《2025年高中总复习优化设计高中化学》

4. 用镁还原${TiCl_{4}}$可制取高熔点的金属钛，工艺流程如图。下列说法不正确的是(C)


A.工业上电解熔融${MgCl_{2}}$可制备金属${Mg}$
B.“高温还原”时，发生反应的化学方程式为${2Mg + TiCl_{4} \xlongequal{高温} Ti + 2MgCl_{2}}$
C.用金属镁还原${TiCl_{4}}$过程中需通入${N_{2}}$或${Ar}$作保护气
D.“真空蒸馏”的目的是使${Mg}$、${MgCl_{2}}$气化，实现与${Ti}$的分离

答案： 4.C 解析 由于$\mathrm{MgO}$的熔点高，电解$\mathrm{MgO}$制备金属$\mathrm{Mg}$能耗大，工业生产中一般采用电解熔融$\mathrm{MgCl_2}$的方法制备金属镁，A正确；还原时，发生反应的化学方程式为$2\mathrm{Mg} + \mathrm{TiCl_4} \xrightarrow{高温} \mathrm{Ti} + 2\mathrm{MgCl_2}$，B正确；高温条件下，金属镁与$\mathrm{N_2}$能反应，因此用金属镁还原$\mathrm{TiCl_4}$过程中$\mathrm{N_2}$不能用作保护气，可通入$\mathrm{Ar}$作保护气，C错误；由于金属钛的熔点很高，因此“真空蒸馏”的目的是使$\mathrm{Mg}$、$\mathrm{MgCl_2}$气化，实现与$\mathrm{Ti}$的分离，D正确。

1. (2023·山东卷)盐湖卤水(主要含 Na⁺、Mg²⁺、Li⁺、Cl⁻、SO₄²⁻和硼酸根等)是锂盐的重要来源。一种以高镁卤水为原料经两段除镁制备 Li₂CO₃的工艺流程如下。

已知：常温下，Kₛₚ(Li₂CO₃)=2.2×10⁻²。相关化合物的溶解度与温度的关系如图所示。

(1) 含硼固体中的 B(OH)₃在水中存在平衡：B(OH)₃ + H₂O ⇌ H⁺ + [B(OH)₄]⁻(常温下，Kₐ=10⁻⁹.²⁴)；B(OH)₃与 NaOH 溶液反应可制备硼砂 Na₂B₄O₅(OH)₄·8H₂O。常温下，在 0.10 mol·L⁻¹硼砂溶液中，[B₄O₅(OH)₄]²⁻水解生成等物质的量浓度的 B(OH)₃和[B(OH)₄]⁻，该水解反应的离子方程式为____，该溶液的 pH=____。
(2) 滤渣Ⅰ的主要成分是Mg(OH)₂、CaSO₄(填化学式)；精制Ⅰ后溶液中 Li⁺的浓度为 2.0 mol·L⁻¹，则常温下精制Ⅱ过程中 CO₃²⁻浓度应控制在5.5×10⁻³mol·L⁻¹以下。若脱硼后直接进行精制Ⅰ，除无法回收 HCl 外，还将增加Na₂CO₃、CaO(填化学式)的用量。
(3) 精制Ⅱ的目的是除钙；进行操作 X 时应选择的试剂是HCl，若不进行该操作而直接浓缩，将导致浓缩时有Li₂CO₃沉淀析出，最终所得Li₂CO₃的产率减小。

答案：
(1)[B₄O₅(OH)₄]²⁻+5H₂O⇌2B(OH)₃+2[B(OH)₄]⁻
9.24
(2)Mg(OH)₂、CaSO₄5.5×10⁻³Na₂CO₃、CaO
(3)除钙HCl浓缩时有Li₂CO₃沉淀析出，最终所得Li₂CO₃的产率减小
解析
(1)依据信息"[B₄O₅(OH)₄]²⁻水解生成等物质的量浓度的B(OH)₃和[B(OH)₄]⁻"，可写出水解反应的离子方程式为[B₄O₅(OH)₄]²⁻+5H₂O⇌2B(OH)₃+2[B(OH)₄]⁻；已知B(OH)₃+H₂O⇌H⁺+[B(OH)₄]⁻的Kₐ=c(H⁺)·c([B(OH)₄]⁻)/c(B(OH)₃)=10⁻⁹.²⁴，因在硼砂溶液中B(OH)₃和[B(OH)₄]⁻浓度相等，故Kₐ=c(H⁺)，可得c(H⁺)=10⁻⁹.²⁴mol·L⁻¹，则溶液中pH=9.24。
(2)依据流程中加入试剂的顺序知，精制I中加入的CaO可与水反应产生Ca(OH)₂，其目的是除去水浸后溶液中的Mg²⁺和SO₄²⁻，因此滤渣I为Mg(OH)₂和CaSO₄；精制II中Li⁺不能转化为Li₂CO₃沉淀，因此Qc(Li₂CO₃)＜Kₛₚ(Li₂CO₃)，c²(Li⁺)·c(CO₃²⁻)=(2.0)²·c(CO₃²⁻)＜2.2×10⁻²，解得c(CO₃²⁻)＜5.5×10⁻³mol·L⁻¹，即常温下精制II过程中c(CO₃²⁻)应控制在5.5×10⁻³mol·L⁻¹以下；若破硼后直接进行精制I，则滤液中含HCl，会消耗后续操作中更多的生石灰，引入更多的Ca²⁺，进而需要消耗更多的纯碱除去Ca²⁺，因此除无法回收HCl外，还将增加CaO、Na₂CO₃的用量。
(3)精制II加入纯碱的目的是进一步除去溶液中的Ca²⁺；依据流程知，精制II后滤液中存在Na⁺、Li⁺、Cl⁻、OH⁻、CO₃²⁻，因此进行操作X时应选择的试剂是HCl，用来除去滤液中的CO₃²⁻，防止对后续浓缩、沉锂过程造成干扰；若不进行该操作，则一部分Li⁺在浓缩时会转化为Li₂CO₃沉淀析出，导致最终所得Li₂CO₃的产率减小。