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中加入的试剂X，最佳的选择是

 

，原因是

 

．写出加入X发生反应的离子方程式

 

．选择

 

（试剂）来检验Fe²⁺是否完全氧化为Fe³⁺．
（2）在步骤③中控制pH=9.8，其目的是

 

．
（3）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，则沉淀物必需在仪器A中灼烧．A应放置于仪器B上灼烧，灼烧完毕后应用仪器C取下仪器A置于仪器D上冷却．则B、C、D分别是

 

、

 

、

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

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加入的试剂X的最佳选择；次氯酸钠具有氧化性在酸溶液中氧化 亚铁离子为铁离子，据此写出反应的离子方程式；根据Fe²⁺的溶液与铁氰化钾K₃[Fe（CN）₆]溶液反应生成具有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀解答；
（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）加入试剂Z后生成的沉淀，煮沸后生成沉淀和气体，则沉淀不可能为氢氧化镁，据此判断沉淀Z只能为碳酸钠；
（4）Z为碳酸钠，则沉淀B为碳酸镁，碳酸镁在加热条件下水解生成氢氧化镁和二氧化碳气体；
（5）步骤⑥为灼烧氢氧化镁制取氧化镁，根据实验室中正确的灼烧操作方法写出各仪器的名称．

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；
含Fe²⁺的溶液与铁氰化钾K₃[Fe（CN）₆]溶液反应生成具有特征蓝色的铁氰化亚铁沉淀，离子方程式为：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-═Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓，所以用可用K₃[Fe（CN）₆]溶液检验亚铁离子，
故答案为：漂液；漂液比H₂O₂的价格低得多；2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O；K₃[Fe（CN）₆]溶液；
（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）沉淀物B在水中加热煮沸可以生成气体，同时又生成沉淀物Mg（OH）₂，则沉淀物B一定不是Mg（OH）₂，所以加入的Z物质在表2中只能选纯碱，
故答案为：纯碱；
（4）加入的Z物质为纯碱，所以生成的沉淀物B是MgCO3，所以沉淀物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 

△   .

Mg（OH）₂↓+CO₂↑，
故答案为：MgCO₃+H₂O 

△   .

Mg（OH）₂↓+CO₂↑；
（5）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，坩埚应该放在泥三角上，取用泥三角需要使用坩埚钳，冷却坩埚时需要放在石棉网上，所以A、B、C、D分别为：坩埚、泥三角、坩埚钳、石棉网，
故答案为：泥三角；坩埚钳；石棉网．

点评：本题通过以卤块为原料制取轻质氧化镁的工艺流程，考查了物质制备实验方案的设计，题目难度中等，注意掌握化学基本实验操作方法，明确物质制备实验方案设计原则，本题中合理分析制取流程、得出氧化镁的制备原理为解题的关键，试题综合性较强、涉及知识点较多，充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．