Question

七水硫酸鎂（MgSO₄?7H₂O）在印染、造紙和醫(yī)藥等工業(yè)上都有廣泛的應用，利用化工廠生產(chǎn)硼砂的廢渣-一硼鎂泥可制取七水硫酸鎂．硼鎂泥的主要成分是MgCO₃，還含有其他雜質(zhì)（MgO、SiO₂、Fe₂O₃、FeO、CaO、Al₂O₃、MnO等）．
表1　部分陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mn（OH）2	Mg（OH）2
pH值	5.2	3.2	9.7	10.4	11.2

表2　兩種鹽的溶解度（單位為g/100g水）

溫度/℃	10	30	40	50	60
CaSO4	0.19	0.21	0.21	0.20	0.19
MgSO4?7H2O	30.9	35.5	40.8	45.6	/

硼鎂泥制取七水硫酸鎂的工藝流程如下：

根據(jù)以上流程圖并參考表格pH數(shù)據(jù)和溶解度數(shù)據(jù)，試回答下列問題：
（1）沉淀C的化學式是

 

（2）過濾Ⅲ需趁熱過濾的理由是

 

（3）操作Ⅰ和操作Ⅱ的名稱分別為

 

、

 

（4）濾液I中加入硼鎂泥，調(diào)節(jié)溶液的pH=5～6，可除去濾液Ⅰ中

 

（填離子符號）；加入NaClO溶液加熱煮沸，可將Fe²⁺氧化成Fe³⁺的同時，還會將溶液中的Mn²⁺氧化成MnO₂，寫出Mn²⁺被氧化成MnO₂的離子反應方程式為

 

（5）硼鎂泥是硼鎂礦生產(chǎn)硼砂（Na₂B₄O₇?10H₂O）時的廢渣．將硼鎂礦（Mg₂B₂O₅?H₂O）煅燒、粉碎后加水和純堿，在加熱加壓下通入CO₂可得硼砂．此反應為熵減小反應，試寫出反應方程式

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設(shè)計,難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),物質(zhì)的分離、提純和除雜

專題：電離平衡與溶液的pH專題

分析：由制備流程可知，向廢渣M中加硫酸時SiO₂不溶解，NaClO具有氧化性，能將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，PH=5～6時Fe（OH）₃、Al（OH）₃生成沉淀，則沉淀B中除MnO₂、SiO₂外還含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃，加熱煮沸的主要目的是促進Al³⁺、Fe³⁺水解，由于CaSO₄的溶解度隨溫度的變化不大，而MgSO₄在溫度較高時易溶于水，趁熱過濾利于分離硫酸鈣和硫酸鎂，并防止MgSO₄在溫度低時結(jié)晶析出，所以過濾Ⅲ需趁熱過濾，過濾得到的沉淀C為CaSO₄?2H₂O或CaSO₄，濾液中主要含硫酸鎂，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到MgSO₄?7H₂O，以此來解答．

解答： 解：向廢渣M中加硫酸時SiO₂不溶解，NaClO具有氧化性，能將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，PH=5～6時Fe（OH）₃、Al（OH）₃生成沉淀，則沉淀B中除MnO₂、SiO₂外還含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃，加熱煮沸的主要目的是促進Al³⁺、Fe³⁺水解，由于CaSO₄的溶解度隨溫度的變化不大，而MgSO₄在溫度較高時易溶于水，趁熱過濾利于分離硫酸鈣和硫酸鎂，并防止MgSO₄在溫度低時結(jié)晶析出，所以過濾Ⅲ需趁熱過濾，過濾得到的沉淀C為CaSO₄?2H₂O或CaSO₄，濾液中主要含硫酸鎂，然后蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾得到MgSO₄?7H₂O，
（1）由上述分析可知，沉淀C為CaSO₄?2H₂O或CaSO₄，故答案為：CaSO₄?2H₂O或CaSO₄；  
（2）過濾Ⅲ需趁熱過濾的理由是以防MgSO₄在溫度低時結(jié)晶析出，故答案為：以防MgSO₄在溫度低時結(jié)晶析出；
（3）由上述分析可知，操作I、操作Ⅱ的名稱分別為蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶，故答案為：蒸發(fā)濃縮；冷卻結(jié)晶；
（4）NaClO溶液在加熱條件下將溶液中的Mn²⁺氧化成MnO₂，反應的離子方程式為Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂↓+2H⁺+Cl^-，鹽類的水解為吸熱反應，加熱有利于Al³⁺、Fe³⁺水解
以及Mn²⁺氧化成MnO₂，而調(diào)節(jié)溶液的pH=5～6，可除去濾液Ⅰ中Al³⁺、Fe³⁺，故答案為：Al³⁺、Fe³⁺；Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂↓+2H⁺+Cl^-；
（5）Mg₂B₂O₅?H₂O煅燒、粉碎后加水和純堿，在加熱加壓下通入CO₂可得硼砂，此反應為熵減小反應，則反應后不生成氣體，由原子守恒可知，生成硼砂和碳酸鎂，該反應為2Mg₂B₂O₅+Na₂CO₃+3CO₂+10H₂O=Na₂B₄O₇?10H₂O+4MgCO₃，故答案為：2Mg₂B₂O₅+Na₂CO₃+3CO₂+10H₂O=Na₂B₄O₇?10H₂O+4MgCO₃．

點評：本題考查制備實驗方案的設(shè)計，為高頻考點，把握物質(zhì)的制備的流程、理解反應原理為解答的關(guān)鍵，涉及物質(zhì)的制備、除雜，涉及物質(zhì)的檢驗以及沉淀的轉(zhuǎn)化等知識，題目較為綜合，有一定難度，本題注意要認真分析題中數(shù)據(jù)，考查學生的分析能力，題目難度中等．