Question

4．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，可制得輕質氧化鎂．

若要求產品盡量不含雜質，而且生產成本較低，根據以下資料，填寫空白：
已知：
1、25℃，K_sp[Fe（OH）₃]=1.0×10^-38，K_sp[Fe（OH）₂]=8.0×10^-16，
K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11，K_sp[Mn（OH）₂]=4.0×10^-14．
2、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．
3、原料價格表

物質	價格/元?噸-1
漂液（含25.2%NaClO）	450
雙氧水（含30%H2O2）	2400
燒堿（含98%NaOH）	2100
純堿（含99.5%Na2CO3）	600

（1）請設計實驗證明鹵塊中既含有Fe³⁺又有Fe²⁺取樣，加水溶解，將溶液分成兩份，往其中一份滴加硫氰化鉀溶液，若溶液變紅，則說
明鹵塊中含鐵離子，往另一份溶液中滴加酸性高錳酸鉀溶液，若酸性高錳酸鉀溶液褪色，則說明含亞鐵離子．
（2）在步驟②中加入的試劑X，最佳的選擇是漂液（NaClO），其作用是使溶液中Fe²⁺氧化成為Fe³⁺，便于除去．
（3）在步驟③中加入的試劑Y應是燒堿（NaOH），步驟⑥中發(fā)生的反應是Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+MgO．
（4）請寫出氧化鎂的一種用途：耐火材料、食品添加劑、抗酸劑、催化劑、制造鎂鹽的原料等，步驟⑥如在實驗室進行，應選用在坩堝（填儀器名稱）中灼燒．
（5）25℃，往鹵塊對應的水溶液中，加入一定量的燒堿達到沉淀溶液平衡，當pH=3，c（Fe³⁺）沉淀完全．測得pH=4.00，則此溫度下殘留在溶液中的c（Fe³⁺）=1×10^-8mol/L．

Answer 1

分析 鹵塊加水形成溶液，含有Mg²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等離子，加入試劑X將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，依據圖表數據和經濟效益分析加入的試劑X的最佳選擇，然后加入NaOH調節(jié)pH為9.8，沉淀鐵離子、錳離子，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）根據亞鐵離子的還原性和鐵離子使KSCN溶液顯紅色分析；
（2）試劑X的左右手是氧化亞鐵離子，根據表中價格數據分析；
（3）步驟③的目的在于使除Mg²⁺以外的各種雜質金屬離子沉淀以除去，純堿會沉淀鎂離子；步驟⑥為氫氧化鎂灼燒生成氧化鎂；
（4）氧化鎂可做耐火材料、食品添加劑、抗酸劑、催化劑、制造鎂鹽的原料等；灼燒需要坩堝；
（5）已知25℃，K_sp=1.0×10^-38，離子濃度小于1.0×10^-5mol/L時，認為c（Fe³⁺）沉淀完全，此時c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}}$，據此計算pH；pH=4.00，則c（H⁺）=1.0×10^-4mol/L，c（OH^-）=1.0×10^-10mol/L，則此溫度下殘留在溶液中的c（Fe³⁺）=$\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{c（O{H}^{-}）^{3}}$計算．

解答 解：（1）亞鐵離子有還原性，使酸性高錳酸鉀褪色，鐵離子使KSCN溶液顯紅色，證明鹵塊中既含有Fe³⁺又有Fe²⁺的方法為：取樣，加水溶解，將溶液分成兩份，往其中一份滴加硫氰化鉀溶液，若溶液變紅，則說
明鹵塊中含鐵離子，往另一份溶液中滴加酸性高錳酸鉀溶液，若酸性高錳酸鉀溶液褪色，則說明含亞鐵離子；
故答案為：取樣，加水溶解，將溶液分成兩份，往其中一份滴加硫氰化鉀溶液，若溶液變紅，則說
明鹵塊中含鐵離子，往另一份溶液中滴加酸性高錳酸鉀溶液，若酸性高錳酸鉀溶液褪色，則說明含亞鐵離子；
（2）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；
故答案為：漂液（NaClO）；使溶液中Fe²⁺氧化成為Fe³⁺，便于除去；
（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，且易生成碳酸鎂沉淀；步驟⑥為氫氧化鎂灼燒生成氧化鎂的反應，化學方程式為：Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+MgO；
故答案為：燒堿（NaOH）；Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+MgO；
（4）氧化鎂可做耐火材料、食品添加劑、抗酸劑、催化劑、制造鎂鹽的原料等；灼燒需在坩堝中進行；
故答案為：耐火材料、食品添加劑、抗酸劑、催化劑、制造鎂鹽的原料等；坩堝；
（5）已知25℃，K_sp[Fe（OH）₃]=1.0×10^-38，離子濃度小于1.0×10^-5mol/L時，認為c（Fe³⁺）沉淀完全，此時c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}}$=1.0×10^-11mol/L，則c（H⁺）=1.0×10^-3mol/L，pH=3；
測得pH=4.00，則c（H⁺）=1.0×10^-4mol/L，c（OH^-）=1.0×10^-10mol/L，則此溫度下殘留在溶液中的c（Fe³⁺）=$\frac{1×1{0}^{-38}}{（1×1{0}^{-10}）^{3}}$=1×10^-8mol/L；
故答案為：3；1×10^-8mol/L．

點評 本題考查了物質的制備，涉及對工藝流程的理解、氧化還原反應、對條件的控制選擇與理解、溶度積的計算等，理解工藝流程原理是解題的關鍵，是對學生綜合能力的考查，需要學生具備扎實的基礎與靈活運用能力，題目難度中等．