Question

【題目】某化學(xué)實(shí)驗(yàn)室以一種工業(yè)上的廢渣(廢渣主要含有MgCO3、MgSiO3和少量Fe、Al的氧化物)為原料，制備MgCO3·3H2O。實(shí)驗(yàn)流程如下圖所示：

（1）為了加快廢渣的酸溶速率，可采取的辦法有_________(任寫一點(diǎn))，酸溶時(shí)廢渣中主要成分發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為___________________________________。

（2）加入30%H2O2的目的是__________________________________。

（3）用萃取分液的方法除去溶液中的Fe3+

萃取分液完成后，檢驗(yàn)水相中是否含有Fe3+的最佳試劑是__________________________。

（4）室溫下，除去MgSO4溶液中的A13+(使Al3+濃度小于1×10-6mol/L)而不引入其它雜質(zhì)，應(yīng)加入的試劑X為__________，應(yīng)調(diào)節(jié)pH的范圍為_________________。

已知：①Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33 ②pH=8.5 時(shí)，Mg(OH)2開始沉淀

（5）下圖為不同反應(yīng)溫度下所得水合碳酸鎂的X射線衍射譜圖。由圖可知，干燥時(shí)需控制溫度范圍為___________________，溫度較高時(shí)MgCO3·3H2O發(fā)生轉(zhuǎn)化的化學(xué)方程式為_______________________________。

Answer 1

【答案】 升高溫度、攪拌、提高硫酸濃度等 MgCO3+2H+=Mg2++H2O+CO2↑ MgSiO3+2H+=Mg2++H2SiO3 將Fe2+氧化為Fe3+ ，便于除去 KSCN 溶液 MgO、Mg(OH)2、MgCO3或Mg2(OH)2 CO3 5.0＜pH＜8.5 293K~313K（313K以下也可） 5MgCO3·3H2O =Mg5 (OH)2 (CO3)4· 4H2O+CO2↑+10H2O

【解析】試題分析：本題通過“用工業(yè)廢料制備MgCO3·3H2O”的研究，主要考查外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響、離子反應(yīng)方程式、化學(xué)方程式、Fe2+的還原性、Fe3+檢驗(yàn)、溶度積的計(jì)算等基礎(chǔ)知識，考查考生對流程圖的分析能力、溶度積的認(rèn)識和理解、X射線衍射譜圖的分析能力和化學(xué)知識的綜合運(yùn)用能力。

解析：（1）廢渣中的MgCO3、MgSiO3、Fe、Al分別與H2SO4反應(yīng)生成MgSO4、FeSO4、Al2(SO4)3、H2SiO3等，根據(jù)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素相關(guān)知識，為了提高酸溶速率，可以采取粉碎固體、適當(dāng)升高溶液溫度、適當(dāng)提高硫酸濃度、攪拌等措施。正確答案：粉碎固體（或者適當(dāng)升高溶液溫度、適當(dāng)提高硫酸濃度等）、MgCO3+2H+=Mg2++H2O+CO2↑及MgSiO3+2H+=Mg2++H2SiO3。（2）酸溶后過濾除去H2SiO3，溶液中加入30%的H2O2可以將Fe2+氧化成Fe3+，這樣便可以在下一步用有機(jī)溶劑通過萃取除去Fe3+。正確答案：將Fe2+氧化為Fe3+ ，便于萃取除去。（3）萃取完成后，檢驗(yàn)Fe3+可以取萃取后的水溶液，加入KSCN溶液，混合溶液不變成紅色說明不含Fe3+。正確答案：KSCN溶液。（4）萃取分液后還需要除去Al3+，可以加入MgO（或者Mg(OH)2、或MgCO3）消耗H+使溶液酸性減弱進(jìn)而生成Al(OH)3沉淀。根據(jù)Al(OH)3的溶度積常數(shù)， ，則c(OH-)=1×10-9mol/L，c(H+)=1×10-5mol/L，pH=5。既當(dāng)溶液pH=5時(shí)，Al(OH)3開始沉淀，而pH=8.5時(shí)，Mg(OH)2開始沉淀，因此為了除去Al3+并確保Mg2+不損失，需控制溶液pH為5~8.5。正確答案：MgO（或Mg(OH)2、或MgCO3、或Mg2(OH)2 CO3）、5.0~8.5（或5.0＜pH＜8.5）。（5）從圖中可以得知，當(dāng)溫度升高至313K以上， MgCO3·3H2O就有可能發(fā)生反應(yīng)，323K既更高溫度下，MgCO3·3H2O轉(zhuǎn)變成Mg5 (OH)2 (CO3)4· 4H2O，影響產(chǎn)品質(zhì)量。所以溫度應(yīng)當(dāng)控制在313K以下。323K時(shí)已知的變化為MgCO3·3H2O→Mg5 (OH)2 (CO3)4· 4H2O，同時(shí)生成的產(chǎn)物只可能是CO2、H2O，配平得5MgCO3·3H2O =Mg5 (OH)2 (CO3)4· 4H2O+CO2↑+10H2O。正確答案：313K以下（或293K~313K）、5MgCO3·3H2O =Mg5 (OH)2 (CO3)4· 4H2O+CO2↑+10H2O。