Question

“卤块”的主要成分为MgCl₂（含Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺等杂质离子），若以它为原料，按如下工艺流程图，即可制得“轻质氧化镁”（氧化镁的质量分数在95%以上，呈白色疏松粉末状）。如果要求产品尽量不含杂质离子，而且成本较低，流程中所用试剂或pH控制可参考下列附表确定。
轻质氧化镁生产工艺流程图

表1 生成氢氧化物沉淀的pH

注：Fe²⁺的氢氧化物呈絮状，不易从溶液中除去，所以常将它氧化成为Fe³⁺，生成Fe（OH）₃沉淀而除去。
表2 化学试剂价格表

请填写以下空白：
（1）在步骤②加入试剂X，最佳的选择应是________，其作用是____________。
（2）在步骤③加入的试剂Y应是_______，此步骤中控制pH的最合理数值是_______，其目的是______________________________。
（3）在步骤④中加入的物质Z，为什么不选用烧碱而选用纯碱？_________________。
（4）在步骤⑤中发生反应的化学方程式是：_____________________________。

Answer 1

【试题分析】
本题结合工业生产实际考查无机化合物的转化生成、分离、提纯等问题，在明确题目要求的基础上提取有用信息是解题的关键。
（1）步骤②是为了将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，并在控制合适的pH条件时生成Fe（OH）₃沉淀而除之。虽然漂液和H₂O₂都可采用，但对比表2提供的原料价格可以看出，漂液比H₂O₂的价格低得多,所以选漂液最合理。
（2）步骤③的目的在于使除Mg²⁺以外的各种杂质金属离子都生成氢氧化物沉淀，以便通过过滤而除去。分析表1提供的数据：除去杂质离子合理的pH范围是9.8＜pH＜11.1，在此范围内，如果pH过高，就会有大量的Mg²⁺生成Mg（OH）₂而进入沉淀中，从而导致生产成本的提高。为了兼顾产品质量和生产成本，选择pH=9.8最合理。当然此时Mg²⁺也会部分生成Mg（OH）₂沉淀，但由于卤块价格低廉，这点不可避免的损失还是可以承受的，以此保证产品的纯度值得。
（3）步骤④的目的是将Mg²⁺从溶液中沉淀出来。从MgCl₂制得MgO，有两种可行的方法，一种是向溶液中加入烧碱，另一种方法是向溶液中加入纯碱，此处选用后一种方法更合理。一方面，加烧碱生成的中间产物Mg（OH）₂是胶状沉淀，会造成过滤困难，更重要的是反应过程中不能进行轻化处理，只能得到重质氧化镁；加纯碱生成的中间产物MgCO₃呈粗颗粒状，易过滤，MgCO₃在水中经一段时间的加热会有部分反应生成CO₂，由于CO₂气体的产生，使沉淀变得疏松，灼烧沉淀后得到的是轻质氧化镁。另一方面，对比表2中烧碱和纯碱的价格可以看出，纯碱比烧碱价格低得多，采用纯碱路线既合理又经济。
（4）步骤⑤中反应的化学方程式为：MgCO₃+H₂OMg（OH）₂+CO₂↑。