Question

【题目】实验室以一种工业废渣（主要成分为MgCO3、Mg2SiO4和少量Fe、Al的氧化物） 为原料制备Mg CO3·3H2O。实验过程如下：

（1）酸溶过程中主要反应的热化学方程式为：

MgCO3（s）+2H+（aq）=Mg2+（aq）+CO2（g）+H2O H = -50.4kJ·mol-1

Mg2SiO4（s） +4 H+（aq）=2 Mg2+（aq） +H2SiO3（s） + H2O（l） H =-225.4kJ··mol-1

向Mg2SiO4悬浊液中通入CO2析出H2SiO3的热化学方程式为__________，该反应能正向进行的热力学原因是_________。该反应的平衡常数表达式为__________。

（2）对氧化后的溶液，加入萃取剂磷酸二异辛酯（C16H35O4P）的煤油溶液，并调节pH为1.4~4.3，萃取剂的体积约为水溶液的0.5倍，充分振荡、静止、分层（上层为含三价铁的有机层），分液。向分液得到的有机层加硫酸反萃取得到硫酸铁溶液，从而与有机层分离。萃取反应为：Fe2（SO4）3（水层）+6HA（有机层）=2FeA3（有机层）+3H2SO4（水层）

①提高萃取效率的措施有__________。

A 适当提高萃取剂的浓度 B 适当提高溶液酸度

C 充分振荡，多次萃取 D 不断地从下层排除出有机层

②在反萃取中加硫酸的作用是___________。

（3）萃取后的水溶液制备Mg CO3·3H2O的实验方案：滴加氨水调节溶液的pH在一定范围内，过滤。向滤液中滴加Na2 CO3溶液，搅拌、静置、过滤，用水洗涤固体2~3次，在50℃下干燥，得到Mg CO3·3H2O。[已知该溶液中pH=8.5时Mg（OH）2开始沉淀；pH=5.0时Al（OH）3沉淀完全]。

①调节溶液pH的范围____________。

②判断向滤液中滴加Na2CO3溶液过量的方法__________。

（4）从废渣制备Mg CO3·3H2O的整体实验方案看，酸溶时所加H2SO4不宜过量太多的原因是_________。

Answer 1

【答案】Mg2SiO4（s）+2CO2（g）+H2O（l）= 2MgCO3（s）+H2SiO3（s）△H=-124.6kJmol-1 该反应放热（或△H <0）有利于正向进行 K= AC 促进萃取平衡逆向移动,Fe3+进入水层 5.0≤ pH <8.5 向上层清液中继续滴加Na2CO3溶液 ，若无沉淀生成，证明Na2CO3过量（其他答案合理即可） 不利于Fe3+萃取，避免制备MgCO3时消耗更多的氨水

【解析】

将废渣溶于硫酸，硅元素形成硅酸沉淀被过滤除去，用过氧化氢进行氧化，确保铁元素氧化成三价，通过萃取的形式除去三价铁，调pH除去铝离子，最后加碳酸钠形成碳酸镁，再通过过滤、洗涤、在50℃下干燥，得到Mg CO3·3H2O。

(1) ①MgCO3(s)+2H+(aq)=Mg2+(aq)+CO2(g)+H2O H1 = -50.4kJ·mol-1

②Mg2SiO4(s)+4H+(aq)=2Mg2+(aq)+H2SiO3(s)+ H2O(l) H2 =-225.4kJ·mol-1

②-2×①：Mg2SiO4(s)+2CO2(g)+H2O(l)=2MgCO3(s)+H2SiO3(s) △H=H2-2×H1=(-225.4kJ·mol-1)-2×(-50.4kJ·mol-1)= -124.6kJmol-1，该反应能正向进行的原因是该反应放热（或△H <0）有利于正向进行，平衡常数K=，故答案为：Mg2SiO4(s)+2CO2(g)+H2O(l)= 2MgCO3(s)+H2SiO3(s) △H=-124.6kJmol-1；该反应放热（或△H <0）有利于正向进行；K=；

(2) ①萃取是为了得到FeA3（有机层）：

A．适当提高萃取剂的浓度，可以提高萃取效率，A正确；

B．提高溶液酸度，不利于FeA3（有机层）的生成，B错误；

C．多次萃取可以尽可能的得到FeA3，C正确；

D．有机层在上层，上层液体从上口倒出，D错误；

综上所述，AC正确，故答案为：AC；

②由Fe2(SO4)3(水层)+6HA(有机层)=2FeA3(有机层)+3H2SO4(水层)可知，加硫酸可使平衡逆向移动，使Fe3+进入水层，故答案为：促进萃取平衡逆向移动，使Fe3+进入水层；

(3)①滴加氨水是为了使铝离子沉淀而除去，将铝离子沉淀除去，pH至少为5.0，镁离子不能沉淀，否则会降低产率，pH需小于8.5，故答案为：5.0≤ pH <8.5；

②加Na2CO3溶液的目的是为了和Mg2+反应生成MgCO3沉淀，若Na2CO3过量，则上层清液中不含有Mg2+，可继续向上层清液中滴加Na2CO3溶液 ，若无沉淀生成，证明Na2CO3过量，故答案为：向上层清液中继续滴加Na2CO3溶液 ，若无沉淀生成，证明Na2CO3过量（其他答案合理即可）；

(4)从反萃取平衡：Fe2(SO4)3(水层)+6HA(有机层)=2FeA3(有机层)+3H2SO4(水层)可知，硫酸太多不利于Fe3+萃取，同时再加氨水调pH除Al3+时将消耗更多的氨水，故答案为：不利于Fe3+萃取，避免制备MgCO3时消耗更多的氨水。