Question

1．石棉尾矿主要含有 Mg₃（Si₂O₅）（OH）₄ 和少量的 Fe₂O₃、Al₂O₃．以石棉尾矿为镁源制备碳酸镁晶须（MgCO₃•nH₂O）的工艺如图1：

已知“焙烧”过程中的主反应为：
Mg₃（Si₂O₅）（OH）₄+5（NH₄）₂SO₄$\frac{\underline{\;焙烧\;}}{\;}$3MgSO₄+10NH₃↑+2SiO₂+7H₂O↑+2SO₃↑．
（1）写出焙烧产物 NH₃ 的电子式．
（2）为提高水浸速率，可采取的措施为将焙烧渣粉碎或加热或搅拌（任写一条）．“浸渣”的主要成分为SiO₂．
（3）“除铁、铝”时，需将 pH 调至 8.0 左右，适宜作调节剂的是bc（填字母代号）．
a．NaOHb．Mg（OH）₂c．NH₃•H₂O
（4）“沉镁”过程中反应的离子方程式为Mg²⁺+2HCO₃^-+（n-1）H₂O=MgCO₃•nH₂O↓+CO₂↑．“沉镁”时若温度超过 60℃，将产生较多的碱式碳酸镁杂质，原因是升温促进镁离子水解．
（5）流程中可以循环利用的物质是（NH₄）₂SO₄（填化学式）．
（6）某小组同学称取 13.8g MgCO₃•nH₂O 进行热重分析，并绘制剩余固体质量随温度变化的曲线如图所示，则 n=3．

Answer 1

分析 以石棉尾矿（主要含有Mg₃ （ Si₂O₅） （ OH ）₄和少量的Fe₂O₃、Al₂O₃）为原料制备碳酸镁晶体（MgCO₃•nH₂O）的工艺流程：加入硫酸铵焙烧得到MgSO₄、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃，水浸，形成Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺的溶液，SiO₂不溶于水形成浸渣，加入NH₃•H₂O将pH调至8.0左右，将Fe³⁺、Al³⁺以氢氧化物的形式过滤除去，向含有镁离子的滤液中加入碳酸氢铵发生反应：Mg²⁺+2HCO₃^-+（n-1）H₂O=MgCO₃•nH₂O↓+CO₂↑，洗涤晶体可得，据此分析解答，
（1）氨气为共价化合物，氮原子和氢原子形成三个共价键；
（2）SiO₂不溶于水形成浸渣；
（3）“除铁、铝”时，需将pH调至8.0左右，选择不引入新杂质的试剂；
（4）“沉镁”过程中反应生成碳酸镁晶体和二氧化碳；
（5）过程中参与反应，最后又生成的物质可以循环使用；“沉镁”时若温度超过 60℃，将产生较多的碱式碳酸镁杂质是没离子水解的原因；
（6）根据精确测定n的值，称取13.8gMgCO₃•nH₂O进行热重分析，图2所示的热重曲线示意图，MgCO₂•nH₂O受热分解生成MgO、CO₂、H₂O，最终剩余的固体为MgO4.0g，n（Mg）=$\frac{4.0g}{40g/mol}$=0.1mol，
则n（MgCO₃）=n（Mg）=0.1mol，
m（MgCO₃）=8.4g，
m（H₂O）=13.8g-8.4g=5.4g，
n（H₂O）=$\frac{5.4g}{18g/mol}$=0.3mol，
1：n=n（MgCO₃）：n（H₂O）计算得到．

解答 解：以石棉尾矿（主要含有Mg₃ （ Si₂O₅） （ OH ）₄和少量的Fe₂O₃、Al₂O₃）为原料制备碳酸镁晶体（MgCO₃•nH₂O）的工艺流程：加入硫酸铵焙烧得到MgSO₄、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃，水浸，形成Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺的溶液，SiO₂不溶于水形成浸渣，加入NH₃•H₂O将pH调至8.0左右，将Fe³⁺、Al³⁺以氢氧化物的形式过滤除去，向含有镁离子的滤液中加入碳酸氢铵发生反应：Mg²⁺+2HCO₃^-+（n-1）H₂O=MgCO₃•nH₂O↓+CO₂↑，洗涤晶体可得，
（1）氨气为共价化合物，电子式为，故答案为：；
（2）将焙烧渣粉碎或加热或搅拌可以提高水浸速率，石棉尾矿加入硫酸铵焙烧得到MgSO₄、SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃，水浸，SiO₂不溶于水形成浸渣；
故答案为：将焙烧渣粉碎或加热或搅拌；SiO₂；
（3）“除铁、铝”时，需将pH调至8.0左右，选择不引入新杂质的试剂，A会引入钠离子，不选，故可选用Mg（OH）₂，NH₃•H₂O，
故答案为：bc；
（4）“沉镁”过程中反应的离子方程式为：Mg²⁺+2HCO₃^-+（n-1）H₂O=MgCO₃•nH₂O↓+CO₂↑，“沉镁”时若温度超过 60℃，将产生较多的碱式碳酸镁杂质，原因是升温促进镁离子水解，
故答案为：Mg²⁺+2HCO₃^-+（n-1）H₂O=MgCO₃•nH₂O↓+CO₂↑；升温促进镁离子水解；
（5）沉镁过程的滤液为（NH₄）₂SO₄，可循环使用；
故答案为：（NH₄）₂SO₄；
（6）根据精确测定n的值，称取13.8gMgCO₃•nH₂O进行热重分析，图2所示的热重曲线示意图，MgCO₂•nH₂O受热分解生成MgO、CO₂、H₂O，最终剩余的固体为MgO4.0g，n（Mg）=$\frac{4.0g}{40g/mol}$=0.1mol，
则n（MgCO₃）=n（Mg）=0.1mol，
m（MgCO₃）=8.4g，
m（H₂O）=13.8g-8.4g=5.4g，
n（H₂O）=$\frac{5.4g}{18g/mol}$=0.3mol，
1：n=n（MgCO₃）：n（H₂O）=0.1：0.3，
故n=3，则该晶体化学式为MgCO₃•3H₂O，
故答案为：3．

点评 本题考查物质的制备和物质成分的探究，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．