Question

12．MgSO₄•7H₂O是一种重要的化工原料．某研究性学习小组设计了利用菱镁矿石（主要成分是MgCO₃，并含有MnCO₃，SiO₂杂质）制取MgSO₄•7H₂O的实验，流程如下：

（1）第①步研磨的目的是使溶解充分并加快溶解速率，所得滤液主要含MgSO₄、MnSO₄等溶质．
（2）第②步反应的离子方程式为Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂↓+Cl^-+2H⁺．
（3）若制得MgSO₄•7H₂O的质量为82.00g，测得MnO₂质量为1.74g，且测得第①步滤渣质量为4.70g，忽略各物质在溶液中的溶解损失，可计算出菱镁矿石中MgCO₃的质量分数为80%．

Answer 1

分析 菱镁矿石（主要成分是MgCO₃，并含有MnCO₃，SiO₂杂质）研碎加稀硫酸，SiO₂不反应，MgCO₃，MnCO₃反应生成二氧化碳气体，MgSO₄、MnSO₄溶液，向滤液中加NaClO，Mn²⁺被氧化为+4价，变成MnO₂沉淀，溶液中含有MgSO₄和少量NaCl，浓缩结晶、过滤洗涤，得MgSO₄•7H₂O晶体；
（1）菱镁矿石研碎的目的是使菱镁矿石变成粉状，加稀硫酸溶解时反应速率快，MgCO₃和MnCO₃与稀硫酸反应生成MgSO₄、MnSO₄；滤渣二氧化硅在生产生活中有广泛应用制玻璃和光导纤维；
（2）第②步反应为向含有MgSO₄、MnSO₄的溶液中加NaClO，Mn²⁺有还原性，ClO^-有氧化性，Mn²⁺被氧化为+4价，变成MnO₂沉淀，ClO^-被还原成Cl^-，然后缺项配平；
（3）菱镁矿石（主要成分是MgCO₃，并含有MnCO₃，SiO₂杂质）中的元素最终存在形式：MgCO₃变为82.00gMgSO₄•7H₂O，MnCO₃变为1.74gMnO₂，SiO₂杂质在第①步以滤渣形式存在，质量为4.70克，m（菱镁矿）=m（MgCO₃）+m（MnCO₃）+m（不溶物）=28.00g+2.30g+4.70g=35.00g，计算得到菱镁矿石中MgCO₃的质量分数．

解答 解：菱镁矿石（主要成分是MgCO₃，并含有MnCO₃，SiO₂杂质）研碎加稀硫酸，SiO₂不反应，MgCO₃，MnCO₃反应生成二氧化碳气体，MgSO₄、MnSO₄溶液，向滤液中加NaClO，Mn²⁺被氧化为+4价，变成MnO₂沉淀，溶液中含有MgSO₄和少量NaCl，浓缩结晶、过滤洗涤，得MgSO₄•7H₂O晶体；
（1）菱镁矿石研碎的目的是使菱镁矿石变成粉状，加稀硫酸溶解时反应速率快，发生反应：MgCO₃+H₂SO₄=MgSO₄+H₂O+CO₂↑；MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+H₂O+CO₂↑，SiO₂杂质不和稀硫酸反应，故滤液中含有MgSO₄，MnSO₄；
故答案为：使溶解充分并加快溶解速率；MgSO₄；MnSO₄；
（2）第②步反应为向含有MgSO₄、MnSO₄的溶液中加NaClO，Mn²⁺有还原性，ClO^-有氧化性，Mn²⁺被氧化为+4价，变成MnO₂沉淀，ClO^-被还原成Cl^-，根据氧化还原反应得失电子相等知，Mn²⁺和ClO^-的系数之比为1：1，该溶液为酸性溶液，故反应中不出现OH^-；
故答案为：Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂↓+Cl^-+2H⁺；
（3）由原子守恒知生成1molMgSO₄•7H₂O，消耗1molMgCO₃，即n（MgCO₃）=n（MgSO₄•7H₂O），m（MgCO₃）=$\frac{82.00g}{246g/mol}$×84g/mol=28.00g；
同理：n（MnCO₃）=n（MnO₂），m（MnCO₃）=$\frac{1.74g}{87g/mol}$×115g/mol=2.30g，菱镁矿石的质量为：m（菱镁矿）=m（MgCO₃）+m（MnCO₃）+m（不溶物）=28.00g+2.30g+4.70g=35.00g，菱镁矿石中MgCO₃的质量分数=$\frac{m（MgC{O}_{3}）}{m（菱镁矿）}$×100%=$\frac{28.00g}{35.00g}$×100%=80%；
故答案为：80%．

点评 本题考查了物质分离的实验设计和方法应用，主要是利用氧化还原反应除去杂质Mn2+，得到较纯净的MgSO₄溶液来制备MgSO₄•7H₂O晶体，同时考查了物质分离方法，题目难度中等．