Question

13．海洋約占地球表面積的71%，海水資源的利用具有廣闊的前景，例如目前世界上60%的鎂就是從海水中提取的．某研究性學(xué)習(xí)小組在實驗室利用海水曬鹽后的鹽鹵（主要含Na⁺、Mg²⁺、Cl^-、Br^-等）模擬工業(yè)生產(chǎn)提取鎂，主要步驟如下：

回答下列問題：
（1）從節(jié)約成本的角度考慮，試劑①可以選用Ca（OH）₂ （填化學(xué)式）．
已知：25℃時，K_sp[Mg（OH）₂]=1.0×10^-11．現(xiàn)在25℃條件下，加入試劑①調(diào)節(jié)下鹽鹵中的c（Mg²⁺）≤1.0×10^-5mol/L，則此時溶液的pH不小于11．
（2）從操作①得到的Mg（OH）₂沉淀中可能混有少量的Ca（OH）₂，除去少量該物質(zhì)的方法是先將沉淀加入到盛有MgCl₂ 溶液的燒杯中，充分?jǐn)嚢韬蠼?jīng)過濾、洗滌可得純凈的Mg（OH）₂
（3）MgCl₂溶液可以轉(zhuǎn)變成MgCl₂•6H₂O 晶體，操作②為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶．
（4）MgCl₂•6H₂O 晶體經(jīng)操作③脫水可制無水MgCl₂，但加熱脫水時需在HCl氣體 氣氛中進行，原因是MgCl₂+2H₂O?Mg（OH）₂↓+2HCl   （用化學(xué)方程式解釋）．
（5）經(jīng)研究，學(xué)習(xí)小組設(shè)計了如圖裝置，選取石墨和不銹鋼做電極材料，用電解的方法完成了操作④；
①通入O₂的一極的電極反應(yīng)為O₂+4e^-+4H⁺=H₂O；
②不銹鋼電極做陰 極（填電極名稱）；
③若有少量水存在會造成產(chǎn)品鎂的消耗，寫出有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式Mg+2H₂O=Mg（OH）₂↓+H₂↑．

Answer 1

分析 根據(jù)題中工業(yè)流程圖可知，海水中加入堿，使鎂離子沉淀，得到氫氧化鎂，氫氧化鎂溶于鹽酸得氯化鎂溶液，氯化鎂溶液在酸性條件下蒸發(fā)得無水氯化鎂，電解熔融的氯化鎂可得鎂，
（1）試劑1是沉淀鎂離子生成氫氧化鎂的堿，成本分析可以利用貝殼煅燒得到的氧化鈣溶于水得到氫氧化鈣沉淀鎂離子，結(jié)合溶度積常數(shù)計算溶液中氫氧根離子濃度，得到溶液PH；
（2）氫氧化鈣微溶于水，生成的氫氧化鎂沉淀中含有氫氧化鈣，除去少量該物質(zhì)的方法是加入氯化鎂溶液，充分?jǐn)嚢韬蠼?jīng)過濾、洗滌可得純凈氫氧化鎂；
（3）溶液中得到溶質(zhì)固體的方法是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾洗滌等；
（4）氯化鎂水解生成氫氧化鎂和鹽酸，為抑制水解需要在氯化氫氣流中加熱失去結(jié)晶水；
（5）分析裝置圖可知氫氧燃料電池中通入氧氣的一個電極為正極，通入氫氣的電極為負極，所以a為陽極，b為陰極，若有少量水存在會造成產(chǎn)品鎂的消耗是鎂和水反應(yīng)生成氫氧化鎂和氫氣．

解答 解：（1）從節(jié)約成本的角度考慮，試劑①可以選用Ca（OH）₂，已知：25℃時，K_sp[Mg（OH）₂]=1.0×10^-11．現(xiàn)在25℃條件下，加入試劑①調(diào)節(jié)下鹽鹵中的c（Mg²⁺）≤1.0×10^-5mol/L，K_sp[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）c²（OH^-）=1.0×10^-11．c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ksp}{c（M{g}^{2+}）}}$=$\sqrt{\frac{1.0×1{0}^{-11}}{1.0×1{0}^{-5}}}$=10^-3mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-3}}$=10^-11mol/L，則此時溶液的pH不小于11，
故答案為：Ca（OH）₂； 11；
（2）操氫氧化鈣微溶于水，作①得到的Mg（OH）₂沉淀中可能混有少量的Ca（OH）₂ ，除去少量該物質(zhì)的方法是先將沉淀加入到盛有MgCl₂溶液的燒杯中，充分?jǐn)嚢韬蠼?jīng)過濾、洗滌可得純凈的Mg（OH）₂，
故答案為：Ca（OH）₂；  MgCl₂；
（3）MgCl₂溶液可以轉(zhuǎn)變成MgCl₂•6H₂O 晶體，操作②為：蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，
故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；
（4）MgCl₂•6H₂O 晶體經(jīng)操作③脫水可制無水MgCl₂，氯化鎂水解的化學(xué)方程式為：MgCl₂+2H₂O?Mg（OH）₂↓+2HCl，為抑制氯化鎂的水解，加熱脫水時需在HCl氣體氣氛中進行，
故答案為：HCl氣體；MgCl₂+2H₂O?Mg（OH）₂↓+2HCl；
（5）分析裝置圖可知氫氧燃料電池中通入氧氣的一個電極為正極，通入氫氣的電極為負極，所以a為陽極，b為陰極，若有少量水存在會造成產(chǎn)品鎂的消耗是鎂和水反應(yīng)生成氫氧化鎂和氫氣，
①通入O₂的一極的電極反應(yīng)為O₂+4e^-+4H⁺=H₂O，
故答案為：O₂+4e^-+4H⁺=H₂O；
②選取石墨和不銹鋼做電極材料，電解熔融氯化鎂，不銹鋼為活性電極做陰極才能實現(xiàn)電解熔融氯化鎂，
故答案為：陰；
③若有少量水存在會造成產(chǎn)品鎂的消耗是鎂和水反應(yīng)生成氫氧化鎂和氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Mg+2H₂O=Mg（OH）₂↓+H₂↑，
故答案為：Mg+2H₂O=Mg（OH）₂↓+H₂↑．

點評 本題考查了海水資源的利用、海水提鎂的過程分析判斷、原電池原理和電解池原理的理解，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，提鎂難度中等．