Question

蛇紋石是一種富鎂硅酸鹽礦物的總稱，因其顏色青綠相間酷似蛇皮而得名．蛇紋石可以看作由MgO、FeO和
Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成．工業(yè)上由蛇紋石制取堿式碳酸鎂產(chǎn)品的流程如下：

（1）蛇紋石加鹽酸溶解后，溶液里除了Mg²⁺、Al³⁺外，還含有的金屬離子是

 

．
（2）向Ⅰ中加入氧化劑的作用是

 

，
加入Ca（OH）₂時，需要控制溶液pH在7～8之間（有關(guān)氫氧化物沉淀的pH見下表）．

氫氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Mg（OH）2
開始沉淀pH	1.5	3.3	9.4

若pH＞8可能會導(dǎo)致

 

溶解、

 

沉淀．
（3）沉淀物A可作為提取紅色顏料的原料，若向沉淀物A中加入

 

，然后過濾、洗滌、

 

（填寫實(shí)驗(yàn)操作名稱），即可獲得紅色顏料，實(shí)現(xiàn)廢物的綜合利用．
（4）物質(zhì)循環(huán)使用，能節(jié)約資源．上述實(shí)驗(yàn)中，可以循環(huán)使用的物質(zhì)是

 

（填寫物質(zhì)化學(xué)式）．
（5）若產(chǎn)品的化學(xué)式用aMgCO₃?bMg（OH）₂?cH₂O表示，現(xiàn)稱取18.2g產(chǎn)品并使之完全分解，收集到3.36L 
CO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）和8.0g MgO，通過計(jì)算確定產(chǎn)品的化學(xué)式中：a=

 

，b=

 

，c=

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),常見金屬元素的單質(zhì)及其化合物的綜合應(yīng)用

專題：

分析：（1）蛇紋石可以看作由MgO、FeO和Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成，蛇紋石加鹽酸溶解后，MgO、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應(yīng)溶解，而SiO₂和HCl不反應(yīng)，不能溶解；
（2）這時溶液中的Fe³⁺、Al³⁺是雜質(zhì)，但除去Fe³⁺、Al³⁺的過程中一定不能將Mg²⁺損失，為了達(dá)到這個目的，根據(jù)題中提示應(yīng)用的原理是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺和Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，只要加入一種能消耗H⁺的物質(zhì)即可使上述水解平衡向正反應(yīng)方向移動，除去Fe³⁺、Al³⁺，該方案使用加Ca（OH）₂的方法，但此步加入Ca（OH）₂不能太多，需將溶液的pH控制在7～8；若pH小于7，Al³⁺不能完全沉淀；若pH過高導(dǎo)致生成的Al（OH）₃又發(fā)生反應(yīng)Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O而溶解，同時Mg²⁺也轉(zhuǎn)化為沉淀而損失；
（3）制純凈Fe₂O₃，應(yīng)先將其中含有的少量Al（OH）₃除去，除去Al（OH）₃的方法是利用它能溶于強(qiáng)堿的性質(zhì)；
（4）此過程中CO₂是可以重復(fù)使用的；
（5）確定產(chǎn)品aMgCO₃?bMg（OH）₂?cH₂O中a、b、c的值，依據(jù)需定的數(shù)據(jù)樣品質(zhì)量，結(jié)合元素守恒計(jì)算得到；

解答： 解：（1）蛇紋石加鹽酸溶解，MgO、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應(yīng)溶解，反應(yīng)方程式分別為：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，F(xiàn)eO+2HCl=FeCl₂+H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O．而SiO₂不與鹽酸反應(yīng)，以沉淀的形式除去，故溶液里除了Mg²⁺、Al³⁺外，還含有的金屬離子是Fe³⁺、Fe²⁺；
故答案為：Fe³⁺、Fe²⁺；
（2）這時溶液中的Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺是雜質(zhì)，但除去Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺的過程中一定不能將Mg²⁺損失，為了達(dá)到這個目的，先加入氧化劑，將Fe²⁺氧化成Fe³⁺或?qū)�Fe（OH）₂氧化成Fe（OH）₃，根據(jù)題中提示應(yīng)用的原理是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺和Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，只要加入一種能消耗H⁺的物質(zhì)即可使上述水解平衡向正反應(yīng)方向移動，除去Fe³⁺、Al³⁺，該方案使用加Ca（OH）₂的方法，但此步加入Ca（OH）₂不能太多，需將溶液的pH控制在7～8；若pH小于7，Al³⁺不能完全沉淀；若pH過高導(dǎo)致生成的Al（OH）₃又發(fā)生反應(yīng)Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O而溶解，同時Mg²⁺也轉(zhuǎn)化為沉淀而損失；
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺或?qū)�Fe（OH）₂氧化成Fe（OH）₃；Al（OH）₃；Mg²⁺；
（3）制純凈Fe₂O₃，應(yīng)先將其中含有的少量Al（OH）₃除去，除去Al（OH）₃的方法是利用它能溶于強(qiáng)堿的性質(zhì)．
Al（OH）₃能溶于強(qiáng)堿；故可A中加入氫氧化鈉，氫氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，偏鋁酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，過濾得到氫氧化鐵沉淀，灼燒氫氧化鐵沉淀得到氧化鐵；離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；2Fe（OH）3

△   .

Fe₂O₃+3H₂O
故答案為：NaOH溶液；灼燒；
（4）依據(jù)流程分析，反應(yīng)過程中參加費(fèi)用，最后有生成可以循化使用，所以此過程中CO₂是可以重復(fù)使用的；
故答案為：CO₂；
（5）m（樣品）=18.2g，m（CO₂）=6.6g，m（MgO）=8.0g，堿式碳酸鎂分解：aMgCO₃?bMg（OH）₂?cH₂O

高溫  .

（a+b）MgO+aCO₂↑+（b+c）H₂O↑，
根據(jù)質(zhì)量守恒得：m（H₂O）=18.2g-6.6g-8.0g=3.6g，
則m（MgO）═0.2mol，
n（CO₂）═0.15mol，
n（H₂O）═0.2mol，
得：a：b：c=0.15：0.05：0.15=3：1：3，
故答案為：3；1；3．

點(diǎn)評：本題主要考查元素化合物中金屬鋁、鐵的性質(zhì)，解題時不僅需熟知物質(zhì)間的反應(yīng)原理，還需靈活運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，難度較大．