Question

蛇纹石矿可以看作由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成．由蛇纹石制取碱式碳酸镁的实验步骤如下

氢氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Mg（OH）2
开始沉淀pH	1.5	3.3	9.4

（1）蛇纹石矿加盐酸溶解后，溶液里除了Mg²⁺外，还含有的金属离子是

Fe³⁺、Al³⁺

．
（2）进行Ⅰ操作时，控制溶液pH=7-8（有关氢氧化物沉淀的pH见表）Ca（OH）₂不能过量，若Ca（OH）₂过量可能会导致

Al（OH）₃

溶解、

Mg（OH）₂

沉淀．
（3）从沉淀混合物A中提取红色氧化物作颜料，先向沉淀物A中加入

NaOH

 （填入物质的化学式），然后

过滤、洗涤、灼烧

 （依次填写实验操作名称）．
（4）物质循环使用，能节约资源．上述实验中，可以循环使用的物质是

CaCO₃或CO₂

（填写物质化学式）．
（5）现设计一个实验，确定产品aMgCO₃?bMg（OH）₂?cH₂O中a、b、c的值（已知均为正整数），请完善下列实验步骤（可用试剂：浓硫酸、碱石灰）：①样品称量  ②高温分解  ③

测出水蒸汽的质量（或测出浓硫酸的增重）

  ④

测出CO₂的质量（或测出碱石灰的增重）

   ⑤称出MgO的质量．

Answer 1

分析：（1）蛇纹石矿可以看做MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成，蛇纹石加盐酸溶解后，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反应溶解，而SiO₂和HCl不反应，不能溶解；
（2）当氢氧化钙过量时，溶液碱性增强，Al（OH）₃会溶解，从氢氧化物沉淀的pH表中可看出，Mg（OH）₂在pH为9.4时开始沉淀，所以碱性增强Mg（OH）₂会沉淀；
（3）红色氧化物为Fe₂O₃，应先将其中含有的少量Al（OH）₃除去，除去Al（OH）₃的方法是利用它能溶于强碱的性质；（4）此过程中CO₂是可以重复使用的；
（5）确定产品aMgCO₃?bMg（OH）₂?cH₂O中a、b、c的值，需要测定的数据是①样品质量；②MgO质量；③生成CO₂的质量（或体积）；④生成水的质量．

解答：解：（1）蛇纹石加盐酸溶解，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反应溶解，反应方程式分别为：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O．而SiO₂不与盐酸反应，以沉淀的形式除去，故答案为：Fe³⁺、Al³⁺；
（2）由（1）知，此时溶液中除了Mg²⁺外，还含有Fe³⁺、Al³⁺杂质，需除去Fe³⁺、Al³⁺但不能损失Mg²⁺，因Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺和Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，利用平衡移动的原理，消耗H⁺使上述水解平衡向正反应方向移动，除去Fe³⁺、Al³⁺，加Ca（OH）₂需将溶液的pH控制在7～8，若pH过高，会导致生成的Al（OH）₃发生反应Al（OH）₃+OH-=AlO₂^-+2H₂O溶解，Mg（OH）₂在pH为9.4时开始沉淀，所以碱性增强Mg（OH）₂会沉淀，同时Mg²⁺也因转化为沉淀而损失，
故答案为：Al（OH）₃；Mg（OH）₂；
（3）从实验步骤图知：沉淀混合物为Fe（OH）₃和Al（OH）₃，红色氧化物是沉淀物Fe（OH）₃分解后得到的Fe₂O₃，所以得先加碱把Al（OH）₃除掉，反应为：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，然后过滤洗涤灼烧即可，故答案为：NaOH；过滤、洗涤、灼烧；
（4）从实验步骤图知：上述实验中，步骤Ⅱ中通二氧化碳，生成碳酸钙，碳酸钙分解可得到二氧化碳，作为第Ⅱ步的原料，碱式碳酸镁分解得到CO₂，可以循环使用的物质是CaCO₃或CO₂，故答案为：CaCO₃或CO₂；
（5）利用浓硫酸的吸水性测出浓硫酸的增重测出水蒸汽的质量；利用碱石灰吸收CO₂前后的质量差求二氧化碳质量，
故答案为：③测出水蒸汽的质量（或测出浓硫酸的增重）；④测出CO₂的质量（或测出碱石灰的增重）．

点评：本题主要考查了元素化合物中金属铝、铁的性质，解题时不仅需熟知物质间的反应原理，还需灵活运用于实验的设计．