②Mg（s）=Mg（g）△H₂=+75kJ/mol
③Si（s）+O₂（g）=SiO₂（s）△H₃=-859.4kJ/mol
依据盖斯定律②+③-①×2得到：2MgO（s）+Si（s）=SiO₂（s）+2Mg（g）△H=+494.2kJ/mol；
电池总反应是：Mg+2NiOOH+2H₂O═Mg（OH）₂+2Ni（OH）₂，负极的电极反应：Mg-2e^-+2H₂O═Mg（OH）₂+2H⁺，正极的电极反应为：NiOOH+H₂O+e-=Ni（OH）₂+OH^-；
故答案为：+494.2kJ/mol；NiOOH+H₂O+e-=Ni（OH）₂+OH^-；
（2）流程分析可知四氯化硅控制温度40°C，加入水水解生成原硅酸和氯化氢，过滤得到盐酸溶液，加入钡矿粉主要成分为BaCO₃，且含有铁、镁等离子，调节溶液pH=7，使BaCO₃转化为BaCl₂，同时使Fe³⁺完全沉淀，过滤得到滤渣为氢氧化铁，滤液加入氢氧化钠溶液调节溶液pH=12.5，控制70°C，得到氢氧化镁沉淀，过滤得到滤液为氯化钡溶液蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤得到氯化钡晶体；
①氯化硅水解生成原硅酸和氯化氢，水解方程式为：SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl或SiCl₄ +3H₂O=H₂SiO₃↓+4HCl，
故答案为：SiCl₄+4H₂O=H₄SiO₄↓+4HCl或SiCl₄ +3H₂O=H₂SiO₃↓+4HCl； 
②若加钡矿粉调节pH=3时，C（H⁺）=1.0×10^-3mol/L，C（OH^-）=$\frac{1×1{0}^{-14}}{1×1{0}^{-3}}$mol/L=1.0×10^-11mol/L，根据氢氧化铁的溶度积K_sp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，可知C（Fe³⁺）=$\frac{4.0×1{0}^{-38}}{（1.0×1{0}^{-11}）^{3}}$mol/L=4.0×10^-5mol/L，故答案为：4.0×10^-5mol/L；
③5）10吨含78% BaCO₃的钡矿粉理论上最多能生成BaCl₂•2H₂O质量xt，
BaCO₃ ～BaCl₂•2H₂O
197        244
10t×78%    x
$\frac{197}{10t×78%}=\frac{244}{x}$ 解得：x=9.66t，而实际上得到8.4吨BaCl₂•2H₂O，则产率为$\frac{8.4t}{9.66t}$×100%=86.9%，
故答案为：86.9%；
④Mg（OH）₂（s）存在的溶解平衡：Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^- （aq），NH₄⁺与OH^-结合生成难电离的NH₃•H₂O，使平衡向正反应方向移动，最终Mg（OH）₂溶解，故答案为：Mg（OH）₂（s）在溶液中存在的溶解平衡：Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^- （aq），NH₄⁺与OH^-结合生成难电离的NH₃•H₂O，使平衡向正反应方向移动，最终Mg（OH）₂溶解．

点评 本题考查盖斯定律与焓变的计算、新型电池电极反应式书写、沉淀溶解平衡的相关计算、关系式法计算．