Question

3．硼镁泥是一种工业废料，主要成份是MgO（占40%），还有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质，以此为原料制取的硫酸镁，可用于印染、造纸、医药等工业．从硼镁泥中提取MgSO₄•7H₂O的流程如下：

已知：某些氢氧化物沉淀的pH如下表所示：

氢氧化物	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
Mg（OH）2	9.3	10.8
Fe（OH）2	7.6	9.6
Fe（OH）3	2.7	3.7
Al（OH）3	3.7	4.7

根据题意回答第（1）～（6）题：
（1）在酸解过程中，欲加快酸解时的化学反应速率，请提出两种可行的措施：适当升温、把硼镁泥粉碎、或搅拌、或适当增加硫酸浓度（任写两种）．
（2）加入的NaClO可与Mn²⁺反应：Mn²⁺+ClO^-+H₂O═MnO₂↓+2H⁺+Cl^-，还有一种离子也会被NaClO氧化，并发生水解，该反应的离子方程式为2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^-+4H⁺．
（3）滤渣的主要成份除含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂外，还有SiO₂．
（4）已知MgSO₄、CaSO₄的溶解度如下表：

温度（℃）	40	50	60	70
MgSO4	30.9	33.4	35.6	36.9
CaSO4	0.210	0.207	0.201	0.193

“除钙”是将MgSO₄和CaSO₄混合溶液中的CaSO₄除去，根据上表数据，简要说明操作步骤是蒸发浓缩，趁热过滤．“操作I”是将滤液继续蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，便得到了MgSO₄•7H₂O．
（5）实验中提供的硼镁泥共100g，得到的MgSO₄•7H₂O为172.2g，计算MgSO₄•7H₂O的产率为70%或0.70．（保留两位有效数字）
（6）金属镁可用于自然水体中铁件的电化学防腐，完成如图防腐示意图，并作相应标注．

Answer 1

分析 硼镁泥主要成份是MgO（占40%），还有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质，加入硫酸，MgO、CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃都和硫酸反应，SiO₂不与硫酸反应，次氯酸钠具有强氧化性，加入的NaClO可与Mn²⁺反应生成MnO₂，把Fe²⁺氧化成Fe³⁺，溶液pH升高，在pH为5-6时Fe³⁺生成Fe（OH）₃沉淀，Al³⁺形成Al（OH）₃沉淀，过滤除去滤渣Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂、SiO₂，滤液中含钙离子、镁离子，除钙后，只剩镁离子，蒸发冷却结晶得到硫酸镁晶体；
（1）为加快反应速率，可以采用升高温度、适当增大反应物浓度、增大反应物接触面积等方法；
（2）次氯酸根离子具有氧化性，亚铁离子具有还原性，二者发生氧化还原反应生成氯离子、氢氧化铁沉淀；
（3）滤渣的主要成份除含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂外，还有SiO₂，故答案为：SiO₂；
（4）“除钙”是将MgSO₄和CaSO₄混合溶液中的CaSO₄除去，其操作是蒸发浓缩、趁热过滤；“操作I”是将滤液继续蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤，
故答案为：趁热过滤；过滤洗涤；
（5）实验中提供的硼镁泥共100g，m（MgO）=100g×40%=40g，n（Mg）=n（MgO）=$\frac{40g}{40g/mol}$=1mol，根据Mg原子守恒得n（MgSO₄•7H₂O）=n（Mg）=n（MgO）=1mol，m（MgSO₄•7H₂O）=1mol×246g/mol=246g，其产率=$\frac{实际硫酸镁晶体质量}{理论硫酸镁晶体质量}×100%$；
（6）利用Mg防止Fe被腐蚀，可以采用牺牲阳极的阴极保护法或外加电源的阴极保护法，让Mg作正极或阳极．

解答 解：硼镁泥主要成份是MgO（占40%），还有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质，加入硫酸，MgO、CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃都和硫酸反应，SiO₂不与硫酸反应，次氯酸钠具有强氧化性，加入的NaClO可与Mn²⁺反应生成MnO₂，把Fe²⁺氧化成Fe³⁺，溶液pH升高，在pH为5-6时Fe³⁺生成Fe（OH）₃沉淀，Al³⁺形成Al（OH）₃沉淀，过滤除去滤渣Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂、SiO₂，滤液中含钙离子、镁离子，除钙后，只剩镁离子，蒸发冷却结晶得到硫酸镁晶体；
（1）为加快反应速率，可以采用升高温度、适当增大反应物浓度、增大反应物接触面积等方法，如适当升高温度、把硼镁泥粉碎、或搅拌、或适当增加硫酸浓度，
故答案为：适当升温、把硼镁泥粉碎、或搅拌、或适当增加硫酸浓度；
（2）次氯酸根离子具有氧化性，亚铁离子具有还原性，二者发生氧化还原反应生成氯离子、氢氧化铁沉淀，离子方程式为2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^-+4H⁺，故答案为：2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^-+4H⁺；
（3）滤渣的主要成份除含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂外，还有二氧化硅；
（4）“除钙”是将MgSO₄和CaSO₄混合溶液中的CaSO₄除去，其操作是蒸发浓缩、趁热过滤；．“操作I”是将滤液继续蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤；
（5）实验中提供的硼镁泥共100g，m（MgO）=100g×40%=40g，n（Mg）=n（MgO）=$\frac{40g}{40g/mol}$=1mol，根据Mg原子守恒得n（MgSO₄•7H₂O）=n（Mg）=n（MgO）=1mol，m（MgSO₄•7H₂O）=1mol×246g/mol=246g，其产率=$\frac{实际硫酸镁晶体质量}{理论硫酸镁晶体质量}×100%$=$\frac{172.2g}{246g}$×100%=70%或0.70，故答案为：70%或0.70；
（6）利用Mg防止Fe被腐蚀，可以采用牺牲阳极的阴极保护法或外加电源的阴极保护法，让Mg作正极或阳极，
图为，故答案为：．

点评 本题考查物质分离和提纯的综合应用，为高频考点，涉及基本操作、除杂、原电池和电解池原理、氧化还原反应、化学反应速率影响因素等知识点，侧重考查基本操作及基本理论，明确化学反应原理、物质性质、物质分离提纯方法是解本题关键，注意题给信息的灵活运用，知道流程图中发生的反应及基本操作方法，题目难度中等．