Question

17．鹵塊主要成分是MgCl₂，還含此外還含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺和Mn²⁺等雜質離子．以鹵塊為原料按如圖所示流程進行生產，可制得輕質氧化鎂．

相關數(shù)據(jù)：

表1：生成氫氧化物沉淀的pH			表2：原料價格表
物質	開始沉淀	沉淀完全	物質	價格（元/噸）
Fe（OH）3	2.7	3.7	a．漂液（含25.2%NaClO）	450
Fe（OH）2	7.6	9.6	b．雙氧水（含30%H2O2）	1500
Mn（OH）2	8.3	9.8	c．燒堿（含98%NaOH）	2200
Mg（OH）2	9.6	11.1	d．純堿（含99.5%Na2CO）	800

請根據(jù)表提供的資料回答：
（1）流程中加入的試劑X、Y、Z最佳選擇依次是表2中的a、c、d（選填試劑編號）．
（2）步驟②發(fā)生反應的離子方程式為2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=Cl^-+2Fe³⁺+H₂O；步驟⑤中發(fā)生反應的化學方程為MgCO₃+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+CO₂↑．
（3）為盡量除去雜質，步驟③控制pH為9.8時，停止加入Y．調節(jié)為該pH的目的是使Mg²⁺以外的雜質盡可能徹底地轉化為沉淀除去．
（4）若在實驗室進行步驟⑥的灼燒實驗，必須用到的儀器是ABCE．
A．酒精噴燈  B．鐵三角架  C．坩堝  D．蒸發(fā)皿   E．泥三角  F．燒杯 G．石棉網
（5）已知在25℃時，K_sp[Mg（OH）₂）=3.2×10^-11，向0.02mol•L^-1的MgCL₂溶液中加入NaOH固體，如要生成Mg（ OH ）₂沉淀，應使溶液中的c（ OH^-）最小為4×10^-5 mol•L^-1．
（6）為了分析制取的產品中殘留鐵元素的含量，取5g產品，先將Fe³⁺預處理為Fe²⁺后配制成100mL溶液，取25.00mL，用0.01mol•L^-1KMnO₄標準溶液在酸性條件下進行滴定．
①滴定前是否要滴加指示劑？否（填“是”或“否”），請說明理由KMnO₄溶液的紫紅色可指示反應終點．
②終點時，消耗標準溶液20.00mL，則殘留物中鐵元素的質量分數(shù)是4.480%．
（7）判斷下列操作對測定結果的影響（填“偏高“、“偏低”或“無影響”）
①若在配制標準溶液過程中，燒杯中的KMnO₄溶液有少量濺出，使測定結果偏高．
②若在滴定終點讀取滴定管刻度時，俯視標準液液面，使測定結果偏低．

Answer 1

分析 為除去Fe²⁺，先將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，然后加入NaOH調節(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)和經濟效益分析加入的試劑的最佳選擇；
（2）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；Z為碳酸鈉，則步驟④生成沉淀為碳酸鎂，碳酸鎂在加熱條件下水解生成氫氧化鎂和二氧化碳氣體；
（3）步驟③的目的在于使除Mg²⁺以外的各種雜質金屬離子都生成氫氧化物沉淀，以便通過過濾而除去；
（4）灼燒需要的儀器有鐵三腳、酒精噴燈、坩堝、泥三角；
（5）根據(jù)c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ksp（氫氧化鎂）}{c（M{g}^{2+}）}}$計算；
（6）①KMnO₄溶液的紫紅色可指示反應終點；
②根據(jù)5Fe²⁺～KMnO₄，計算鐵元素的質量，再計算鐵元素的質量分數(shù)；
（7）①在配制標準溶液過程中，燒杯中的KMnO₄溶液有少量濺出，配制的標準液濃度偏低，消耗標準液體積偏大，測定結果偏高；
②若在滴定終點讀取滴定管刻度時，俯視標準液液面，使標準液消耗體積讀書偏小，使測定結果偏低．

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，故X為漂液；加入Y的目的是調節(jié)pH，選用氫氧化鈉，故Y為燒堿；加入Z的目的是使鎂離子沉淀，Z為純堿；
故答案為：a、c、d；
（2）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；
加入的Z物質為純堿，所以步驟④生成的沉淀物是MgCO₃，所以沉淀物MgCO₃在煮沸的情況下發(fā)生水解，生成Mg（OH）₂和CO₂氣體，反應的化學方程式為：MgCO₃+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+CO₂↑，
故答案為：2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=Cl^-+2Fe³⁺+H₂O；MgCO₃+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+CO₂↑；
（3）步驟③的目的在于使除Mg²⁺以外的各種雜質金屬離子都生成氫氧化物沉淀，以便通過過濾而除去，應加入NaOH，如加入純堿，不能達到較高的PH，分析表1提供的數(shù)據(jù)：除去雜質離子合理的pH范圍是3.7＜pH＜9.8，在此范圍內，如果pH過高，就會有大量的Mg²⁺生成Mg（OH）₂而進入沉淀中，從而導致生產成本的提高；為了兼顧產品質量和生產成本，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，以此保證產品的純度；
故答案為：9.8；使Mg²⁺以外的雜質盡可能徹底地轉化為沉淀除去；
（4）灼燒需要的儀器有鐵三腳、酒精噴燈、坩堝、泥三角；
故答案為：ABCE；
（5）已知在25℃時，K_sp[Mg（OH）₂）=3.2×10^-11，向0.02mol•L^-1的MgCL₂溶液中加入NaOH固體，如要生成Mg（ OH ）₂沉淀，應使溶液中的c（ OH^-）最小為$\sqrt{\frac{3.2×1{0}^{-11}}{0.02}}$=4×10^-5mol/L；
故答案為：4×10^-5；
（6）①本實驗中，用KMnO₄滴定，KMnO₄溶液的紫紅色可指示反應終點，所以不需加入指示劑；
故答案為：否；KMnO₄溶液的紫紅色可指示反應終點；
 ②根據(jù)5Fe²⁺～KMnO₄，則樣品中鐵元素的質量為：$0.01mol/L×20×1{0}^{-3}L×\frac{100mL}{25mL}×56g/mol$=0.224g，則殘留物中鐵元素的質量分數(shù)是$\frac{0.224g}{5g}×100%$=4.480%；
故答案為：4.480%；
（7）①在配制標準溶液過程中，燒杯中的KMnO₄溶液有少量濺出，配制的標準液濃度偏低，消耗標準液體積偏大，測定結果偏高；
故答案為：偏高；
②若在滴定終點讀取滴定管刻度時，俯視標準液液面，使標準液消耗體積讀書偏小，使測定結果偏低；
故答案為：偏低．

點評 本題考查了物質的制備，涉及物質制備實驗方案的設計、滴定實驗誤差分析、物質的配制等知識點，題目難度中等，注意掌握化學基本實驗操作方法，明確物質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．