Question

17．工业上可以利用菱镁矿（主要成分为MgCO₃）制取MgSO₄•7H₂O，其流程如图1：

（1）操作①的名称为过滤；步骤②需要冷却至30℃的原因是降低MgSO₄•7H₂O溶解度，使其析出；步骤③不使用更高温度的原因是避免失去结晶水
（2）如果产品的纯度不合格，可用如下过程提纯：粗品 $→_{分离}^{水、加热}$ 溶液 $→_{分离}^{冷却}$ 纯MgSO₄•7H₂O，这种提纯方法的名称为重结晶
（3）产品的纯度严重依赖于菱镁矿中MgCO₃的含量，实验室可采用如图2装置测定菱镁矿中MgCO₃的含量．
①D中试剂最好选用稀硫酸
②通入的气体A可以是a d（填字母代号）
a、H₂           b、空气            c、水煤气              d、N₂
③实验中需要测定的物理量有菱镁矿样品质量、实验前后E装置质量
④实验结果偏高的原因可能是E吸收了空气中的水蒸汽或二氧化碳
⑤另有一种测定方法是：将菱镁矿溶于稀盐酸，加入过量氢氧化钠溶液，通过测定氢氧化镁沉淀的质量计算纯度．已知溶液中Mg²⁺（0.1mol/L）开始沉淀的pH为10，则要保证溶液中Mg²⁺完全沉淀，溶液的pH至少为12．

Answer 1

分析 利用菱镁矿（主要成分为MgCO₃）制取MgSO₄•7H₂O流程：MgCO₃+H₂SO₄=MgSO₄+H₂O+CO₂↑调节PH=5，80℃温度较高，硫酸镁溶解度较大，分离不溶物用过滤，溶液中主要为硫酸镁，冷却至30℃降低MgSO₄•7H₂O溶解度，使其析出，过滤，50℃-55℃，干燥得纯MgSO₄•7H₂O．
（1）分离固体、液体用过滤；步骤②需要冷却至30℃降低MgSO₄•7H₂O溶解度，使其析出，结晶水合物在温度较高时易失水，所以步骤③不使用更高温度；
（2）二次结晶也就是重结晶，常用的结晶方法有两种：冷却热饱和溶液和蒸发结晶；冷却热饱和溶液法结晶适用于溶解度受温度影响较大的物质，而蒸发结晶适用于溶解度受温度的影响不大，该产品提纯用冷却结晶；
（3）测定菱镁矿中MgCO₃的含量，首先通入A气体，该气体不能被碱石灰吸收，赶走装置中的空气，通过D滴加硫酸和碳酸镁反应，生成二氧化碳，通过C浓硫酸干燥，通过E二氧化碳被吸收，通过实验前后E装置质量变化得到二氧化碳的质量，根据碳守恒，得到碳酸镁的质量，据此测定菱镁矿中MgCO₃的含量．
①选择难挥发的酸，避免生成的气体含有其它气体杂质；
②通入的A气体，赶走装置中的空气，但该气体不能被碱石灰吸收，影响碳酸镁的测定；
③测定菱镁矿中MgCO₃的含量需测定菱镁矿样品质量、实验前后E装置质量；
④空气中的水蒸汽或二氧化碳进入E误认定为碳酸镁与酸反应生成；
⑤根据K_sp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）、K_W=c（H⁺）×c（OH^-）、pH=-lgc（H⁺）计算．

解答 解：（1）菱镁矿与硫酸反应，调节PH=5，80℃温度较高，硫酸镁溶解度较大，杂质与硫酸不反应，分离不溶物用过滤，冷却至30℃降低MgSO₄•7H₂O溶解度，使其析出，结晶水合物在温度较高时易失水，所以步骤③不使用更高温度的原因是避免MgSO₄•7H₂O失去结晶水，
故答案为：过滤；降低MgSO₄•7H₂O溶解度，使其析出；避免失去结晶水； 
（2）将粗品MgSO₄•7H₂O晶体溶于溶剂水以后，通过冷却热饱和溶液法又重新从溶液中结晶的过程为重结晶，
故答案为：重结晶；
（3）①测定菱镁矿中MgCO₃的含量需测定其与酸反应生成的二氧化碳的量，选择难挥发的酸，避免生成的气体含有其它气体杂质，宜选择稀硫酸，
故答案为：稀硫酸；
②通入的A气体，需不能被碱石灰吸收，影响碳酸镁的测定，a、H₂不能被碱石灰吸收，符合条件，b、空气中含有二氧化碳和水蒸气，不符合条件，c、水煤气 为一氧化碳和氢气、还含有少量水蒸气，不符合条件，d、N₂能被碱石灰吸收，符合条件，
故答案为：ad；
③测定菱镁矿中MgCO₃的含量首先需测定菱镁矿样品质量，根据实验前后E装置质量变化得到二氧化碳的质量，根据碳守恒，得到碳酸镁的物质的量，根据m=nM求得碳酸镁的质量，根据菱镁矿中MgCO₃的含量=$\frac{MgC{O}_{3}的质量}{菱镁矿样品质量}$×100%，即可求得，
故答案为：菱镁矿样品质量、实验前后E装置质量；
④实验结果偏高的原因可能是E吸收了空气中的水蒸汽或二氧化碳，误计入碳酸镁和酸反应产生的二氧化碳，
故答案为：E吸收了空气中的水蒸汽或二氧化碳；
⑤溶液中Mg²⁺（0.1mol/L）开始沉淀的pH为10，pH=-lg（10^-10）=10，c（H⁺）=10^-10mol/L，c（OH^-）=$\frac{1×1{0}^{-14}}{1{0}^{-10}}$=10^-4mol/L，K_sp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=10
^-9（mol/L）³，保证溶液中Mg²⁺完全沉淀，Mg²⁺沉淀较为完全是的浓度为1×10^-5mol/L，c²（OH^-）=$\frac{1×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-5}}$，c（OH^-）=10^-2mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-2}}$=10^，12，pH=-lg（10^-12）=12，
故答案为：12．

点评 本题考查MgSO₄•7H₂O制备、含量检测实验方案，涉及物质的分离提纯、对装置与操作的分析、化学计算等，明确原理是解题关键，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．