Question

19．鎂及其化合物用途非常廣泛，目前世界上60%的鎂是從海水中提取．從海水中先將海水淡化獲得淡水和濃海水，濃海水的主要成分如下：

離子	Na+	Mg2+	Cl-	SO42-
濃度/（g•L-1）	63.7	28.8	144.6	46.4

再利用濃海水提鎂的一段工藝流程如下圖：

請回答下列問題
（1）濃海水主要含有的四種離子中質量濃度最小的是Mg²⁺．在上述流程中，可以循環使用的物質是Cl₂、HCl．
（2）在該工藝過程中，X試劑的化學式為CaCl₂．
（3）“一段脫水”目的是制備MgCl₂•2H₂O；“二段脫水”的目的是制備電解原料．若將MgCl₂•6H₂O直接加熱脫水，則會生成Mg（OH）Cl．若電解原料中含有Mg（OH）Cl，電解時Mg（OH）Cl與陰極產生的Mg反應，使陰極表面產生MgO鈍化膜，降低電解效率．生成MgO的化學方程式為2Mg（OH）Cl+Mg=MgCl₂+2MgO+H₂↑．
（4）若制得Mg（OH）₂的過程中濃海水的利用率為80%，由Mg（OH）₂至“二段脫水”制得電解原料的過程中鎂元素的利用率為90%，則1m³濃海水可得“二段脫水”后的電解原料質量為84672g．
（5）以LiCl-KCl共熔鹽為電解質的Mg-V₂O₅電池是戰術導彈的常用電源，該電池的總反應為：Mg+V₂O₅+2LiCl═MgCl₂+V₂O₄•Li₂O  該電池的正極反應式為V₂O₅+2Li⁺+2e^-=V₂O₄•Li₂O．
（6）Mg合金是重要的儲氫材料．2LiBH₄/MgH₂體系放氫焓變示意圖如下，則：
Mg（s）+2B（s）═MgB₂（s）△H=-93 kJ•mol^-1．

Answer 1

分析 濃海水加入氯化鈣，可生成硫酸鈣，一達到脫硫的目的，加入熟石灰，可生成氫氧化鎂，進而生成MgCl₂•6H₂O，一段脫水生成MgCl₂•2H₂O，在通入HCl的氛圍中加入氯化鎂溶液得到氯化鎂，電解可得到鎂和氯氣，
（1）由表中數據可知質量濃度最小的為Mg²⁺，可循環的是Cl₂、HCl；
（2）X為氯化鈣，可生成硫酸鈣；
（3）由題意知Mg（OH）Cl與陰極產生的Mg反應，產生MgO，同時在陰極上生成氫氣；
（4）由題給數據可知1m³濃海水含有m（Mg²⁺）=1000L×28.8g/L，則生成Mg（OH）₂的物質的量為$\frac{1000×28.8}{24}×80%$，經二段脫水生成MgCl₂的物質的量為$\frac{1000×28.8}{24}×80%$×90%，質量為$\frac{1000×28.8}{24}×80%$×90%mol×98g/mol=84672g；
（5）正極發生還原反應，V₂O₅被還原生成V₂O₄•Li₂O；
（6）由圖可知：2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+200 kJ•mol^-1①
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiBH₄（s）+Mg（s））+H₂（g）△H=+76 kJ•mol^-1②
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）△H=+183 kJ•mol^-1③
2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+（200-183）kJ•mol^-1④
即：MgB₂（s）+H₂（g）=2B（s）+MgH₂（s）△H=+17 kJ•mol^-1④
利用蓋斯定律將-④-②的熱化學方程式．

解答 解：濃海水加入氯化鈣，可生成硫酸鈣，一達到脫硫的目的，加入熟石灰，可生成氫氧化鎂，進而生成MgCl₂•6H₂O，一段脫水生成MgCl₂•2H₂O，在通入HCl的氛圍中加入氯化鎂溶液得到氯化鎂，電解可得到鎂和氯氣，
（1）由表中數據可知質量濃度最小的為Mg²⁺，上述流程中氯氣和與氫氣反應生成氯化氫，氯化氫可與氫氧化鎂反應制備氯化鎂，則可循環的是Cl₂、HCl，
故答案為：Mg²⁺；Cl₂、HCl；
（2）X為氯化鈣，可生成硫酸鈣，一達到脫硫的目的，故答案為：CaCl₂；
（3）由題意知Mg（OH）Cl與陰極產生的Mg反應，產生MgO，反應的化學方程式為2Mg（OH）Cl+Mg=MgCl₂+2MgO+H₂↑，
故答案為：2Mg（OH）Cl+Mg=MgCl₂+2MgO+H₂↑；
（4）由題給數據可知1m³濃海水含有m（Mg²⁺）=1000L×28.8g/L，則生成Mg（OH）₂的物質的量為$\frac{1000×28.8}{24}×80%$，經二段脫水生成MgCl₂的物質的量為$\frac{1000×28.8}{24}×80%$×90%，質量為$\frac{1000×28.8}{24}×80%$×90%mol×98g/mol=84672g，
故答案為：84672；
（5）正極發生還原反應，V₂O₅被還原生成V₂O₄•Li₂O，電極方程式為V₂O₅+2Li⁺+2e^-=V₂O₄•Li₂O，故答案為：V₂O₅+2Li⁺+2e^-=V₂O₄•Li₂O；
（6）由圖可知：2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+200 kJ•mol^-1①
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiBH₄（s）+Mg（s））+H₂（g）△H=+76 kJ•mol^-1②
2LiBH₄（s）+MgH₂（s）=2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）△H=+183 kJ•mol^-1③
2LiH（s）+MgB₂（s）+4H₂（g）=2LiH（s）+2B（s）+MgH₂（s）+3H₂（g）△H=+（200-183）kJ•mol^-1④
即：MgB₂（s）+H₂（g）=2B（s）+MgH₂（s）△H=+17 kJ•mol^-1④
所以-④-②得：Mg（s）+2B（s）═MgB₂（s）△H=-（17+76）kJ•mol^-1，
故答案為：-93 kJ•mol^-1．

點評 本題考查混合物分離提純的綜合應用及海水資源利用等，為高頻考點，把握分離流程中的反應及混合物分離方法為解答的關鍵，注意把握題中信息，能夠正確提取題中信息，聯系所學知識進行解答，試題充分培養了學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力本題涉及熱化學方程式的書寫，蓋斯定律的應用，電化學知識，綜合性非常強，難度大