Question

鹵塊的主要成分是MgCl₂，此外還含Fe²⁺、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．

查閱資料得下表相關數據：

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）	2400
Mn（OH）2	8.3	9.8	c．燒堿（含98%NaOH）	2100
Mg（OH）2	9.6	11.1	d．純堿（含99.5%Na2CO3）	600

﹡Fe²⁺氫氧化物呈絮狀，不易從溶液中除去，必須將它氧化后以Fe（OH）₃沉淀形式才能除盡．
若要求產品盡量不含雜質且生產成本較低，請根據上表提供的資料回答：
（1）流程中加入的試劑X、Y、Z最佳選擇依次是表2中的

 

（選填試劑編號）．
（2）步驟②發(fā)生反應的離子方程式為

 

；步驟⑤中發(fā)生反應的化學方程為

 

．
（3）步驟③控制pH=9.8的目的是

 

．
（4）若在實驗室進行步驟⑥的灼燒實驗，必須用到的儀器是鐵三腳、酒精噴燈、

 

和泥三角．
（5）在探究Mg（OH）₂溶解性的實驗中，發(fā)現向裝有少量Mg（OH）₂濁液的試管中加入適量NH₄Cl晶體，充分振蕩后溶液會變澄清，請用化學平衡的原理解釋濁液變澄清的原因

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

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）依據圖表數據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）步驟⑥為灼燒氫氧化鎂制取氧化鎂，應在坩堝中進行；
（5）氫氧化鎂電離出來的OH^-與NH₄⁺結合生成弱電解質NH₃?H₂O，從而促進Mg（OH）₂的溶解，據此分析解答．

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

△   .

Mg（OH）₂↓+CO₂↑，
故答案為：2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=Cl^-+2Fe³⁺+H₂O；MgCO₃+H₂O

△   .

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提供的數據：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：使除Mg²⁺以外的各種雜質金屬離子都成為氫氧化物沉淀以便除去；
（4）步驟⑥由氫氧化鎂灼燒制備氧化鎂，應該在耐高溫的坩堝中進行，故答案為：坩堝；
（5）氫氧化鎂溶液中存在溶解平衡Mg（OH）₂?Mg ²⁺+2OH^-，Mg（OH）₂電離出來的OH^-與NH₄⁺結合生成難電離的弱電解質NH₃?H₂O，氫氧根離子濃度降低，從而使Mg（OH）₂的溶解平衡向右移動，促進氫氧化鎂溶解，故Mg（OH）₂能溶于NH₄Cl溶液中，
故答案為：Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺ （aq）+2OH^-（aq），NH₄Cl 電離出的NH₄⁺與OH^-結合成弱電解質NH₃?H₂O，降低了c（OH^-），Mg（OH）₂溶解平衡向右移動．

點評：本題通過以鹵塊為原料制取輕質氧化鎂的工藝流程，考查了物質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．