Question

鹵塊的主要成分是MgCl₂，此外還含F(xiàn)e³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等離子．以鹵塊為原料可制得輕質(zhì)氧化鎂，工藝流程如圖：

已知：Fe²⁺氫氧化物呈絮狀，不易從溶液中除去，所以常將它氧化為Fe³⁺，生成Fe（OH）₃沉淀除去．若要求產(chǎn)品盡量不含雜質(zhì)，請根據(jù)表1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   化學(xué)試劑價(jià)格表

試劑	價(jià)格（元/噸）
漂液（含NaClO，25.2%）	450
雙氧水（含H2O2，30%）	2400
燒堿（含98% NaOH）	2100
純堿（含99.5% Na2CO3）	600

（1）在步驟②中加入漂液而不是雙氧水其原因是

 

．寫出加入NaClO發(fā)生反應(yīng)的離子方程式

 

．
（2）在步驟③中控制pH=9.8，其目的是

 

．
（3）沉淀物A的成分為，試劑Z應(yīng)該是

 

．
（4）在步驟⑤中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是

 

．
（5）若在實(shí)驗(yàn)室中完成步驟⑥，則沉淀物必需在

 

（填儀器名稱）中灼燒．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),難溶電解質(zhì)的溶解平衡及沉淀轉(zhuǎn)化的本質(zhì),物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：電離平衡與溶液的pH專題

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(jì)效益分析，次氯酸鈉具有氧化性在酸溶液中氧化 亞鐵離子為鐵離子；
（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；
（3）依據(jù)流程分析可知，步驟②加入次氯酸鈉是氧化劑，氧化亞鐵離子為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液PH=9.8，依據(jù)圖表數(shù)據(jù)判斷形成沉淀的離子為Fe³⁺，Mn²⁺，Mg²⁺，反應(yīng)形成的沉淀A為Fe（OH）₃、Mn（OH）₂、Mg（OH）₂ ；對比表2中燒堿和純堿的價(jià)格可以看出，純堿比燒堿價(jià)格低得多，采用純堿路線既合理又經(jīng)濟(jì)；
（4）碳酸鎂加熱和水反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀和二氧化碳；
（5）固體灼燒需要在坩堝中加熱．

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(shí)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(jià)格可以看出，漂液比H₂O₂的價(jià)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(huì)氧化亞鐵離子為鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O；
故答案為：漂液比H₂O₂的價(jià)格低得多；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，以便通過過濾而除去，應(yīng)加入NaOH，如加入純堿，不能達(dá)到較高的PH，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(huì)有大量的Mg²⁺生成Mg（OH）₂而進(jìn)入沉淀中，從而導(dǎo)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(dāng)然此時(shí)Mg²⁺也會(huì)部分生成Mg（OH）₂沉淀，但由于鹵塊價(jià)格低廉，這點(diǎn)不可避免的損失還是可以承受的，以此保證產(chǎn)品的純度，
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；
（3）由流程分析可知，步驟②加入次氯酸鈉是氧化劑，氧化亞鐵離子為鐵離子，調(diào)節(jié)溶液pH=9.8，依據(jù)圖表數(shù)據(jù)判斷形成沉淀的離子為Fe³⁺，Mn²⁺，Mg²⁺，反應(yīng)形成的沉淀A為Fe（OH）₃、Mn（OH）₂、Mg（OH）₂ ；步驟④的目的是將Mg²⁺從溶液中沉淀出來．從MgCl₂制得MgO，有兩種可行的方法，一種是向溶液中加入燒堿，另一種方法是向溶液中加入純堿，此處選用后一種方法更合理．一方面，加燒堿生成的中間產(chǎn)物Mg（OH）₂是膠狀沉淀，會(huì)造成過濾困難，更重要的是反應(yīng)過程中不能進(jìn)行輕化處理，只能得到重質(zhì)氧化鎂；加純堿生成的中間產(chǎn)物MgCO₃呈粗顆粒狀，易過濾，MgCO₃在水中經(jīng)一段時(shí)間的加熱會(huì)有部分反應(yīng)生成CO₂，由于CO₂氣體的產(chǎn)生，使沉淀變得疏松，灼燒沉淀后得到的是輕質(zhì)氧化鎂．另一方面，對比表2中燒堿和純堿的價(jià)格可以看出，純堿比燒堿價(jià)格低得多，采用純堿路線既合理又經(jīng)濟(jì)，
故答案為：Fe（OH）₃、Mn（OH）₂、Mg（OH）₂；純堿；
（4）步驟⑤中反應(yīng)的化學(xué)方程式為MgCO₃+H₂O

△   .

Mg（OH）₂+CO₂↑，故答案為：MgCO₃+H₂O

△   .

Mg（OH）₂+CO₂↑；
（5）在實(shí)驗(yàn)室中完成步驟⑥，則沉淀物在坩堝中加熱，故答案為：坩堝．

點(diǎn)評：本題結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際考查無機(jī)化合物的轉(zhuǎn)化生成、分離、提純等問題，題目與難度中等，在明確題目要求的基礎(chǔ)上提取有用信息是解題的關(guān)鍵．