Question

鎂是“國(guó)防金屬”．從海水中提取鎂通常要經(jīng)歷三大步驟見下圖：

請(qǐng)回答下列問題：
（1）步驟1是提高海水中Mg²⁺濃度，方法是

 

；
（2）步驟2的離子方程式為

 

；
已知Mg（OH）₂的K_sp=5.61×10^-12，假設(shè)濃縮海水中MgCI₂濃度為3mol/L，則要使Mg²⁺形成Mg（OH）₂沉淀，則加入沉淀劑后海水中的OH^-濃度至少要達(dá)到

 

；
工業(yè)生產(chǎn)為了獲得更高的利潤(rùn)，根據(jù)表1分析，最合理的沉淀劑是

 

，生產(chǎn)這種沉淀劑的方法是

 

；
                              表1試劑價(jià)格

試劑	KOH	NaOH	Ca（OH）2
價(jià)格（元/噸）	6800	3200	1200

（3）步驟3如何實(shí)現(xiàn)？?jī)晌煌瑢W(xué)設(shè)計(jì)下列方案：
方案一：Mg（OH）₂

△

MgO

C或H2或CO

△

Mg
方案二：Mg（OH）₂

△

MgO

電解

熔融

Mg
這兩種方案是否合理？請(qǐng)你評(píng)價(jià)：
方案一：

 

；
方案二：

 

；
你的設(shè)計(jì)方案是什么？寫出流程圖：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：海水資源及其綜合利用,金屬冶煉的一般原理

專題：元素及其化合物

分析：流程分析可知，海水曬鹽濃縮蒸發(fā)結(jié)晶析出氯化鈉后的鹵水中加入石灰乳沉淀鎂離子生成氫氧化鎂沉淀，過濾出沉淀加入鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂溶液，酸溶液中蒸發(fā)結(jié)晶析出氯化鎂晶體，失去結(jié)晶水得到固體氯化鎂．通過電解方法得到金屬鎂；
（1）步驟1是提高海水中Mg²⁺濃度，海水曬鹽后的鹵水做原料；
（2）步驟2是沉淀鎂離子的反應(yīng)；依據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算沉淀鎂離子需要的氫氧根離子濃度，分析圖表試劑，從經(jīng)濟(jì)效益和來源分析判斷合理的試劑為氫氧化鈣；利用貝殼高溫分解生成的氧化鈣和水反應(yīng)生成；
（3）方案一中，鎂是活潑金屬，氫氣、一氧化碳、碳不能還原氧化鎂；
方案二中氧化鎂熔點(diǎn)高能源消耗多經(jīng)濟(jì)效益低分析；
依據(jù)海水提取鎂的流程設(shè)計(jì)分析，海水曬鹽濃縮蒸發(fā)結(jié)晶析出氯化鈉后的鹵水中加入石灰乳沉淀鎂離子生成氫氧化鎂沉淀，過濾出沉淀加入鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂溶液，酸溶液中蒸發(fā)結(jié)晶析出氯化鎂晶體，失去結(jié)晶水得到固體氯化鎂．通過電解方法得到金屬鎂．

解答： 解：流程分析可知，海水曬鹽濃縮蒸發(fā)結(jié)晶析出氯化鈉后的鹵水中加入石灰乳沉淀鎂離子生成氫氧化鎂沉淀，過濾出沉淀加入鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂溶液，酸溶液中蒸發(fā)結(jié)晶析出氯化鎂晶體，失去結(jié)晶水得到固體氯化鎂．通過電解方法得到金屬鎂；
（1）步驟1是提高海水中Mg²⁺濃度，海水曬鹽后的鹵水做原料，故答案為：取海水曬鹽后的鹵水做原料；
（2）步驟2是沉淀鎂離子的反應(yīng)，離子方程式為：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；依據(jù)溶度積常數(shù)計(jì)算沉淀鎂離子需要的氫氧根離子濃度，已知Mg（OH）₂的K_sp=5.61×10^-12，假設(shè)濃縮海水中MgCI₂濃度為3mol/L，則要使Mg²⁺形成Mg（OH）₂沉淀，則加入沉淀劑后海水中的OH^-濃度為c（OH^-），K_sp=c（Mg²⁺）c²（OH^-）=5.61×10^-12，則c（OH^-）
=

5.61×10-12 3

=1.37×10^-6mol/L，分析圖表1中試劑，從經(jīng)濟(jì)效益和來源分析判斷合理的試劑為氫氧化鈣；利用貝殼高溫分解生成的氧化鈣和水反應(yīng)生成；
故答案為：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；1.37×10^-6mol/L；Ca（OH）₂ ；以海邊的貝殼高溫分解生成氧化鈣，溶于水得到石灰乳氫氧化鈣；
（3）方案一中，鎂是活潑金屬，氫氣、一氧化碳、碳不能還原氧化鎂；
方案二中氧化鎂熔點(diǎn)高能源消耗多經(jīng)濟(jì)效益低分析；
依據(jù)海水提取鎂的流程設(shè)計(jì)分析，海水曬鹽濃縮蒸發(fā)結(jié)晶析出氯化鈉后的鹵水中加入石灰乳沉淀鎂離子生成氫氧化鎂沉淀，過濾出沉淀加入鹽酸反應(yīng)生成氯化鎂溶液，酸溶液中蒸發(fā)結(jié)晶析出氯化鎂晶體，失去結(jié)晶水得到固體氯化鎂，通過電解方法得到金屬鎂，流程圖為；
；
故答案為：不合理，C、H₂、CO不能還原MgO；不合理，氧化鎂熔點(diǎn)高能耗大，不經(jīng)濟(jì)；．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了海水提取鎂的工業(yè)流程分析判斷，注意方案理解應(yīng)用，沉淀溶解平衡的計(jì)算分析，試劑選擇依據(jù)，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．