Question

卤块的主要成分是MgCl₂，此外还含Fe³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等离子．以卤块为原料可制得轻质氧化镁，工艺流程如图：

已知：Fe²⁺氢氧化物呈絮状，不易从溶液中除去，所以常将它氧化为Fe³⁺，生成Fe（OH）₃沉淀除去．若要求产品尽量不含杂质，请根据表1表2提供的资料，填写空白：
表1   生成氢氧化物沉淀的pH

物质	开始沉淀	沉淀完全
Fe（OH）3	2.7	3.7
Fe（OH）2	7.6	9.6
Mn（OH）2	8.3	9.8
Mg（OH）2	9.6	11.1

表2   化学试剂价格表

试剂	价格（元/吨）
漂液（含NaClO，25.2%）	450
双氧水（含H2O2，30%）	2400
烧碱（含98% NaOH）	2100
纯碱（含99.5% Na2CO3）	600

（1）在步骤②中加入漂液而不是双氧水其原因是

 

．写出加入NaClO发生反应的离子方程式

 

．
（2）在步骤③中控制pH=9.8，其目的是

 

．
（3）沉淀物A的成分为，试剂Z应该是

 

．
（4）在步骤⑤中发生反应的化学方程式是

 

．
（5）若在实验室中完成步骤⑥，则沉淀物必需在

 

（填仪器名称）中灼烧．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：电离平衡与溶液的pH专题

分析：为除去Fe²⁺，先将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，然后加入NaOH调节pH为9.8，然后在滤液中加入纯碱将Mg²⁺从溶液中以MgCO₃沉淀出来，然后加热煮沸可得到Mg（OH）₂，灼烧后得到MgO．
（1）依据图表数据和经济效益分析，次氯酸钠具有氧化性在酸溶液中氧化 亚铁离子为铁离子；
（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；
（3）依据流程分析可知，步骤②加入次氯酸钠是氧化剂，氧化亚铁离子为铁离子，调节溶液PH=9.8，依据图表数据判断形成沉淀的离子为Fe³⁺，Mn²⁺，Mg²⁺，反应形成的沉淀A为Fe（OH）₃、Mn（OH）₂、Mg（OH）₂ ；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）碳酸镁加热和水反应生成氢氧化镁沉淀和二氧化碳；
（5）固体灼烧需要在坩埚中加热．

解答： 解：（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，流程中加入次氯酸钠在酸性溶液中会氧化亚铁离子为铁离子，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O；
故答案为：漂液比H₂O₂的价格低得多；2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O；
（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，应加入NaOH，如加入纯碱，不能达到较高的PH，分析表1提供的数据：除去杂质离子合理的pH范围是3.7＜pH＜9.8，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，
故答案为：使除Mg²⁺以外的各种杂质金属离子都成为氢氧化物沉淀以便除去；
（3）由流程分析可知，步骤②加入次氯酸钠是氧化剂，氧化亚铁离子为铁离子，调节溶液pH=9.8，依据图表数据判断形成沉淀的离子为Fe³⁺，Mn²⁺，Mg²⁺，反应形成的沉淀A为Fe（OH）₃、Mn（OH）₂、Mg（OH）₂ ；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，
故答案为：Fe（OH）₃、Mn（OH）₂、Mg（OH）₂；纯碱；
（4）步骤⑤中反应的化学方程式为MgCO₃+H₂O

△   .

Mg（OH）₂+CO₂↑，故答案为：MgCO₃+H₂O

△   .

Mg（OH）₂+CO₂↑；
（5）在实验室中完成步骤⑥，则沉淀物在坩埚中加热，故答案为：坩埚．

点评：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，题目与难度中等，在明确题目要求的基础上提取有用信息是解题的关键．