Question

9．蛇纹石矿可以看做MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成．由蛇纹石制取碱式碳酸镁的实验流程如图1所示：
（1）蛇纹石加盐酸溶解后，溶液里除了Mg²⁺外，还含有的金属离子是Fe³⁺、Al³⁺

氢氧化物	溶液pH
	开始沉淀	沉淀完全	沉淀开始溶解	沉淀完全溶解
Fe（OH）3	2.3	3.4	沉淀不溶	沉淀不溶
Al（OH）3	3.3	5.2	7.8	12.8
Mg（OH）2	8.6	11.1	沉淀不溶	沉淀不溶

（2）进行Ⅰ操作时，控制溶液pH=6～7（有关氢氧化物沉淀的pH见表），沉淀物A中含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃．该操作中Ca（OH）₂不能过量，若Ca（OH）₂过量，溶液pH会升高，可能导致Al（OH）₃溶解、Mg（OH）₂会沉淀析出．
（3）物质循环使用，能节约资源．上述实验中，可以循环使用的物质是CO₂．
（4）确定产品碱式碳酸镁（mMgCO₃•nMg（OH）₂•xH₂O）的组成．某同学组装仪器如图2所示：

资料查询：MgCO₃、Mg（OH）₂受热易分解，各生成对应的两种氧化物．
实验测得：硬质玻璃管中剩余的固体质量为2.0g，D处浓H₂SO₄增重0.9g，E处碱石灰增重1.76g，A装置中NaOH溶液的作用是除去空气中的二氧化碳；在实验中要持续通入空气，其目的是使得碱式碳酸镁分解产生的二氧化碳和水蒸气被完全排出；通过计算可得碱式碳酸镁的化学式为4MgCO₃•Mg（OH）₂•4H₂O．若将F装置去掉，对实验结果的影响是m值偏大（填“偏大”、“偏小”或“不变”），x值偏大．

Answer 1

分析 （1）蛇纹石矿可以看做MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成，蛇纹石加盐酸溶解后，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反应溶解，而SiO₂和HCl不反应，不能溶解；
（2）根据题干中沉淀形成和溶解的pH信息来分析；
（3）根据反应过程中CO₂既是反应物，也是生成物，可以重复使用进行分析；
（4）根据氢氧化钠固体的化学性质进行分析；根据装置中的空气中含有二氧化碳和水蒸气进行分析；根据硬质玻璃管中剩余的固体质量为2.0g，C处浓H₂SO₄增重0.9g，D处碱石灰增重1.76g进行分析；根据碱石灰可以吸收空气中的二氧化碳和水蒸气进行分析．

解答 解：（1）蛇纹石加盐酸溶解，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反应溶解，反应方程式分别为：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O．而SiO₂不与盐酸反应，以沉淀的形式除去．故答案为：Fe³⁺、Al³⁺；
（2）根据题干中沉淀形成的pH可知，当溶液pH=6～7时，氢氧化铁和氢氧化铝会沉淀析出；若Ca（OH）₂过量，溶液pH会升高，pH超过7.8时，氢氧化铝沉淀开始溶解，到达8.6时，氢氧化镁沉淀形成；故填：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；Al（OH）₃；Mg（OH）₂；
（3）从实验步骤图知：上述实验中，步骤Ⅱ中通二氧化碳，生成碳酸钙，碳酸钙分解可得到二氧化碳，作为第Ⅱ步的原料，碱式碳酸镁分解得到CO₂，可以循环使用的物质是：CO₂；故答案为：CO₂；
（4）氢氧化钠溶液可以吸收空气中的二氧化碳，避免对后面检验二氧化碳、水造成干扰，所以A框中装置的作用是：除去空气中的二氧化碳和水；装置内的空气中含有二氧化碳和水蒸气，会对后面的称量造成干扰，所以加热前应进行的操作是：关闭K₂打开K₁鼓入空气；硬质玻璃管中剩余的固体质量为2.0g，C处浓H₂SO₄增重0.9g，所以m（H₂O）=0.9g，D处碱石灰增重1.76g，所以m（CO₂）=1.76g，
mMgCO₃nMg（OH）₂xH₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$（m+n）MgO+mCO₂↑+（n+x）H₂O↑，
                                                    40（m+n）      44m        18（n+x）
                                                          2g             1.76g          0.9g
      
                      解之得：m=4，n=1，x=4，
所以碱式碳酸镁的化学式为：4MgCO₃•Mg（OH）₂•4H₂O；
将E框中的装置去掉，空气中的二氧化碳和水蒸气会增加碱石灰和浓硫酸的质量，所以对实验结果的影响是m值偏大，x值偏大；故填：除去空气中的二氧化碳；使得碱式碳酸镁分解产生的二氧化碳和水蒸气被完全排出；偏大；偏大．

点评 本题主要考查了元素化合物中金属镁、铝、铁的性质，解题时不仅需熟知物质间的反应原理，还需灵活运用于实验的设计，难度较大．