Химия
8 класс
Вопрос
Один широко применяемый металл добывают, в частности, с использованием веществ, содержащихся в больших количествах в море. «Неморское» происхождение в производстве этого металла имеет лишь топливо, которое обеспечивает необходимую электрическую энергию. На представлена схема установки по выделению и производству этого металла, которая работает во Фрипорте на берегу Мексиканского залива. Прямоугольниками здесь обозначены аппараты, где осуществляются химические или физические процессы. Линиями изображены трубопроводы для транспортировки реагентов. Для облегчения решения задачи мы назовем, что транспортируется по некоторым из линий: 1 - раковины морских моллюсков; 2 - сточные воды конденсата; 6 - морская вода; 13 - водород из электролизеров.
а. Установите, о каком металле идет речь и где он применяется.
б. Объясните, какие химические реакиии или физические процессы осуществляются в аппаратах, обозначенных буквами $A \cdots H$, и какие вещества транспортируются по линиям 1-16.
Ответ
На рисунке показана схема установки для добычй магния из морской воды. Этот металл широко используется
я производства легких сплавов для авиационной промышленности (которые включают до 90% магния, а также алюминий, цинк, марганец, кремний, кадмий, олово и др.). Магний входит в состав алюминиевых сплавов, устойчивых к воздействию морской воды, и ряда сплавов на основе цинка. Чистый магний не находит применения в конструкционных материалах, однако он широко используется для катодной защиты, как компонент зажигательных смесей, поглотитель газов (в радиоэлектронной аппаратуре), восстановитель (в металлургии - при производстве бериллия и титана), а также как реагент в органическом синтезе для получения магний-органических соединений (реактивов Гриньяра).
Магний добывают из морской воды в ходе нижеследующих процессов.
Раковины морских моллюсков, состоящие главным образом из карбоната кальция, при обжиге подвергаются разложению ($А$)
$CaCO_3 = CO_2 + CaO$.
Газообразный $CO_2$ улетучивается при нагревании (2). Окись кальция по линии 4 поступает в аппарат $В$, где осуществляется «гашение извести»
$CaO + H_2O = Ca(OH)_2$.
Гидроксид кальция по линии 5 вводится в реактор $С$, где при строго контролируемой величине рН производится осаждение
$Mg^{2+} + 2OH^{-} = Mg(OH)_2$.
Выпавший гидроксид магния отфильтровывается ($D$), а затем под действием соляной кислоты превращается в реакторе $Е$ в хлорид магния
$Mg(OH)_2 + 2HCl = MgCl_2 + 2H_2O$.
По линии 8 отводятся щелоки после нейтрализации, а по линии 10 раствор хлорида магния подается в выпарные аппараты, где упаривается и выделяется в частично обезвоженном виде $MgCl_2 \cdot 1,25H_2O$. Далее по линии 15 раствор поступает в электролизер $H$. В качестве добавок (плавня) используют $NaCl$ и $CaCl_2$. При электролизе происходят бедующие основные процессы:
$Mg^{2+} + 2 e = Mg$,
$2Cl^{-} - 2 e = Cl_2$.
Расплавленный магний собирается на поверхности, откуда удаляется по линии 16, а хлор направляется в горелки $G$ где реагирует с водородом
$H_2 + Cl_2 = 2HCl$.
Газообразный хлористый водород поглощается водой, полу, ченной в процессе обезвоживания хлорида магния, и раствор соляной кислоты по линии 11 поступает в нейтрализатор $Е$.