3．閱讀下面材料，回答問題。
人類賴以生存的環(huán)境由自然環(huán)境和社會環(huán)境組成。自然環(huán)境由生物圈、巖石圈、大氣圈、水圈組成（如圖1所示），四個圈層經(jīng)過漫長演化，既相對穩(wěn)定、動態(tài)平衡，又相互作用、不斷變化，各圈層之間的物質(zhì)和能量不停循環(huán)，這些循環(huán)既跟物質(zhì)的組成、結構和性質(zhì)有關，也受人類活動的影響，并通過復雜的物理變化和化學變化實現(xiàn)。
（一）內(nèi)涵決定身份--物質(zhì)的組成與分類
（1）用化學符號填空：
巖石圈中含量最高的金屬元素是
。大氣圈中含量最高的物質(zhì)是
。水圈中含量最高的元素是
。土壤中能促進農(nóng)作物根系發(fā)達的元素是
。
（2）按要求填表：
| 物質(zhì)所屬圈層 |
物質(zhì)名稱 |
物質(zhì)的化學式 |
用符號表示構成物質(zhì)的微粒 |
物質(zhì)類別 |
| 生物圈 |
蔗糖 |
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| 大氣圈 |
氬氣 |
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| 水圈 |
氫氧化鈣 |
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| 巖石圈 |
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Na+、SiO32- |
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（二）甲烷--小分子，大作為
在圖1的四大圈層中，有下列6種物質(zhì)：①甲烷；②水；③二氧化碳；④一氧化碳；⑤氫氣；⑥氧氣。構成這些物質(zhì)的分子雖然簡單，但這些物質(zhì)有的是人類賴以生存的基本物質(zhì)，有的是物質(zhì)循環(huán)關鍵物質(zhì)，有的是人類社會生產(chǎn)活動必需的物質(zhì)。請回答：
（1）在這6種物質(zhì)中，元素種類共有
種，人類的生命活動不可缺少的物質(zhì)有
（填化學式，下同），植物生長必需的物質(zhì)有
，元素種類完全相同的物質(zhì)是
。
（2）甲烷是最重要的基礎有機物之一，不僅可做燃料，還能發(fā)生如下反應：
①在隔絕空氣和1000℃條件下，甲烷分解產(chǎn)生炭黑和氫氣；
②在隔絕空氣和1500℃條件下，甲烷分解產(chǎn)生乙炔和氫氣；
③在1400℃條件下，適當比例的甲烷和氧氣反應生成氫氣和一氧化碳；
④在800℃和催化劑條件下，適當比例的甲烷和二氧化碳反應生成氫氣和一氧化碳。
試寫出上述②～④三個反應的化學方程式：
②
；
③
；
④
；
（3）在反應①～④中，屬于置換反應的有
。
在反應①和②中，反應物相同，而生成物不同，從微觀的角度看，是因為反應條件不同導致
。
③和④兩個反應的反應物不同，但生成物相同，從物質(zhì)組成的角度看，其原因是
。
在實際生產(chǎn)中，反應③需要按比例控制氧氣不能超量，從物質(zhì)性質(zhì)的角度看，原因是
。
（三）柔之力--神奇的水溶液
水在生活、生產(chǎn)和科學實驗中應用廣泛。巖石圈約有四分之三被水覆蓋，其中的某些物質(zhì)被水溶解，其隨水的天然循環(huán)在水圈中富集，富集后的物質(zhì)可能再次沉積到巖石圈。
圖2是氯化鈉和碳酸鈉的溶解度曲線。據(jù)圖回答下列問題：
（1）青海湖區(qū)的人們有一種經(jīng)驗，冬天撈“堿”、夏天曬鹽，這里的“堿”指純堿，鹽指氯化鈉，他們所依據(jù)的原理是
。
（2）純堿是一種重要的化工原料，但僅用物理方法從鹽湖中“撈堿”遠遠不能滿足需求，工業(yè)上主要利用從水圈中獲得的食鹽來制備純堿，其反應的化學方程式是
、
。
（3）為確定某白色固體是碳酸鈉還是氯化鈉，在20℃時，取2.5g樣品加入盛有10g水的燒杯中，充分攪拌后現(xiàn)象如圖3所示，則固體粉末是
。若將該溶液升溫到40℃時，則所得溶液溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為
。
（四）金屬--工業(yè)的脊梁
金屬及合金廣泛應用于生活、生產(chǎn)和航天軍工。
資料：水圈和巖石圈中含有豐富的鎂元素。工業(yè)生產(chǎn)中，可用菱鎂礦做原料制備金屬鎂，流程如圖4所示：
請回答下列問題：
（1）已知①和②屬于分解反應，化學方程式分別為
和
。
（2）通過化學反應，以巖石圈的礦石為原料還可以制備很多其他金屬，請舉一例說明（用化學方程式表示其制備原理）
。
（3）圖5是鎂原子結構示意圖，鎂化學性質(zhì)活潑，原因是
。四大圈層中含有下列物質(zhì)：①硫酸鋅；②氯化鈉；③硫酸；④氫氧化鈣；⑤氧氣。其中能和鐵反應的物質(zhì)有（填序號）
。
（4）小梅同學將點燃的鎂條伸入盛二氧化碳的集氣瓶中，看到鎂條劇烈燃燒，發(fā)出耀眼白光，瓶壁上有黑色物質(zhì)生成，她認為這種黑色物質(zhì)是碳單質(zhì)。在上述過程中，小梅運用的科學方法有
。
