Question

20．卤块的主要成分是MgCl₂，此外还含Fe³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等离子．若以它为原料按如图所示工艺流程进行生产，可制得轻质氧化镁．

若要求产品尽量不含杂质，而且生产成本较低，根据以下资料，填写空白：
已知：（1）25℃，Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，Ksp[Fe（OH）₂]=8.0×10^-16，
Ksp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11，Ksp[Mn（OH）₂]=4.0×10^-14，
（2）Fe²⁺氢氧化物呈絮状，不易从溶液中除去，常将它氧化为Fe³⁺，生成Fe（OH）₃沉淀除去
（3）原料价格表

物质	价格/元•吨-1
漂液（含25.2%NaClO）	450
双氧水（含30%H2O2）	2400
烧碱（含98%NaOH）	2100
纯碱（含99.5%Na2CO3）	600

（1）请设计实验证明卤块中含有Fe³⁺取样，加水溶解，往所得溶液中滴加硫氰化钾溶液，若溶液变红，则说明卤块中含铁离子
（2）在步骤②中加入的试剂X，最佳的选择是漂液（NaClO）
（3）在步骤③中加入的试剂Y应是烧碱（NaOH），步骤⑤中发生的反应是MgCO₃+H₂O$\frac{\underline{\;煮沸\;}}{\;}$Mg（OH）₂+CO₂↑
（4）步骤⑥如在实验室进行，应选用在坩埚（填仪器名称）中灼烧．
（5）25℃，往卤块对应的水溶液中，加入一定量的烧碱达到沉淀溶液平衡，测得pH=4.00，则此温度下残留在溶液中的c（Fe³⁺）=4×10^-8mol/L．

Answer 1

分析 卤块的主要成分是MgCl₂，此外还含Fe³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等离子，所以卤块水溶液中含有Mg²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等离子，为除去Fe²⁺，先将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，则进入的X应该具有氧化性且价格较低廉，为NaClO；然后加入NaOH调节pH为9.8，则Y为NaOH；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，则Z为纯碱；
（1）实验室用KSCN溶液检验Fe³⁺；
（2）X能氧化亚铁离子生成铁离子，则X应该具有氧化性且价格低廉；
（3）Y能调节溶液的pH值，煮沸碳酸镁溶液得到氢氧化镁沉淀和二氧化碳，发生沉淀的转化；
（4）用于灼烧固体的仪器是坩埚；
（5）pH=4.0，c（H⁺）=0.0001mol/L，c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-4}}$mol/L=10^-10mol/L，25℃时，Fe（OH）₃的溶度积常数K_sp=4.0×10^-38，c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38，据此计算c（Fe³⁺）．

解答 解：卤块的主要成分是MgCl₂，此外还含Fe³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等离子，所以卤块水溶液中含有Mg²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等离子，为除去Fe²⁺，先将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，则进入的X应该具有氧化性且价格较低廉，为NaClO；然后加入NaOH调节pH为9.8，则Y为NaOH；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，则Z为纯碱；
（1）KSCN与Fe³⁺作用使溶液显红色，证明某溶液中是否含有Fe³⁺，可以向溶液中加入硫氰化钾溶液，若溶液变成红色，证明溶液中含有铁离子，否则不含铁离子，
所以实验操作为：取样，加水溶解，往所得溶液中滴加硫氰化钾溶液，若溶液变红，则说明卤块中含铁离子，
故答案为：取样，加水溶解，往所得溶液中滴加硫氰化钾溶液，若溶液变红，则说明卤块中含铁离子；
（2）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，故X为漂液；
故答案为：漂液（NaClO）；
（3）加入Y的目的是调节pH，选用氢氧化钠，故Y为烧碱；加入的Z物质为纯碱，所以步骤④生成的沉淀物是MgCO₃，所以步骤⑤中沉淀物MgCO₃在煮沸的情况下发生水解，生成Mg（OH）₂和CO₂气体，反应的化学方程式为：MgCO₃+H₂O$\frac{\underline{\;煮沸\;}}{\;}$Mg（OH）₂+CO₂↑，
故答案为：烧碱（NaOH）； MgCO₃+H₂O$\frac{\underline{\;煮沸\;}}{\;}$Mg（OH）₂+CO₂↑；
（4）步骤⑥由氢氧化镁灼烧制备氧化镁，应该在耐高温的坩埚中进行，
故答案为：坩埚；
（5）pH=4.0，c（H⁺）=0.0001mol/L，c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-4}}$mol/L=10^-10mol/L，25℃时，Fe（OH）₃的溶度积常数K_sp=4.0×10^-38，c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38，c（Fe³⁺）=4×10^-8mol/L，
故答案为：4×10^-8mol/L．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，侧重考查学生知识综合运用能力及计算能力，涉及仪器选取、沉淀转化、溶度积计算、离子检验等知识点，明确物质性质、化学反应原理等知识点是解本题关键，题目难度不大．