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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Ksp=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.(NH42SO4     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-

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.

练习册系列答案
相关习题

科目:高中化学 来源: 题型:选择题

18.下列实验中,操作和现象以及对应结论都正确且现象与结论具有因果关系的是(  )
选项操作和现象结论
A.滴有酚酞的Na2CO3溶液中加入BaCl2溶液,红色变浅Na2CO3溶液中存在水解平衡
B.向电石中加入饱和食盐水制乙炔,并将产生的气体直接填入酸性高锰酸钾溶液中,溶液紫红色褪去记明乙炔能被酸性高锰酸钾氧化
C.常温下,测得饱和Na2S溶液的PH大于饱和Na2CO3溶液常温下水解程度:S2->CO32-
D.向分液漏斗中加入碘水后再加入CCl4,充分振荡,分层,且上层溶液至紫色CC14可作为碘的萃取剂
A.AB.BC.CD.D

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

4.W、R、X、Y、Z是原子序数依次增大的短周期主族元素.Y原子半径在短周期主族元素中最大.W与Y同主族,X与Z同主族.R原子最外层电子数比内层电子数多3,W、Y原子的电子数总和与X、Z原子的电子数总和之比为1:2.下列说法正确的是(  )
A.原子半径:r(X)>r(R)>r(W)
B.X与Y只能形成一种化合物
C.X的简单气态氢化物的热稳定性比Z的弱
D.由W、R、X三种元素组成的化合物可以是酸、碱或盐

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1.现有短周期主族元素X、Y、Z、R、T.R原子最外层电子数是电子层数的2倍;Y与Z能形成Z2Y、Z2Y2型离子化合物,Z与T形成的Z2T 化合物能破坏水的电离平衡,五种元素的原子半径与原子序数的关系如图所示,下列推断正确的是(  )
A.原子半径和离子半径均满足:Y<Z
B.Y的单质易与R、T的氢化物反应
C.最高价氧化物对应的水化物的酸性:T<R
D.由X、R、Y、Z四种元素组成的化合物水溶液一定显碱性

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

8.科学家用氮化镓材料与铜组装成如图所示的人工光合系统,利用该装置成功地实现了以CO2和H2O合成CH4.下列关于该电池叙述错误的是(  )
A.为提高该人工光合系统的工作效率,可向装置中加入少量盐酸
B.Cu电极上的电极反应为CO2+8e-+8H+=CH4+2H2O
C.H+从左池移向右池
D.当装置中有1mol CH4生成时,GaN电极有44.8LO2生成

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科目:高中化学 来源: 题型:解答题

18.减少CO2的排放以及CO2的资源化利用具有重要意义.

(1)H2NCOONH4是工业合成尿素[CO(NH22]的中间产物,该反应的能量变化示意图如图甲所示,用CO2和氨气合成尿素的热化学方程式为CO2(g)+2NH3(g)=CO(NH22(s)+H2O(l)△H=-134kJ/mol.
(2)用氨水捕集烟气中的CO2生成铵盐,是减少CO2排放的可行措施之一.
①写出氨水捕集烟气中的CO2生成碳酸氢铵的主要化学方程式CO2+NH3.H2O=NH4HCO3
②分别用不同pH的吸收剂吸收烟气中的CO2,CO2脱除效率与吸收剂的pH关系如图乙所示,烟气中CO2的含量为12%,烟气通入氨水的流量为0.052m3/h(标准状况),用pH为12.81的氨水吸收烟气30min,脱除的CO2的物质的量最多为0.13mol(精确到0.01).
③通常情况下温度升高,CO2脱除效率提高,但高于40℃时,脱除CO2效率降低的主要原因是碳酸氢铵受热易分解生成CO2

(3)将CO2和甲烷重整制合成气(CO和H2)是CO2资源化利用的有效途径.合成气用于制备甲醇的反应为2H2(g)+CO(g)?CH3OH(g)△H=-90kJ/mol.在T1℃时,容积相同的甲、乙、丙三个恒容密闭容器中,按不同方式投入反应物,测得反应过程如下图所示.

容器
起始反应物投入量2molH2、1molCO1molCH3OH2mol CH3OH
①能代表丙反应的曲线是I(选填I、II),a、b点的压强关系为Pa>Pb(填>、<、=),理由是平衡时a点甲醇的物质的量分数小,则总物质的量大.
②b点时反应吸收的能量为11.25kJ.

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

5.短周期元素W、X、Y、Z的原子序数依次增加,由这些元素组成的单质或化合物的转化关系如图.b是金属单质,0.1mol•L-1d的pH为13,a和c是生活中常见的液态化合物,c的分子量为46.下列说法正确是(  )
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C.b与c反应比b与a反应剧烈
D.元素W、Y形成的化合物的沸点一定比W、X形成的化合物高

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

10.下列关于物质性质变化的比较,不正确的是(  )
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C.稳定性 PH3>H2S>HFD.碱性强弱:KOH>NaOH>LiOH

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科目:高中化学 来源: 题型:选择题

11.下列说法不正确的是(  )
A.丁烷有3种同分异构体
B.己烷共有5种同分异构体,它们的熔、沸点各不相同
C.“可燃冰”的主要成分是甲烷和水
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