Question

卤块的主要成分是MgCl₂，此外还含Fe²⁺、Fe³⁺和Mn²⁺等杂质离子．以卤块为原料按如图所示流程进行生产，可制得轻质氧化镁．

查阅资料得下表相关数据：

表1：生成氢氧化物沉淀的pH			表2：原料价格表
物质	开始沉淀	沉淀完全	物质	价格（元/吨）
Fe（OH）3	2.7	3.7	a．漂液（含25.2%NaClO）	450
Fe（OH）2	7.6	9.6﹡	b．双氧水（含30%H2O2）	2400
Mn（OH）2	8.3	9.8	c．烧碱（含98%NaOH）	2100
Mg（OH）2	9.6	11.1	d．纯碱（含99.5%Na2CO3）	600

﹡Fe²⁺氢氧化物呈絮状，不易从溶液中除去，必须将它氧化后以Fe（OH）₃沉淀形式才能除尽．
若要求产品尽量不含杂质且生产成本较低，请根据上表提供的资料回答：
（1）流程中加入的试剂X、Y、Z最佳选择依次是表2中的

 

（选填试剂编号）．
（2）步骤②发生反应的离子方程式为

 

；步骤⑤中发生反应的化学方程为

 

．
（3）步骤③控制pH=9.8的目的是

 

．
（4）若在实验室进行步骤⑥的灼烧实验，必须用到的仪器是铁三脚、酒精喷灯、

 

和泥三角．
（5）在探究Mg（OH）₂溶解性的实验中，发现向装有少量Mg（OH）₂浊液的试管中加入适量NH₄Cl晶体，充分振荡后溶液会变澄清，请用化学平衡的原理解释浊液变澄清的原因

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：为除去Fe²⁺，先将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，然后加入NaOH调节pH为9.8，然后在滤液中加入纯碱将Mg²⁺从溶液中以MgCO₃沉淀出来，然后加热煮沸可得到Mg（OH）₂，灼烧后得到MgO，
（1）依据图表数据和经济效益分析加入的试剂的最佳选择；
（2）次氯酸钠具有氧化性在酸溶液中氧化亚铁离子为铁离子，据此写出反应的离子方程式；Z为碳酸钠，则步骤④生成沉淀为碳酸镁，碳酸镁在加热条件下水解生成氢氧化镁和二氧化碳气体；
（3）步骤③的目的在于使除Mg²⁺以外的各种杂质金属离子都生成氢氧化物沉淀，以便通过过滤而除去；
（4）步骤⑥为灼烧氢氧化镁制取氧化镁，应在坩埚中进行；
（5）氢氧化镁电离出来的OH^-与NH₄⁺结合生成弱电解质NH₃?H₂O，从而促进Mg（OH）₂的溶解，据此分析解答．

解答： 解：（1）步骤②是为了将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，并在控制合适的pH条件时生成Fe（OH）₃沉淀而除之，虽然漂液和H₂O₂都可采用，但对比表2提供的原料价格可以看出，漂液比H₂O₂的价格低得多，所以选漂液最合理，故X为漂液；加入Y的目的是调节pH，选用氢氧化钠，故Y为烧碱；加入Z的目的是使镁离子沉淀，Z为纯碱；
故答案为：a、c、d；
（2）流程中加入次氯酸钠在酸性溶液中会氧化亚铁离子为铁离子，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O；
加入的Z物质为纯碱，所以步骤④生成的沉淀物是MgCO₃，所以沉淀物MgCO₃在煮沸的情况下发生水解，生成Mg（OH）₂和CO₂气体，反应的化学方程式为：MgCO₃+H₂O

△   .

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

△   .

Mg（OH）₂↓+CO₂↑；
（3）步骤③的目的在于使除Mg²⁺以外的各种杂质金属离子都生成氢氧化物沉淀，以便通过过滤而除去，应加入NaOH，如加入纯碱，不能达到较高的PH，分析表1提供的数据：除去杂质离子合理的pH范围是3.7＜pH＜9.8，在此范围内，如果pH过高，就会有大量的Mg²⁺生成Mg（OH）₂而进入沉淀中，从而导致生产成本的提高；为了兼顾产品质量和生产成本，选择pH=9.8最合理，当然此时Mg²⁺也会部分生成Mg（OH）₂沉淀，但由于卤块价格低廉，这点不可避免的损失还是可以承受的，以此保证产品的纯度，
故答案为：使除Mg²⁺以外的各种杂质金属离子都成为氢氧化物沉淀以便除去；
（4）步骤⑥由氢氧化镁灼烧制备氧化镁，应该在耐高温的坩埚中进行，故答案为：坩埚；
（5）氢氧化镁溶液中存在溶解平衡Mg（OH）₂?Mg ²⁺+2OH^-，Mg（OH）₂电离出来的OH^-与NH₄⁺结合生成难电离的弱电解质NH₃?H₂O，氢氧根离子浓度降低，从而使Mg（OH）₂的溶解平衡向右移动，促进氢氧化镁溶解，故Mg（OH）₂能溶于NH₄Cl溶液中，
故答案为：Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺ （aq）+2OH^-（aq），NH₄Cl 电离出的NH₄⁺与OH^-结合成弱电解质NH₃?H₂O，降低了c（OH^-），Mg（OH）₂溶解平衡向右移动．

点评：本题通过以卤块为原料制取轻质氧化镁的工艺流程，考查了物质制备实验方案的设计，题目难度中等，注意掌握化学基本实验操作方法，明确物质制备实验方案设计原则，本题中合理分析制取流程、得出氧化镁的制备原理为解题的关键，试题综合性较强、涉及知识点较多，充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．