Question

7．工業(yè)上用白云石制備高純氧化鎂的工藝流程如下：

已知Ⅰ．白云石主要成分可表示為：CaO 32.50%；MgO 20.58%；Fe₂O₃2.18%；SiO₂ 0.96%；其他 43.78%．
（1）為了提高白云石的煅燒效果，可以采取的措施是將礦石粉碎．若在實(shí)驗(yàn)室中煅燒白云石，需要的儀器除酒精燈、三腳架以外，還需要BC（填序號(hào)）．
A．蒸發(fā)皿         B．坩堝        C．泥三角        D．石棉網(wǎng)
（2）加入H₂SO₄控制pH時(shí)，終點(diǎn)pH對(duì)產(chǎn)品的影響如圖所示．則由圖示可得到的結(jié)論及原因是：

①pH過(guò)高會(huì)導(dǎo)致鎂浸出率降低下降，其原因是Mg（OH）₂或MgO未完全溶解
②pH過(guò)低會(huì)引起產(chǎn)品純度下降，其原因可能是AC（填序號(hào)）
A．Fe₂O₃溶于H₂SO₄最終使產(chǎn)品混有雜質(zhì)                
B．SiO₂溶于H₂SO₄最終使產(chǎn)品混有雜質(zhì)
C．酸性過(guò)強(qiáng)，形成可溶的Ca（HSO₄）₂，最終使產(chǎn)品混有含鈣的雜質(zhì)
（3）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

根據(jù)上表數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)要說(shuō)明析出CaSO₄.2H₂O的操作步驟是升溫結(jié)晶、趁熱過(guò)濾．
（4）寫(xiě)出沉淀反應(yīng)中的離子方程式：Mg²⁺+2NH₃．H₂O═Mg（OH）₂↓+2NH₄⁺．
（5）該生產(chǎn)流程中還可得到的一種副產(chǎn)品是（NH₄）₂SO₄．
（6）已知酸堿指示劑百里酚藍(lán)變色的pH范圍如表所示：25℃時(shí)，向Mg（OH）₂的飽和溶液中滴加2滴百里酚藍(lán)指示劑，溶液所呈現(xiàn)的顏色為藍(lán)色（25℃時(shí)，Mg（OH）₂的溶度積Ksp=5.6×10^-12）．

pH	＜8.0	8.0～9.6	＞9.6
顏色	黃色	綠色	藍(lán)色

Answer 1

分析 白云石煅燒后加水消化，再加硫酸調(diào)節(jié)pH值，得到硫酸鈣晶體沉淀，過(guò)濾后得濾液主要是硫酸鎂溶液，加入氨水得氫氧化鎂沉淀，同時(shí)得到硫酸銨溶液，氫氧化鎂沉淀經(jīng)洗滌、干燥、煅燒得高純氧化鎂．
（1）對(duì)礦石進(jìn)行粉碎，增大反應(yīng)的接觸面積，從而加快反應(yīng)速率；若在實(shí)驗(yàn)室煅燒白云石，煅燒需要的配套裝置有酒精燈、三腳架、坩堝、泥三角坩、堝鉗等；
（2）①曲線上打小方點(diǎn)的是氧化鎂的純度，該純度隨著pH的增大呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，而曲線上打黑點(diǎn)的是鎂浸出率曲線，該曲線隨著pH的增大，呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)，且當(dāng)pH＞6時(shí)，浸出率下降得越來(lái)越快，應(yīng)是pH過(guò)高沉淀中氧化鎂、氫氧化鎂沒(méi)有溶解；
②pH過(guò)低會(huì)引起制得的氧化鎂的純度偏低，白云石中的氧化物雜質(zhì)Fe₂O₃、CaO都會(huì)溶于硫酸，并且生成可溶的物質(zhì)；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，硫酸鎂易溶于水，溶解度隨溫度升高而升高，而硫酸鈣則微溶于水，隨著溫度升高溶解度基本不變，所以利用二者溶解度上的差異，若要析出硫酸鈣晶體來(lái)，可以采取的措施是升溫結(jié)晶、趁熱過(guò)濾；
（4）沉淀步驟中反應(yīng)池中的主要為鎂離子，所以加入氨水，氨水和鎂離子結(jié)合生成沉淀氫氧化鎂，注意氨水不能拆；
（5）當(dāng)沉淀步驟析出Mg（OH）₂后，溶液還剩下NH₄⁺和SO₄^2-，利用此剩余溶液制得副產(chǎn)品（NH₄）₂SO₄；
（6）飽和的氫氧化鎂溶液存在Mg（OH）₂（s）=Mg²⁺（aq）+2 OH^-（aq）溶解平衡，2c（Mg²⁺）=c（OH^-），根據(jù)溶度積Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=5.6×10^-12，計(jì)算出c（OH^-），再計(jì)算pH判斷．

