Question

蛇纹石是一种富镁硅酸盐矿物的总称，因其颜色青绿相间酷似蛇皮而得名．蛇纹石可以看作由MgO、FeO和
Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成．工业上由蛇纹石制取碱式碳酸镁产品的流程如下：

（1）蛇纹石加盐酸溶解后，溶液里除了Mg²⁺、Al³⁺外，还含有的金属离子是

 

．
（2）向Ⅰ中加入氧化剂的作用是

 

，
加入Ca（OH）₂时，需要控制溶液pH在7～8之间（有关氢氧化物沉淀的pH见下表）．

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

若pH＞8可能会导致

 

溶解、

 

沉淀．
（3）沉淀物A可作为提取红色颜料的原料，若向沉淀物A中加入

 

，然后过滤、洗涤、

 

（填写实验操作名称），即可获得红色颜料，实现废物的综合利用．
（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

 

（填写物质化学式）．
（5）若产品的化学式用aMgCO₃?bMg（OH）₂?cH₂O表示，现称取18.2g产品并使之完全分解，收集到3.36L 
CO₂（标准状况下）和8.0g MgO，通过计算确定产品的化学式中：a=

 

，b=

 

，c=

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,常见金属元素的单质及其化合物的综合应用

专题：

分析：（1）蛇纹石可以看作由MgO、FeO和Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成，蛇纹石加盐酸溶解后，MgO、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反应溶解，而SiO₂和HCl不反应，不能溶解；
（2）这时溶液中的Fe³⁺、Al³⁺是杂质，但除去Fe³⁺、Al³⁺的过程中一定不能将Mg²⁺损失，为了达到这个目的，根据题中提示应用的原理是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺和Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，只要加入一种能消耗H⁺的物质即可使上述水解平衡向正反应方向移动，除去Fe³⁺、Al³⁺，该方案使用加Ca（OH）₂的方法，但此步加入Ca（OH）₂不能太多，需将溶液的pH控制在7～8；若pH小于7，Al³⁺不能完全沉淀；若pH过高导致生成的Al（OH）₃又发生反应Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O而溶解，同时Mg²⁺也转化为沉淀而损失；
（3）制纯净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，依据需定的数据样品质量，结合元素守恒计算得到；

解答： 解：（1）蛇纹石加盐酸溶解，MgO、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反应溶解，反应方程式分别为：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，FeO+2HCl=FeCl₂+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，故溶液里除了Mg²⁺、Al³⁺外，还含有的金属离子是Fe³⁺、Fe²⁺；
故答案为：Fe³⁺、Fe²⁺；
（2）这时溶液中的Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺是杂质，但除去Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺的过程中一定不能将Mg²⁺损失，为了达到这个目的，先加入氧化剂，将Fe²⁺氧化成Fe³⁺或将Fe（OH）₂氧化成Fe（OH）₃，根据题中提示应用的原理是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺和Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，只要加入一种能消耗H⁺的物质即可使上述水解平衡向正反应方向移动，除去Fe³⁺、Al³⁺，该方案使用加Ca（OH）₂的方法，但此步加入Ca（OH）₂不能太多，需将溶液的pH控制在7～8；若pH小于7，Al³⁺不能完全沉淀；若pH过高导致生成的Al（OH）₃又发生反应Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O而溶解，同时Mg²⁺也转化为沉淀而损失；
故答案为：将Fe²⁺氧化成Fe³⁺或将Fe（OH）₂氧化成Fe（OH）₃；Al（OH）₃；Mg²⁺；
（3）制纯净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．
Al（OH）₃能溶于强碱；故可A中加入氢氧化钠，氢氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，偏铝酸钠与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，过滤得到氢氧化铁沉淀，灼烧氢氧化铁沉淀得到氧化铁；离子方程式为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；2Fe（OH）3

△   .

Fe₂O₃+3H₂O
故答案为：NaOH溶液；灼烧；
（4）依据流程分析，反应过程中参加费用，最后有生成可以循化使用，所以此过程中CO₂是可以重复使用的；
故答案为：CO₂；
（5）m（样品）=18.2g，m（CO₂）=6.6g，m（MgO）=8.0g，碱式碳酸镁分解：aMgCO₃?bMg（OH）₂?cH₂O

高温  .

（a+b）MgO+aCO₂↑+（b+c）H₂O↑，
根据质量守恒得：m（H₂O）=18.2g-6.6g-8.0g=3.6g，
则m（MgO）═0.2mol，
n（CO₂）═0.15mol，
n（H₂O）═0.2mol，
得：a：b：c=0.15：0.05：0.15=3：1：3，
故答案为：3；1；3．

点评：本题主要考查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，难度较大．