Question

【题目】镁在工业、医疗等领域均有重要用途。某化学小组利用硼砂工厂的固体废弃物（主要含有MgCO3、MgSiO3、Al2O3和Fe2O3等），设计了回收其中镁的工艺流程：

（1）酸浸前，将固体废弃物研磨的目的是_______，为达到此目的，还可以采取的措施是_____（任写一条）。

（2）酸浸时，生成滤渣I的离子方程式为_________。

（3）第一次调节pH的目的是_____。当加入氨水使Al3+开始沉淀时，溶液中c（Fe3+）/c（Al3+）为 _________ 。已知Ksp[Fe(OH)3 ]=4×10-38，Ksp[Al(OH)3 ]=1×10-33.

（4）设计简单方案分离滤渣2，简述实验过程：______。

（5）滤液3中可回收利用的物质主要是_____（填化学式），其阳离子的电子式为 _______。

（6）写出工业上从滤渣3中获得镁锭的所有反应的化学方程式：_______。

Answer 1

【答案】 加快浸出速率 提高反应温度或适当增加硫酸浓度（或其他合理答案） MgSiO3+2H+=Mg2++H2SiO3 使Fe3+、Al3+沉淀从而分离出来 4.0×10-5 溶于适量氢氧化钠溶液，过滤得Fe（OH）3；向滤液中通入过量CO2，过滤得Al（OH）3 （NH4）2SO4 Mg（OH）2+2HCl=MgCl2+2H2O、MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑

【解析】浸出步骤硫酸同固体废料中主要成份反应，从化学反应速率和化学平衡的影响因素来看，可通过升高温度提高硫酸镁的溶解度，或通过搅拌使反应物充分接触反应，或通过过滤后滤渣多次浸取以提高转化率；因MgCO3、MgSiO3、Al2O3、Fe2O3能与硫酸反应，生成了MgSO4、Al2(SO4)2 和Fe2(SO4)3 ，其中H2SiO3形成滤渣1，滤液1中MgSO4、Al2(SO4)2 和Fe2(SO4)3，根据阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH，在调节pH至5.5时，Fe3＋和Al3＋已经完全沉淀，滤渣2的主要成分是Fe(OH)3 、Al(OH)3 ，滤液2中阴离子主要是SO42－，加入NH3·H2O后在调节pH至12.5时Mg2＋完全沉淀，溶质主要成分是(NH4)2SO4。

（1）酸浸前，将固体废弃物研磨的目的是加快浸出速率，浸出步骤硫酸同固体废料中主要成份反应，从化学反应速率和化学平衡的影响因素来看，可通过升高温度提高硫酸镁的溶解度，或通过搅拌使反应物充分接触反应，或通过过滤后滤渣多次浸取以提高转化率，故答案为：加快浸出速率，适当提高反应温度、增加浸出时间（或其他合理答案）

（2）因MgCO3、MgSiO3、Al2O3、Fe2O3能与硫酸反应，生成了MgSO4、Al2(SO4)2 和Fe2(SO4)3 ，其中H2SiO3形成滤渣；酸浸时，生成滤渣I的离子方程式为MgSiO3+2H+=Mg2++H2SiO3；（3）滤液I中含有MgSO4、Al2(SO4)2 和Fe2(SO4)3 ，根据阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH，在调节pH至5.5时，Fe3＋和Al3＋已经完全沉淀，滤渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3 ，第一次调节pH的目的是使Fe3+、Al3+沉淀从而分离出来；当加入氨水使Al3+开始沉淀时，溶液中c（Fe3+）/c（Al3+）=Ksp[Fe(OH)3 ]/Ksp[Al(OH)3 ]==4×10-38/1×10-33=4.0×10-5；（4）设计简单方案分离滤渣2，滤渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3 ，利用Al(OH)3 具有两性，分离操作：溶于适量氢氧化钠溶液，过滤得Fe（OH）3；向滤液中通入过量CO2，过滤得Al（OH）3 ；(7)上述过滤后滤液中阴离子主要是SO42－，加入NH3·H2O后在调节pH至12.5时Mg2＋完全沉淀，溶质主要成分是(NH4)2SO4，故答案为：(NH4)2 SO4；其阳离子的电子式为，（6）滤渣3为Mg(OH)2 ，工业上从滤渣3生产镁锭的反应：Mg(OH)2 +2HCl=MgCl2+2H2O、MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑。