Question

蛇紋石礦可以看做MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成．由蛇紋石制取堿式碳酸鎂的實(shí)驗(yàn)步驟如圖所示

（1）蛇紋石加鹽酸溶解后，溶液里除了Mg²⁺外，還含有的金屬離子是

 

氫氧化物	溶液pH
	開(kāi)始沉淀	沉淀完全	沉淀開(kāi)始溶解	沉淀完全溶解
Fe（OH）3	2.3	3.4	沉淀不溶	沉淀不溶
Al（OH）3	3.3	5.2	7.8	12.8
Mg（OH）2	8.6	11.1	沉淀不溶	沉淀不溶

（2）進(jìn)行Ⅰ操作時(shí)，控制溶液pH=6～7（有關(guān)氫氧化物沉淀的pH見(jiàn)上表）
Ca（OH）₂不能過(guò)量，若Ca（OH）₂過(guò)量，溶液pH會(huì)升高，可能導(dǎo)致

 

溶解、

 

沉淀；
（3）從沉淀混合物A中提取紅色氧化物作顏料，先向沉淀物A中加入

 

（填入物質(zhì)的化學(xué)式），然后

 

、

 

、灼燒（依次填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)操作名稱(chēng)）．
（4）物質(zhì)循環(huán)使用，能節(jié)約資源．上述實(shí)驗(yàn)中，可以循環(huán)使用的物質(zhì)是

 

．

（5）確定產(chǎn)品堿式碳酸鎂（m MgCO₃?n Mg（OH）₂?x H₂O）的組成．某同學(xué)組裝儀器如圖2所示

實(shí)驗(yàn)測(cè)得：硬質(zhì)玻璃管中剩余的固體質(zhì)量為2.0g，C處濃H₂SO₄增重0.9g，D處堿石灰增重1.76g，A框中裝置的作用是

 

；在裝好試劑后，加熱前應(yīng)進(jìn)行的操作是

 

；此堿式碳酸鎂的化學(xué)式為：

 

．（請(qǐng)寫(xiě)出求解堿式碳酸鎂化學(xué)式的過(guò)程）
若將E框中的裝置去掉，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響是m值

 

，x值

 

（填“偏大”、“偏小”或“不變”）．
（6）已知碳酸鎂和氫氧化鎂在不同的溫度下受熱易分解．為更精確的測(cè)量此堿式碳酸鎂受熱分解過(guò)程中時(shí)間與剩余固體質(zhì)量的關(guān)系，作出如下坐標(biāo)圖3，試回答．
①加熱時(shí)，該晶體開(kāi)始發(fā)生化學(xué)變化的時(shí)間是

 

；
②t₂～t₃時(shí)間段固體的化學(xué)式為

 

；
③t₄～t₅時(shí)間段固體為

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化和制備,實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)的組成成分以及含量,常見(jiàn)氣體的檢驗(yàn)與除雜方法,酸的化學(xué)性質(zhì),堿的化學(xué)性質(zhì),鹽的化學(xué)性質(zhì),書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式、文字表達(dá)式、電離方程式,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)算

專(zhuān)題：物質(zhì)的制備,科學(xué)探究

分析：（1）根據(jù)蛇紋石礦可以看做MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成，蛇紋石加鹽酸溶解后，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應(yīng)溶解，而SiO₂和HCl不反應(yīng)，不能溶解進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)氫氧化鈣過(guò)量時(shí)，溶液堿性增強(qiáng)，Al（OH）₃會(huì)溶解，從氫氧化物沉淀的pH表中可看出，Mg（OH）₂在pH為9.4時(shí)開(kāi)始沉淀，所以堿性增強(qiáng)Mg（OH）₂會(huì)沉淀進(jìn)行分析；
（3）根據(jù)紅色氧化物為Fe₂O₃，應(yīng)先將其中含有的少量Al（OH）₃除去，除去Al（OH）₃的方法是利用它能溶于強(qiáng)堿的性質(zhì)進(jìn)行分析；
（4）根據(jù)反應(yīng)過(guò)程中CO₂既是反應(yīng)物，也是生成物，可以重復(fù)使用進(jìn)行分析；
（5）根據(jù)濃硫酸和氫氧化鈉固體的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析；
根據(jù)裝置中的空氣中含有二氧化碳和水蒸氣進(jìn)行分析；
根據(jù)硬質(zhì)玻璃管中剩余的固體質(zhì)量為2.0g，C處濃H₂SO₄增重0.9g，D處堿石灰增重1.76g進(jìn)行分析；
根據(jù)堿石灰可以吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣進(jìn)行分析；
（6）根據(jù)剩余固體在坐標(biāo)系中的變化數(shù)據(jù)進(jìn)行分析．

