Question

江苏省东海县矿产丰富，除了水晶制品名扬天下外，蛭石、蛇纹石等矿石储量大，品位高，其相关的耐火、保温隔热材料（主要成分为MgO、Al₂O₃）工业也较发达．
某中学化学探究小组通过查阅相关资料，对蛭石的组成进行了实验探究．
I、相关资料：①蛭石的成分可看成是由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成
②氢氧化物开始沉淀及沉淀完全时的pH

氢氧化物	Fe（OH）3	Mg（OH）2	Al（OH）3
沉淀的pH范围	1.5-4.1	9.4-12.4	3.3-5.2

Ⅱ、相关实验：

Ⅲ、实验数据：
①矿石样品质量为：8.22g　　 ②每次转化所得固体成分只有一种
请你根据以上内容和中学化学知识回答以下问题
（1）写出由D制一种红色颜料的化学方程式：______
（2）工业上的耐火材料通常由F及滤液E进一步转化而成，请你分析滤液E中可能含有成分，设计一个从滤液E制取耐火材料的实验方法：______
（3）滤液B和NaOH溶液反应时，应控制溶液的pH在7-8之间，这是因为：______
（4）通过计算，写出用氧化物的形式表示蛭石组成的化学式______．

Answer 1

解：蛭石的成分可看成是由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂，每次转化所得固体成分只有一种，由工艺流程图可知固体A为SiO₂；滤液B含有氯化镁、氯化铁、氯化铝等，滤液B加入氢氧化钠溶液，由氢氧化铁、氢氧化镁、氢氧化铝开始沉淀及沉淀完全时的pH值可知，固体D为氢氧化铁，滤液C含有氯化镁、偏铝酸钠、氯化钠；滤液C通入二氧化碳，可知固体F为氢氧化铝，滤液E含有氯化镁、氯化钠等．
（1）D为氢氧化铁可以加热分解制备氧化铁红色颜料，反应方程式为2Fe（OH）₃Fe₂O₃+3H₂O．
故答案为：2Fe（OH）₃Fe₂O₃+3H₂O．
（2）滤液E含有氯化镁、氯化钠等，向将所得的滤液E中加入足量的NaOH溶液，再进行过滤、洗涤、干燥，得氢氧化镁沉淀，最后进行高温灼烧氢氧化镁可以生成氧化镁，制取耐火材料．
故答案为：向将所得的滤液E中加入足量的NaOH溶液，再进行过滤、洗涤、干燥，最后进行高温灼烧．
（3）根据表中数据，控制溶液的pH在7～8之间，Mg²⁺没有变化，Al³⁺转化为AlO₂^-，只有Fe³⁺沉淀，保证沉淀只有Fe（OH）₃．
故答案为：根据表中数据，控制溶液的pH在7～8之间，Mg²⁺没有变化，Al³⁺转化为AlO₂^-，只有Fe³⁺沉淀，保证沉淀只有Fe（OH）₃．
（4）固体A为SiO₂质量为2.4g，物质的量为=0.04mol；
D为氢氧化铁，质量为2.14g，物质的量为=0.02mol，根据铁元素守恒可知氧化铁物质的量为0.01mol，质量为0.01mol×160g/mol=1.6g；
F为氢氧化铝，质量为1.56g，物质的量为=0.02mol，根据铝元素守恒可知氧化铝物质的量为0.01mol，质量为0.01mol×102g/mol=1.02g；
故氧化镁的质量为8.22g-2.4g-1.6g-1.02g=3.2g，物质的量为=0.08mol，
所以n（MgO）：n（Al₂O₃）：n（Fe₂O₃）：n（SiO₂ ）=0.04mol：0.01mol：0.01mol：0.02mol=4：1：1：2．
所以用氧化物的形式表示蛭石组成的化学式为8MgO?Al₂O₃?Fe₂O₃?4SiO₂．
故答案为：8MgO?Al₂O₃?Fe₂O₃?4SiO₂．
分析：蛭石的成分可看成是由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂，每次转化所得固体成分只有一种，由工艺流程图可知固体A为SiO₂；滤液B含有氯化镁、氯化铁、氯化铝等，滤液B加入氢氧化钠溶液，由氢氧化铁、氢氧化镁、氢氧化铝开始沉淀及沉淀完全时的pH值可知，固体D为氢氧化铁，滤液C含有氯化镁、偏铝酸钠、氯化钠；滤液C通入二氧化碳，可知固体F为氢氧化铝，滤液E含有氯化镁、氯化钠等．
（1）D为氢氧化铁可以制备氧化铁红色颜料．
（2）滤液E含有氯化镁、氯化钠等，向滤液中加入足量的NaOH溶液，最后进行高温灼烧可得氧化镁．
（3）根据表中数据，控制溶液的pH在7～8之间，Mg²⁺没有变化，Al³⁺转化为AlO₂^-，只有Fe³⁺沉淀．
（4）固体A为SiO₂质量为2.4g，利用原子守恒，结合氢氧化铁、氢氧化铝沉淀质量计算8.22g中含有氧化铁、氧化铝的质量，再计算氧化镁的质量，进而计算MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃、SiO₂ 的物质的量之比．据此书写化学式．
点评：本题考查Mg、Al、Fe、Si等元素化合物知识与物质的分离提纯的应用、物质的量计算等知识点，难度中等，理解工艺流程图是解题关键，是对知识的综合运用与对学生能力考查．