Question

1．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驗步驟如圖所示：

查閱資料：1．幾種物質沉淀和溶解時的pH如下表

氫氧化物	溶液pH
	開始沉淀	沉淀完全	沉淀開始溶解	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．難溶性堿加熱會生成兩種氧化物，各元素化合價都不變．
探究一：制取堿式碳酸鎂
（1）在操作Ⅰ中發(fā)生的中和反應是Ca（OH）₂+2HCl=CaCl₂+2H₂O（用化學方程式表示）．
（2）進行操作Ⅰ時，需控制溶液pH=6～7，Ca（OH）₂不能過量．若Ca（OH）₂過量，可能導致Al（OH）₃溶解、Mg（OH）₂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NaOH（填入
物質的化學式），然后過濾、洗滌、灼燒（依次填寫實驗操作名稱）．
探究二：確定產(chǎn)品堿式碳酸鎂（m MgCO₃•n Mg（OH）₂•x H₂O）的組成，組裝如圖1儀器：
實驗測得：硬質玻璃管中剩余的固體質量為2.0g，C處濃H₂SO₄增重0.9g，D處堿石灰增重1.76g．
（1）儀器連接后，需要進行的操作是檢驗裝置氣密性；
（2）A框中裝置的作用是除去鼓入空氣中的二氧化碳和水蒸氣；
（3）通過計算寫出堿式碳酸鎂的化學式．（請寫出計算過程）4MgCO₃•Mg（OH）₂•4H₂O
【交流與反思】
（1）若將E框中的裝置去掉，對實驗結果的影響是m值偏大，x值偏大（填“偏大”、“偏小”或“不變”）
（2）已知碳酸鎂和氫氧化鎂在不同的溫度下受熱易分解為氧化物．為精確測定此堿式碳酸鎂受熱分解過程中時間與剩余固體質量的關系，結合以上數(shù)據(jù)，作出圖2坐標系，試回答．
①t₄～t₅時間段固體的化學式為Mg（OH）₂和MgO；
②t₅～t₆時間段發(fā)生反應的方程式為Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂O．

Answer 1

分析 探究一：（1）根據(jù)鹽酸和氫氧化鈣會發(fā)生中和反應生成氯化鈣和水進行分析；
（2）根據(jù)氫氧化鈣過量時，溶液堿性增強，Al（OH）₃會溶解，從氫氧化物沉淀的pH表中可看出，Mg（OH）₂在pH為9.4時開始沉淀，所以堿性增強Mg（OH）₂會沉淀進行分析；
（3）根據(jù)紅色氧化物為Fe₂O₃，應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堿的性質進行分析；
探究二：（1）根據(jù)組裝好儀器后，鹽檢驗裝置氣密性進行分析；
（2）根據(jù)濃硫酸和氫氧化鈉固體的化學性質進行分析；
根據(jù)裝置中的空氣中含有二氧化碳和水蒸氣進行分析；
（3）根據(jù)硬質玻璃管中剩余的固體質量為2.0g，C處濃H₂SO₄增重0.9g，D處堿石灰增重1.76g進行分析；
【交流與反思】
（1）根據(jù)堿石灰可以吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣進行分析；
（2）根據(jù)剩余固體在坐標系中的變化數(shù)據(jù)進行分析．

解答 解：探究一：（1）鹽酸和氫氧化鈣會發(fā)生中和反應生成氯化鈣和水，化學方程式為：Ca（OH）₂+2HCl=CaCl₂+2H₂O；
（2）由（1）知，此時溶液中除了Mg²⁺外，還含有Fe³⁺、Al³⁺雜質，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⁺，利用平衡移動的原理，消耗H⁺使上述水解平衡向正反應方向移動，除去Fe³⁺、Al³⁺，加Ca（OH）₂需將溶液的pH控制在7～8，若pH過高，會導致生成的Al（OH）₃發(fā)生反應Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O溶解，Mg（OH）₂在pH為9.4時開始沉淀，所以堿性增強Mg（OH）₂會沉淀，同時Mg²⁺也因轉化為沉淀而損失，所以可能導致Al（OH）₃溶解，Mg（OH）₂沉淀；
（3）從實驗步驟圖知：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，反應為：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，然后過濾、洗滌、灼燒即可；
探究二：（1）儀器連接后，需要進行的操作是：檢驗裝置氣密性；
（2）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，避免對后面檢驗二氧化碳、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；
（3）硬質玻璃管中剩余的固體質量為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 $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$（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式為：4MgCO₃•Mg（OH）₂•4H₂O；
【交流與反思】
（1）將E框中的裝置去掉，空氣中的二氧化碳和水蒸氣會增加堿石灰和濃硫酸的質量，所以對實驗結果的影響是m值偏大，x值偏大；
（6）通堿式碳酸鎂在分解時先失去結晶水，然后碳酸鎂開始分解，最后氫氧化鎂開始分解，所以t₄～t₅時間段固體為：Mg（OH）₂和MgO；
t₅～t₆時間段發(fā)生的反應是氫氧化鎂在加熱的條件下生成氧化鎂和水，化學方程式為：Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂O．
故答案為：探究一：（1）Ca（OH）₂+2HCl=CaCl₂+2H₂O；
（2）Al（OH）₃，Mg（OH）₂；
（3）NaOH，過濾、洗滌；
探究二：（1）檢驗裝置氣密性；
（2）除去空氣中的二氧化碳和水；
（3）4MgCO₃•Mg（OH）₂；
【交流與反思】（1）偏大，偏大；
（2）①Mg（OH）₂和MgO；
②Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgO+H₂O．

點評 題主要考查了元素化合物中金屬鋁、鐵的性質，解題時不僅需熟知物質間的反應原理，還需靈活運用于實驗的設計，難度較大．