Question

9．碳酸鎂晶須是一種新型吸波隱形材料中的增強(qiáng)劑．某工廠以MgCl₂（含少量雜質(zhì)FeCl₂、FeCl₃）為原料制備碳酸鎂晶須（MgCO₃•H₂O）的工藝流程如下：

已知：Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺生成氫氧化物沉淀時的pH

物質(zhì)	開始沉淀	沉淀完全
Fe（OH）3	2.7	3.7
Fe（OH）2	7.6	9.6
Mg（OH）2	9.9	11.1

注：Fe（OH）₂沉淀呈絮狀，不易從溶液中除去．
（1）寫出“氧化”過程中發(fā)生的離子反應(yīng)方程式并用單線橋標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目．
（2）pH調(diào)節(jié)的范圍3.7～9.9之間，濾渣的主要成分Fe（OH）₃（填化學(xué)式）．
（3）操作X包括過濾、洗滌、烘干，證明碳酸鎂晶須已經(jīng)洗滌干凈的方法取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化，再加入硝酸銀溶液，沒有白色沉淀生成，說明洗滌干凈．
（4）水浸后溶液中Fe²⁺、Fe³⁺含量的測定
①取水浸后溶液100.00mL，測得Cl^-的濃度為0.455mol•L^-1，向其中緩緩?fù)ㄈ肼葰馐笷e²⁺恰好完全轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，測得此時溶液中Cl^-的濃度為0.460mol•L^-1（溶液體積變化忽略不計）．
②另取水浸后溶液100.00mL，向其中加入過量的1mol•L^-1NaOH溶液，充分反應(yīng)后過濾、洗滌、灼燒，冷卻后，稱得固體粉末的質(zhì)量為0.96g．
試通過計算確定水浸后溶液中Fe²⁺、Fe³⁺的物質(zhì)的量濃度（寫出計算過程）．

Answer 1

分析 原料水浸加入過氧化氫，將亞鐵離子氧化為鐵離子，再調(diào)節(jié)pH，使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵而除去，過濾后，濾液中氨水與碳酸氫銨得到沉淀，再過濾、洗滌、烘干得到碳酸鎂晶須．
（1）氧化過程發(fā)生反應(yīng)：H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（2）“調(diào)節(jié)pH”目的是使Fe³⁺等雜質(zhì)離子生成氫氧化物沉淀除去，且盡量避免Mg²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀；
（3）碳酸鎂晶須表面會附著氯離子等，可以用硝酸銀溶液檢驗最后洗滌液中是否含有氯離子判斷是否洗滌干凈；
（4）通入氯氣發(fā)生反應(yīng)：Cl₂^-+2Fe²⁺═2Fe³⁺+2Cl^-，氯離子濃度變化量等于溶液中亞鐵離子濃度；
將加入NaOH溶液得到的沉淀洗滌、灼燒，最終得到Fe₂O₃，根據(jù)Fe原子守恒計算n（Fe³⁺），進(jìn)而計算溶液中的Fe³⁺的濃度．

解答 解：原料水浸加入過氧化氫，將亞鐵離子氧化為鐵離子，再調(diào)節(jié)pH，使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵而除去，過濾后，濾液中氨水與碳酸氫銨得到沉淀，再過濾、洗滌、烘干得到碳酸鎂晶須．
（1）氧化過程發(fā)生反應(yīng)：H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺═2Fe³⁺+2H₂O，用單線橋標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目為：，
故答案為：；
（2）“調(diào)節(jié)pH”目的是使Fe³⁺等雜質(zhì)離子生成氫氧化鐵沉淀除去，且盡量避免Mg²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，根據(jù)各氫氧化物沉淀生成的pH與沉淀完全的pH，可知應(yīng)控制pH在3.7～9.9之間，濾渣的主要成分為Fe（OH）₃，
故答案為：3.7～9.9之間；Fe（OH）₃；
（3）碳酸鎂晶須表面會附著氯離子等，取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化，再加入硝酸銀溶液，沒有白色沉淀生成，說明洗滌干凈，
故答案為：取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化，再加入硝酸銀溶液，沒有白色沉淀生成，說明洗滌干凈；
（4）通入氯氣發(fā)生反應(yīng)：Cl₂^-+2Fe²⁺═2Fe³⁺+2Cl^-，根據(jù)方程式可知，氯離子濃度變化量等于溶液中亞鐵離子濃度，則溶液中c（Fe²⁺）=△c（Cl^-）=0.460mol/L-0.455mol/L=0.005mol/L，
將加入NaOH溶液得到的沉淀洗滌、灼燒，最終得到MgO和Fe₂O₃，設(shè)其物質(zhì)的量分別為xmol和ymol，根據(jù)電荷守恒有2x+6y=0.0460mol，根據(jù)題意有40x+160y=0.96，所以x=0.04mol，y=0.001mol，所以根據(jù)Fe原子守恒n（Fe³⁺）=0.001mol×2-0.005mol/L×0.1L=0.0015mol，故溶液中的Fe³⁺的濃度為0.015mol/L，
答：水浸后溶液中Fe²⁺的濃度為0.005mol/L，F(xiàn)e³⁺的物質(zhì)的量濃度為0.015mol/L．

點評 本題考查學(xué)生對工藝流程的理解、氧化還原反應(yīng)、對條件的控制選擇與理解等，理解工藝流程原理是解題的關(guān)鍵，是對學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，題目難度中等．