解答 解：白云石煅燒后加水消化，再加硫酸調(diào)節(jié)pH值，得到硫酸鈣晶體沉淀，過(guò)濾后得濾液主要是硫酸鎂溶液，加入氨水得氫氧化鎂沉淀，同時(shí)得到硫酸銨溶液，氫氧化鎂沉淀經(jīng)洗滌、干燥、煅燒得高純氧化鎂．
（1）提高礦石煅燒效果的措施通常是對(duì)礦石進(jìn)行粉碎處理，以增大反應(yīng)的接觸面積，從而加快反應(yīng)速率，使煅燒更加充分．若在實(shí)驗(yàn)室煅燒白云石，煅燒需要的配套裝置有酒精燈、三腳架、坩堝、泥三角坩、堝鉗等，必須選BC，
故答案為：粉碎；BC；
（2）①曲線上打小方點(diǎn)的是氧化鎂的純度，該純度隨著pH的增大呈現(xiàn)出增大的趨勢(shì)，而曲線上打黑點(diǎn)的是鎂浸出率曲線，該曲線隨著pH的增大，呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)，且當(dāng)pH＞6時(shí)，浸出率下降得越來(lái)越快，應(yīng)是pH過(guò)高沉淀中氧化鎂、氫氧化鎂沒(méi)有溶解，
故答案為：鎂浸出率降低； Mg（OH）₂或MgO未完全溶解；
②pH過(guò)低會(huì)引起制得的氧化鎂的純度偏低，原因是白云石中的氧化物雜質(zhì)Fe₂O₃、CaO都會(huì)溶于硫酸，并且生成可溶的物質(zhì)，所以AC均有可能，
故答案為：產(chǎn)品純度下降；AC；
（3）由表中數(shù)據(jù)可知，硫酸鎂易溶于水，溶解度隨溫度升高而升高，而硫酸鈣則微溶于水，隨著溫度升高溶解度基本不變，所以利用二者溶解度上的差異，若要析出硫酸鈣晶體來(lái)，可以采取的措施是升溫結(jié)晶、趁熱過(guò)濾，
故答案為：升溫結(jié)晶、趁熱過(guò)濾；
（4）沉淀步驟中反應(yīng)池中的主要為鎂離子，所以加入氨水，氨水和鎂離子結(jié)合生成沉淀氫氧化鎂，所以離子方程式是Mg²⁺+2NH₃．H₂O═Mg（OH）₂↓+2NH₄⁺，
故答案為：Mg²⁺+2NH₃．H₂O═Mg（OH）₂↓+2NH₄⁺；
（5）當(dāng)沉淀步驟析出Mg（OH）₂后，溶液還剩下NH₄⁺和SO₄^2-，所以可以利用此剩余溶液制得副產(chǎn)品（NH₄）₂SO₄，可用于做氮肥，
故答案為：（NH₄）₂SO₄；
（6）飽和的氫氧化鎂溶液存在Mg（OH）₂（s）=Mg²⁺（aq）+2 OH^-（aq）溶解平衡，2c（Mg²⁺）=c（OH^-），又溶度積Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=5.6×10^-12，由此可以得出c（OH^-）=3.6×10^-4，所以pH＞9.6，所以加入百里酚藍(lán)指示劑，溶液呈藍(lán)色，
故答案為：藍(lán)色．

點(diǎn)評(píng) 本題以物質(zhì)制備為載體，考查物質(zhì)的分離提純、條件控制選擇、實(shí)驗(yàn)基本操作、溶度積有關(guān)計(jì)算以及對(duì)原理的分析等，理解利用溶解度的差別進(jìn)行物質(zhì)的分離提純，較好的考查學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力．