Question

【題目】我國是世界產(chǎn)鎂大國，金屬鎂的產(chǎn)量居世界前列。一種由白云石(主要成分為CaOMgO，含少量SiO2、A12O3、Fe2O3等雜質(zhì))冶煉金屬鎂的工藝流程如圖：

已知：螢石的主要成分是CaF2，用于降低真空還原反應(yīng)的活化能。

回答下列問題：

(1)①粉碎的主要目的________。

②螢石在真空還原反應(yīng)中的作用是________(填標(biāo)號)。

A.氧化劑 B.還原劑 C.催化劑

(2)Mg2+、Ca2+、Fe3+、Fe2+、A13+五種離子的氧化性由強到弱的順序為Fe3+>Fe2+>___（用離子符號表示）。

(3)結(jié)合流程以及如圖溫度對MgO還原率的影響關(guān)系，真空還原反應(yīng)溫度的最佳選擇為___；高溫真空還原時，CaO、MgO和FeSi反應(yīng)生成單質(zhì)鎂的化學(xué)方程式為___。

(4)液態(tài)鎂澆鑄成鎂錠時，通入的保護氣不可選用N2或CO2，其原因是_______。

(5)鎂錠冷卻后，用酸性K2Cr2O7溶液進行表面鈍化形成致密的氧化物保護膜，還原產(chǎn)物為Cr3+。該反應(yīng)的離子方程式為________。

(6)為測定鎂錠的純度，稱取a g除去氧化膜的成品鎂錠樣品溶于足量稀硫酸中，配成250 mL溶液。取25 mL該溶液，用0.1000 mol/L的EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液進行滴定(雜質(zhì)不干擾滴定），三次滴定平均消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液V mL(己知Mg2+與EDTA反應(yīng)的化學(xué)計量數(shù)之比為1：1)。該樣品的純度為___%。

Answer 1

【答案】增大反應(yīng)物表面積，加快反應(yīng)速率 C Al3+>Mg2+>Ca2+ 1200℃ 2(CaO·MgO)+FeSi 2CaO·SiO2+Fe+2Mg↑ 鎂在較高溫度下會和N2或CO2發(fā)生反應(yīng) 3Mg+8H++Cr2O72-=3MgO+2Cr3++4H2O

【解析】

白云石主要成分為CaOMgO，還含有雜質(zhì)SiO2、A12O3、Fe2O3等，經(jīng)粉碎后與螢石、FeSi在高溫下反應(yīng)產(chǎn)生爐渣2CaO·SiO2及Fe、Mg、Al，其中螢石的作用是降低真空還原反應(yīng)的活化能，將得到的鎂蒸氣經(jīng)惰性氣體冷凝后澆鑄呈固態(tài)，為防止Mg錠氧化變質(zhì)，常用酸性重鉻酸鉀溶液氧化，使Mg表面產(chǎn)生一層致密的氧化物保護膜，就得到成品鎂錠。

(1)①粉碎白云石的主要目的增大反應(yīng)物表面積，加快反應(yīng)速率；

②螢石在真空還原反應(yīng)中降低了反應(yīng)的活化能，使更多的物質(zhì)快速反應(yīng)，因此其作用是作催化劑，故合理選項是C；

(2)元素的金屬性越強，其相應(yīng)的離子的氧化性就越弱。由于元素金屬性Ca>Mg>Al>Fe，所以Mg2+、Ca2+、Fe3+、Fe2+、A13+五種離子的氧化性由強到弱的順序為Fe3+>Fe2+> Al3+>Mg2+>Ca2+；

(3)根據(jù)圖示可知在溫度為900～1000℃時，MgO還原率較低，此后隨著溫度的升高，MgO還原率逐漸增大，當(dāng)溫度為1200℃時還原率接近90%，此后溫度升高，還原率變化不大，故真空還原反應(yīng)選擇的最佳溫度為1200℃；根據(jù)圖示可知：高溫真空還原時，CaO、MgO和FeSi反應(yīng)生成單質(zhì)Mg、2CaO·SiO2、Fe，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2(CaO·MgO)+FeSi 2CaO·SiO2+Fe+2Mg↑；

(4)Mg在較高溫度下能夠與N2反應(yīng)產(chǎn)生Mg3N2，能夠與CO2反應(yīng)產(chǎn)生MgO和C單質(zhì)，所以液態(tài)鎂澆鑄成鎂錠時，通入的保護氣不可選用N2或CO2；

(5)在酸性條件下，Mg能夠被K2Cr2O7氧化為MgO，同時K2Cr2O7被還原產(chǎn)生Cr2(SO4)3，反應(yīng)的離子方程式為：3Mg+8H++Cr2O72-=3MgO+2Cr3++4H2O；

(6)Mg與H2SO4反應(yīng)產(chǎn)生MgSO4和H2，MgSO4與EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液反應(yīng)，由于Mg2+與EDTA反應(yīng)的物質(zhì)的量的比是1：1，故關(guān)系式為Mg～Mg2+～EDTA，a g除去氧化膜的鎂錠溶于硫酸后形成250 mL溶液，25 mL溶液反應(yīng)消耗0.1000 mol/LEDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液V mL，其物質(zhì)的量為n(EDTA)=0.1000 mol/L×V×10-3 L= V×10-4 mol，則250 mL溶液消耗EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)的量為n(EDTA)總=×V×10-4 mol=V×10-3 mol，則n(Mg)= n(EDTA)總=V×10-3 mol，m(Mg)=n·M= V×10-3 mol×24 g/mol=2.4V×10-2 g，所以該樣品的純度為×100%=%。