Question

11．鹵塊的主要成分是MgCl₂，此外還含F(xiàn)e³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等離子．若以它為原料按圖所示工藝流程進行生產(chǎn)，可制得輕質(zhì)氧化鎂（已知其中有一種中間產(chǎn)物是MgCO₃）．

若要求產(chǎn)品盡量不含雜質(zhì)，而且生產(chǎn)成本較低，根據(jù)表1和表2提供的資料，填寫空白：
表1生成氫氧化物沉淀的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
Mn（OH）2	8.3	9.8
Mg（OH）2	9.6	11.1

表2原料價格表

物質(zhì)	價格/元?噸-1
漂液（含25.2%NaClO）	450
雙氧水（含30%H2O2）	2400

已知：Fe²⁺氫氧化物呈絮狀，不易從溶液中除去，常將它氧化為Fe³⁺，生成Fe（OH）₃沉淀除去．
（1）在步驟②中加入的試劑X，最佳的選擇是漂液NaClO，其反應的離子方程式是2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺═2Fe³⁺+Cl^-+H₂O．
（2）在步驟③中如要控制pH=9.8，其目的是使除Mg²⁺以外的各種雜質(zhì)金屬離子都成為氫氧化物沉淀以便除去；在步驟④中加入的試劑Z應該是Na₂CO₃；
（3）在步驟⑤中發(fā)生的化學方程式是MgCO₃+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+CO₂↑．

Answer 1

分析 為除去Fe²⁺，先將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，然后加入NaOH調(diào)節(jié)pH為9.8，然后在濾液中加入純堿將Mg²⁺從溶液中以MgCO₃沉淀出來，然后加熱煮沸可得到Mg（OH）₂，灼燒后得到MgO，
（1）依據(jù)圖表數(shù)據(jù)和經(jīng)濟效益分析加入的試劑X的最佳選擇；次氯酸鈉具有氧化性在酸溶液中氧化 亞鐵離子為鐵離子，據(jù)此寫出反應的離子方程式；
（2）步驟③的目的在于使除Mg²⁺以外的各種雜質(zhì)金屬離子都生成氫氧化物沉淀，以便通過過濾而除去；在步驟④中加入的試劑后生成的沉淀，煮沸后生成沉淀和氣體，則沉淀不可能為氫氧化鎂，據(jù)此判斷加入的試劑只能為碳酸鈉；
（3）在步驟⑤中發(fā)生的反應是碳酸鎂加熱和水反應生成氫氧化鎂沉淀，氫氧化鎂沉淀溶解度小于碳酸鎂的溶解度實現(xiàn)沉淀轉(zhuǎn)化；

解答 解：（1）步驟②是為了將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，并在控制合適的pH條件時生成Fe（OH）₃沉淀而除之，雖然漂液和H₂O₂都可采用，但對比表2提供的原料價格可以看出，漂液比H₂O₂的價格低得多，所以選漂液最合理，流程中加入次氯酸鈉在酸性溶液中會氧化亞鐵離子為鐵離子，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O，
故答案為：漂液NaClO；2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺═2Fe³⁺+Cl^-+H₂O；
（2）步驟③的目的在于使除Mg²⁺以外的各種雜質(zhì)金屬離子都生成氫氧化物沉淀，分析表1提供的數(shù)據(jù)：除去雜質(zhì)離子合理的pH范圍是3.7＜pH＜9.8，在此范圍內(nèi)，如果pH過高，就會有大量的Mg²⁺生成Mg（OH）₂而進入沉淀中，從而導致生產(chǎn)成本的提高；為了兼顧產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本，選擇pH=9.8最合理，當然此時Mg²⁺也會部分生成Mg（OH）₂沉淀，但由于鹵塊價格低廉，這點不可避免的損失還是可以承受的，以此保證產(chǎn)品的純度，在步驟④中加入的試劑后生成的沉淀，煮沸后生成沉淀和氣體，則沉淀不可能為氫氧化鎂，據(jù)此判斷加入的試劑只能為碳酸鈉，
故答案為：使除Mg²⁺以外的各種雜質(zhì)金屬離子都成為氫氧化物沉淀以便除去；Na₂CO₃；
（3）在步驟⑤中發(fā)生的反應是碳酸鎂加熱和水反應生成氫氧化鎂沉淀，氫氧化鎂沉淀溶解度小于碳酸鎂的溶解度實現(xiàn)沉淀轉(zhuǎn)化，反應的化學方程式為：MgCO₃+H₂O  $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+CO₂↑，
故答案為：MgCO₃+H₂O  $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂+CO₂↑．

點評 本題通過以鹵塊為原料制取輕質(zhì)氧化鎂的工藝流程，考查了物質(zhì)制備實驗方案的設計，題目難度中等，注意掌握化學基本實驗操作方法，明確物質(zhì)制備實驗方案設計原則，本題中合理分析制取流程、得出氧化鎂的制備原理為解題的關鍵，試題綜合性較強、涉及知識點較多，充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．