Question

20．硼鎂泥是一種工業(yè)廢料，主要成份是MgO（占40%），還有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)，以此為原料制取的硫酸鎂，可用于印染、造紙、醫(yī)藥等工業(yè)．從硼鎂泥中提取MgSO₄•7H₂O的流程如圖1．

已知：某些氫氧化物沉淀的pH如下表所示．

氫氧化物	開始沉淀時(shí)的pH	完全沉淀時(shí)的pH
Mg（OH）2	9.3	10.8
Fe（OH）2	7.6	9.6
Fe（OH）3	2.7	3.7
Al（OH）3	3.7	4.7

根據(jù)題意回答第（1）～（6）題：
（1）在酸解過(guò)程中，欲加快酸解時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速率，請(qǐng)?zhí)岢鰞煞N可行的措施：適當(dāng)升溫、把硼鎂泥粉碎、或攪拌、或適當(dāng)增加硫酸濃度．
（2）加入的NaClO可與Mn²⁺反應(yīng)：Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂↓+2H⁺+Cl^-，還有一種離子也會(huì)被NaClO氧化，并發(fā)生水解，該反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^-+4H⁺．
（3）濾渣的主要成份除含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂外，還有SiO₂、CaSO₄．
（4）已知MgSO₄、CaSO₄的溶解度如下表：

溫度（℃）	40	50	60	70
MgSO4	30.9	33.4	35.6	36.9
CaSO4	0.210	0.207	0.201	0.193

“除鈣”是將MgSO₄和CaSO₄混合溶液中的CaSO₄除去，根據(jù)上表數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)要說(shuō)明操作步驟是蒸發(fā)濃縮，趁熱過(guò)濾．“操作I”是將濾液繼續(xù)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾洗滌，便得到了MgSO₄•7H₂O．
（5）實(shí)驗(yàn)中提供的硼鎂泥共100g，得到的MgSO₄•7H₂O為172.2g，計(jì)算MgSO₄•7H₂O的產(chǎn)率為70%．（保留兩位有效數(shù)字）
（6）金屬鎂可用于自然水體中鐵件的電化學(xué)防腐，完成圖2防腐示意圖，并作相應(yīng)標(biāo)注．

Answer 1

分析 硼鎂泥是一種工業(yè)廢料，主要成份是MgO（占40%），還有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)，加入硫酸酸解PH=1，得到溶液硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸錳、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁，加入次氯酸鈉氧化亞鐵離子為鐵離子，沉淀錳離子，過(guò)濾后的濾液中利用溶解度隨溫度變化，除去硫酸鈣，得到硫酸鎂溶液，通過(guò)蒸發(fā)濃縮趁熱過(guò)濾得到MgSO₄•7H₂O；
（1）影響反應(yīng)速率的外界因素通常有溫度和濃度，固體溶解時(shí)還可以通過(guò)攪拌、粉碎；
（2）次氯酸根離子具有強(qiáng)的氧化性，除能夠氧化二價(jià)錳離子生成二氧化錳；因亞鐵離子也具有還原性，能夠被次氯酸鈉氧化，生成的Fe³⁺很容易水解生成Fe（OH）₃；
（3）硼鎂泥主要成份是MgO，還有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)，其中酸溶時(shí)只有SiO₂不溶于水，生成的CaSO₄是微溶于水的，經(jīng)氧化調(diào)整溶液pH后，還有Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂不溶物生成，都可以通過(guò)過(guò)濾進(jìn)入濾渣；
（4）根據(jù)表中溫度對(duì)硫酸鎂、硫酸鈣的影響完成，溫度越高，硫酸鈣溶解度越小，濾液蒸發(fā)結(jié)晶后得到的晶體，可利用過(guò)濾得到；
（5）根據(jù)硼鎂泥中MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（占40%），計(jì)算出生成MgSO₄•7H₂O質(zhì)量及產(chǎn)率；
（6）金屬的防腐措施有多種，利用電化原理防護(hù)的犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法和外接電源的陰極保護(hù)法．

解答 解：硼鎂泥是一種工業(yè)廢料，主要成份是MgO（占40%），還有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)，加入硫酸酸解PH=1，得到溶液硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸錳、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁，加入次氯酸鈉氧化亞鐵離子為鐵離子，沉淀錳離子，過(guò)濾后的濾液中利用溶解度隨溫度變化，除去硫酸鈣，得到硫酸鎂溶液，通過(guò)蒸發(fā)濃縮趁熱過(guò)濾得到MgSO₄•7H₂O；
（1）在酸解過(guò)程中，可以通過(guò)升高溫度、將固體粉碎、適當(dāng)提高硫酸溶液的濃度并用玻璃棒攪拌等來(lái)加快酸解時(shí)的化學(xué)反應(yīng)速率，
故答案為：適當(dāng)升溫；把硼鎂泥粉碎、或攪拌、或適當(dāng)增加硫酸濃度；
（2）溶液中含有Fe²⁺，具有還原性，可與NaClO發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O，生成的Fe³⁺很容易水解生成Fe（OH）₃的離子方程式為Fe³⁺+3H₂O═Fe（OH）₃+3H⁺，總反應(yīng)式為2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^-+4H⁺，
故答案為：2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^-+4H⁺；
（3）濾渣的成分包括Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂、SiO₂及少量微溶的CaSO₄，則還有SiO₂、CaSO₄，
故答案為：SiO₂、CaSO₄；
（4）有溫度對(duì)硫酸鎂、硫酸鈣的溶解度影響，溫度越高，硫酸鈣溶解度越小，可以采用蒸發(fā)濃縮，趁熱過(guò)濾方法除去硫酸鈣，“操作I”是將濾液繼續(xù)蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，通過(guò)過(guò)濾洗滌得到MgSO₄•7H₂O，
故答案為：趁熱過(guò)濾；過(guò)濾洗滌；
（5）100g硼鎂泥中氧化鎂的物質(zhì)的量為=$\frac{100g×40%}{40g/mol}$=1mol，根據(jù)鎂原子守恒，生成MgSO₄•7H₂O的物質(zhì)的量為1mol，質(zhì)量為246g/mol×1mol=246g，MgSO₄•7H₂O的產(chǎn)率為$\frac{172.2g}{246g}$×100%=70%，
故答案為：70%；
（6）金屬鎂可用于自然水體中鐵件的電化學(xué)防腐有二種方式，一是與鐵形成原電池，鎂為負(fù)極，另一種是電解池，鐵連接電源的負(fù)極，鎂作陽(yáng)極，具體連接方式為和，
故答案為：和．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了從硼鎂泥中提取MgSO₄•7H₂O的方法，涉及配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液的儀器選擇、鐵離子檢驗(yàn)方法、物質(zhì)分離的方法，產(chǎn)率計(jì)算等，側(cè)重考查學(xué)生分析問(wèn)題能力，題目難度較大．