解答：解：（1）蛇紋石加鹽酸溶解，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應(yīng)溶解，反應(yīng)方程式分別為：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O，而SiO₂不與鹽酸反應(yīng)，以沉淀的形式除去，所以還含有的金屬離子是為：Fe³⁺、Al³⁺；
（2）由（1）知，此時(shí)溶液中除了Mg²⁺外，還含有Fe³⁺、Al³⁺雜質(zhì)，需除去Fe³⁺、Al³⁺但不能損失Mg²⁺，因Fe³⁺+3H₂O=?Fe（OH）₃+3H⁺和Al³⁺+3H₂O=?Al（OH）₃+3H⁺，利用平衡移動(dòng)的原理，消耗H⁺使上述水解平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，除去Fe³⁺、Al³⁺，加Ca（OH）₂需將溶液的pH控制在7～8，若pH過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致生成的Al（OH）₃發(fā)生反應(yīng)Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O溶解，Mg（OH）₂在pH為9.4時(shí)開(kāi)始沉淀，所以堿性增強(qiáng)Mg（OH）₂會(huì)沉淀，同時(shí)Mg²⁺也因轉(zhuǎn)化為沉淀而損失，所以可能導(dǎo)致Al（OH）₃溶解，Mg（OH）₂沉淀；
（3）從實(shí)驗(yàn)步驟圖知：沉淀混合物為Fe（OH）₃和Al（OH）₃，紅色氧化物是沉淀物Fe（OH）₃分解后得到的Fe₂O₃，所以得先加堿把Al（OH）₃除掉，反應(yīng)為：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，然后過(guò)濾、洗滌、灼燒即可；
（4）從實(shí)驗(yàn)步驟圖知：上述實(shí)驗(yàn)中，步驟Ⅱ中通二氧化碳，生成碳酸鈣，碳酸鈣分解可得到二氧化碳，作為第Ⅱ步的原料，堿式碳酸鎂分解得到CO₂，可以循環(huán)使用的物質(zhì)是：CO₂；
（5）濃硫酸有吸水性，氫氧化鈉溶液可以吸收空氣中的二氧化碳，避免對(duì)后面檢驗(yàn)二氧化碳、水造成干擾，所以A框中裝置的作用是：除去空氣中的二氧化碳和水；
裝置內(nèi)的空氣中含有二氧化碳和水蒸氣，會(huì)對(duì)后面的稱(chēng)量造成干擾，所以加熱前應(yīng)進(jìn)行的操作是：關(guān)閉K₂打開(kāi)K₁鼓入空氣；
硬質(zhì)玻璃管中剩余的固體質(zhì)量為2.0g，C處濃H₂SO₄增重0.9g，所以m（H₂O）=0.9g，D處堿石灰增重1.76g，所以m（CO₂）=1.76g，
mMgCO₃nMg（OH）₂xH₂O

高溫  .

（m+n）MgO+mCO₂↑+（n+x）H₂O↑，
                            80（m+n）  44m      18（n+x）
                              2g     1.76g     0.9g
      
                      解之得：m=4，n=1，x=4，
所以堿式碳酸鎂的化學(xué)式為：4MgCO₃?Mg（OH）₂?4H₂O；
將E框中的裝置去掉，空氣中的二氧化碳和水蒸氣會(huì)增加堿石灰和濃硫酸的質(zhì)量，所以對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響是m值偏大，x值偏大；
（6）通過(guò)坐標(biāo)系可以看出，t₁時(shí)固體開(kāi)始失去結(jié)晶水，t₃時(shí)碳酸鎂開(kāi)始分解，t₅時(shí)氫氧化鎂開(kāi)始分解，t₁物質(zhì)的質(zhì)量開(kāi)始減少，所以加熱時(shí)，該晶體開(kāi)始發(fā)生化學(xué)變化的時(shí)間是：t₁；
堿式碳酸鎂在分解時(shí)先失去結(jié)晶水，然后碳酸鎂開(kāi)始分解，最后氫氧化鎂開(kāi)始分解，所以t₂～t₃時(shí)間段固體的化學(xué)式為：4MgCO₃?Mg（OH）₂，t₄～t₅時(shí)間段固體為：Mg（OH）₂和MgO．
故答案為：（1）Fe³⁺、Al³⁺；
（2）Al（OH）₃，Mg（OH）₂；
（3）NaOH，過(guò)濾、洗滌；
（4）CO₂；
（5）除去空氣中的二氧化碳和水，關(guān)閉K₂打開(kāi)K₁鼓入空氣，4MgCO₃?Mg（OH）₂?4H₂O，偏大，偏大；
（6）t₁，4MgCO₃?Mg（OH）₂，Mg（OH）₂和MgO．

點(diǎn)評(píng)：題主要考查了元素化合物中金屬鋁、鐵的性質(zhì)，解題時(shí)不僅需熟知物質(zhì)間的反應(yīng)原理，還需靈活運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，難度較大．