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17.卤块主要成分是MgCl2,还含此外还含Fe2+、Fe3+和Mn2+等杂质离子.以卤块为原料按如图所示流程进行生产,可制得轻质氧化镁.

相关数据:
表1:生成氢氧化物沉淀的pH表2:原料价格表
物质开始沉淀沉淀完全物质价格(元/吨)
Fe(OH)32.73.7a.漂液(含25.2%NaClO)450
Fe(OH)27.69.6b.双氧水(含30%H2O21500
Mn(OH)28.39.8c.烧碱(含98%NaOH)2200
Mg(OH)29.611.1d.纯碱(含99.5%Na2CO)800
请根据表提供的资料回答:
(1)流程中加入的试剂X、Y、Z最佳选择依次是表2中的a、c、d(选填试剂编号).
(2)步骤②发生反应的离子方程式为2Fe2++ClO-+2H+=Cl-+2Fe3++H2O;步骤⑤中发生反应的化学方程为MgCO3+H2O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg(OH)2↓+CO2↑.
(3)为尽量除去杂质,步骤③控制pH为9.8时,停止加入Y.调节为该pH的目的是使Mg2+以外的杂质尽可能彻底地转化为沉淀除去.
(4)若在实验室进行步骤⑥的灼烧实验,必须用到的仪器是ABCE.
A.酒精喷灯  B.铁三角架  C.坩埚  D.蒸发皿   E.泥三角  F.烧杯 G.石棉网
(5)已知在25℃时,Ksp[Mg(OH)2)=3.2×10-11,向0.02mol•L-1的MgCL2溶液中加入NaOH固体,如要生成Mg( OH )2沉淀,应使溶液中的c( OH-)最小为4×10-5 mol•L-1
(6)为了分析制取的产品中残留铁元素的含量,取5g产品,先将Fe3+预处理为Fe2+后配制成100mL溶液,取25.00mL,用0.01mol•L-1KMnO4标准溶液在酸性条件下进行滴定.
①滴定前是否要滴加指示剂?否(填“是”或“否”),请说明理由KMnO4溶液的紫红色可指示反应终点.
②终点时,消耗标准溶液20.00mL,则残留物中铁元素的质量分数是4.480%.
(7)判断下列操作对测定结果的影响(填“偏高“、“偏低”或“无影响”)
①若在配制标准溶液过程中,烧杯中的KMnO4溶液有少量溅出,使测定结果偏高.
②若在滴定终点读取滴定管刻度时,俯视标准液液面,使测定结果偏低.

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的最佳选择;
(2)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;Z为碳酸钠,则步骤④生成沉淀为碳酸镁,碳酸镁在加热条件下水解生成氢氧化镁和二氧化碳气体;
(3)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;
(4)灼烧需要的仪器有铁三脚、酒精喷灯、坩埚、泥三角;
(5)根据c(OH-)=$\sqrt{\frac{Ksp(氢氧化镁)}{c(M{g}^{2+})}}$计算;
(6)①KMnO4溶液的紫红色可指示反应终点;
②根据5Fe2+~KMnO4,计算铁元素的质量,再计算铁元素的质量分数;
(7)①在配制标准溶液过程中,烧杯中的KMnO4溶液有少量溅出,配制的标准液浓度偏低,消耗标准液体积偏大,测定结果偏高;
②若在滴定终点读取滴定管刻度时,俯视标准液液面,使标准液消耗体积读书偏小,使测定结果偏低.

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,故X为漂液;加入Y的目的是调节pH,选用氢氧化钠,故Y为烧碱;加入Z的目的是使镁离子沉淀,Z为纯碱;
故答案为:a、c、d;
(2)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;
加入的Z物质为纯碱,所以步骤④生成的沉淀物是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 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg(OH)2↓+CO2↑,
故答案为:2Fe2++ClO-+2H+=Cl-+2Fe3++H2O;MgCO3+H2O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg(OH)2↓+CO2↑;
(3)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:9.8;使Mg2+以外的杂质尽可能彻底地转化为沉淀除去;
(4)灼烧需要的仪器有铁三脚、酒精喷灯、坩埚、泥三角;
故答案为:ABCE;
(5)已知在25℃时,Ksp[Mg(OH)2)=3.2×10-11,向0.02mol•L-1的MgCL2溶液中加入NaOH固体,如要生成Mg( OH )2沉淀,应使溶液中的c( OH-)最小为$\sqrt{\frac{3.2×1{0}^{-11}}{0.02}}$=4×10-5mol/L;
故答案为:4×10-5
(6)①本实验中,用KMnO4滴定,KMnO4溶液的紫红色可指示反应终点,所以不需加入指示剂;
故答案为:否;KMnO4溶液的紫红色可指示反应终点;
 ②根据5Fe2+~KMnO4,则样品中铁元素的质量为:$0.01mol/L×20×1{0}^{-3}L×\frac{100mL}{25mL}×56g/mol$=0.224g,则残留物中铁元素的质量分数是$\frac{0.224g}{5g}×100%$=4.480%;
故答案为:4.480%;
(7)①在配制标准溶液过程中,烧杯中的KMnO4溶液有少量溅出,配制的标准液浓度偏低,消耗标准液体积偏大,测定结果偏高;
故答案为:偏高;
②若在滴定终点读取滴定管刻度时,俯视标准液液面,使标准液消耗体积读书偏小,使测定结果偏低;
故答案为:偏低.

点评 本题考查了物质的制备,涉及物质制备实验方案的设计、滴定实验误差分析、物质的配制等知识点,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.

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②向试管中加入一定量的CaCO3固体;
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