Question

3．探秘海灘上的物質
在海灘上，你能見到各種各樣的物質，除海洋生物外，最常見的有海沙、貝殼和海水．雖然它們性質和用途各異，但是從元素組成的角度看，這些物質僅是由氧、硅、氯、鉀、鈣等有限的幾種元素組成的．
原子是構成物質的“基石”．一種原子，可以構成最簡單的單質，但更多的是跟其它原子結合成各種化合物，請回答：
[一]．從化學的視角認識物質
①海沙是由石英和貝殼小碎片組成，石英的主要成分是（用化學符號表示，下同）SiO₂，貝殼的主要成分是CaCO₃．
②請寫出一種同時符合下列兩個條件的2種不同類別的化合物的化學式Ca（OH）₂、H₂CO₃，
（Ⅰ）由氧、硅、氫、碳、鈣五種元素中的三種組成；
（Ⅱ）按組成分類，與①中兩種物質的主要成分類別不同．
③海水中含有多種無機鹽，各離子的含量如圖1所示．請寫出構成硫酸鎂的微粒符號：Mg²⁺、SO₄^2-．假設海水中無機鹽的含量為3.5%，鎂離子全部以氯化鎂的形式存在，則Wg海水中含有氯化鎂質量的計算公式為：$\frac{Wg×3.5%×3.69%×95}{24}$．
④食用低鈉鹽可預防高血壓，低鈉鹽是在氯化鈉中添加了適量的氯化鉀，氯化鉀除了有咸味外，還帶有苦味，從物質構成的角度看，氯化鉀有苦味可能是鉀離子造成的．

[二]．用化學的方法改造物質
（1）海水中含有豐富的鎂元素，目前大多數金屬鎂是從海水中提取的，其生產流程如下（如圖2）：
①請寫出步驟一和步驟二反應的化學方程式．
步驟一：CaO+H₂O=Ca（OH）₂、Ca（OH）₂+MgCl₂=Mg（OH）₂↓+CaCl₂；
步驟二：Mg（OH）₂+2HCl=MgCl₂+2H₂O；
②在步驟一中，分離出沉淀A的方法是過濾，在實驗室中進行此項操作，除燒杯外，還需要的玻璃儀器有漏斗、玻璃棒．
（2）太陽能光伏發電最關鍵的材料是高純硅，生產高純硅的流程示意圖如下（如圖3）：

發生的反應為：①SiO₂+2C$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑    ②Si+3HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$SiHCl₃+H₂
③SuHCl₂+H₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+3HCl
①整個制備過程必須達到無水無氧，在H₂還原SiHCl₃過程中若混入O₂，可能引起的后果是Si會被再次氧化，得不到純凈的Si，易引起爆炸．
②為了達到綠色化學和節約資源的目的，上述流程中某化合物需要循環使用，該物質的化學式是HCl．

Answer 1

分析 （一1）①熟記常見物質的主要成分；②根據提供的元素和物質的類別來確定物質的化學式；③根據溶質的質量=溶液的質量×溶液中溶質的質量分數來計算；④從入海的河水含鹽量較低來分析；⑤從氯化鈉和氯化鉀的構成異同點來分析；
（二）（1）當將生石灰放入海水中，氧化鈣先與水反應生成氫氧化鈣，然后氫氧化鈣再與氯化鎂反應；
明確每一步中發生的化學反應及其類型就能順利解答；將固體與液體分離開的方法是過濾；
（2）根據氫氣與氧氣反應的情況和Si與氧氣反應的情況考慮；由生產高純硅的流程示意圖可知，鹽酸既是反應物，又是生成物進行解答．

解答 解：（一）①石英砂的主要成分是二氧化硅，貝殼的主要成分是碳酸鈣；故填：SiO₂；CaCO₃；
②上述兩種物質分屬于氧化物和鹽，根據提供的元素可以組成的符合兩個條件的是氫氧化鈣、碳酸．故填：Ca（OH）₂；H₂CO₃；
③鎂離子帶2個單位的正電荷，硫酸根離子帶2個單位的負電荷，故硫酸鎂的化學式為：MgSO₄，是由鎂離子與硫酸根離子構成的；Wg海水中含有鎂離子的質量為：Wg×3.5%×3.69%，那么氯化鎂的質量為$\frac{Wg×3.5%×3.69%}{\frac{24}{95}}$=$\frac{Wg×3.5%×3.69%×95}{24}$．故填：Mg²⁺；SO₄^2-；$\frac{Wg×3.5%×3.69%×95}{24}$；
④氯化鈉是由鈉離子和氯離子構成的，沒有苦味，氯化鉀是由鉀離子和氯離子構成的，有苦味，據此分析可能是鉀離子導致氯化鉀具有苦味的；故填：鉀離子；
（二）（1）在步驟一中：氧化鈣與水反應生成氫氧化鈣，然后氫氧化鈣與氯化鎂反應生成氯化鈣和氫氧化鎂白色沉淀；故填：CaO+H₂O=Ca（OH）₂；Ca（OH）₂+MgCl₂=Mg（OH）₂↓+CaCl₂；
鹽酸和氫氧化鎂反應能生成氯化鎂和水，屬于復分解反應；故填：Mg（OH）₂+2HCl=MgCl₂+2H₂O；
通過過濾可以把沉淀從溶液中分離出來，過濾操作需要的玻璃儀器有燒杯、漏斗和玻璃棒．故填：過濾；漏斗、玻璃棒．
（2）在H₂還原SiHCl₃過程中若混入O₂，還原出的Si會被再次氧化，得不到純凈的Si，氫氣與氧氣會發生反應并放出大量熱量，會引起爆炸．故整個制備過程必須達到無水無氧；故填：Si會被再次氧化，得不到純凈的Si，易引起爆炸；
由生產高純硅的流程示意圖可知，為了達到綠色化學和節約資源的目的，物質A需要循環使用，A的化學式是HCl．故填：HCl．

點評 本題難度不大，但綜合性較強，考查了同學們新信息獲取、處理及靈活運用所學知識進行分析問題、解決問題的能力．化學實驗現象是化學實驗最突出、最鮮明的部分，也是進行分析推理得出結論的依據，掌握物質的性質和相互之間的反應關系，有助于提高觀察實驗、進行實驗的能力．