Question

“鹵塊”的主要成分為MgCl₂（含Fe²⁺、Fe³⁺、Mn²⁺等雜質離子），若以它為原料，按如下工藝流程圖，即可制得“輕質氧化鎂”（氧化鎂的質量分數在95%以上，呈白色疏松粉末狀）。如果要求產品盡量不含雜質離子，而且成本較低，流程中所用試劑或pH控制可參考下列附表確定。
輕質氧化鎂生產工藝流程圖

表1 生成氫氧化物沉淀的pH

注：Fe²⁺的氫氧化物呈絮狀，不易從溶液中除去，所以常將它氧化成為Fe³⁺，生成Fe（OH）₃沉淀而除去。
表2 化學試劑價格表

請?zhí)顚懸韵驴瞻祝?BR>（1）在步驟②加入試劑X，最佳的選擇應是________，其作用是____________。
（2）在步驟③加入的試劑Y應是_______，此步驟中控制pH的最合理數值是_______，其目的是______________________________。
（3）在步驟④中加入的物質Z，為什么不選用燒堿而選用純堿？_________________。
（4）在步驟⑤中發(fā)生反應的化學方程式是：_____________________________。

Answer 1

【試題分析】
本題結合工業(yè)生產實際考查無機化合物的轉化生成、分離、提純等問題，在明確題目要求的基礎上提取有用信息是解題的關鍵。
（1）步驟②是為了將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，并在控制合適的pH條件時生成Fe（OH）₃沉淀而除之。雖然漂液和H₂O₂都可采用，但對比表2提供的原料價格可以看出，漂液比H₂O₂的價格低得多,所以選漂液最合理。
（2）步驟③的目的在于使除Mg²⁺以外的各種雜質金屬離子都生成氫氧化物沉淀，以便通過過濾而除去。分析表1提供的數據：除去雜質離子合理的pH范圍是9.8＜pH＜11.1，在此范圍內，如果pH過高，就會有大量的Mg²⁺生成Mg（OH）₂而進入沉淀中，從而導致生產成本的提高。為了兼顧產品質量和生產成本，選擇pH=9.8最合理。當然此時Mg²⁺也會部分生成Mg（OH）₂沉淀，但由于鹵塊價格低廉，這點不可避免的損失還是可以承受的，以此保證產品的純度值得。
（3）步驟④的目的是將Mg²⁺從溶液中沉淀出來。從MgCl₂制得MgO，有兩種可行的方法，一種是向溶液中加入燒堿，另一種方法是向溶液中加入純堿，此處選用后一種方法更合理。一方面，加燒堿生成的中間產物Mg（OH）₂是膠狀沉淀，會造成過濾困難，更重要的是反應過程中不能進行輕化處理，只能得到重質氧化鎂；加純堿生成的中間產物MgCO₃呈粗顆粒狀，易過濾，MgCO₃在水中經一段時間的加熱會有部分反應生成CO₂，由于CO₂氣體的產生，使沉淀變得疏松，灼燒沉淀后得到的是輕質氧化鎂。另一方面，對比表2中燒堿和純堿的價格可以看出，純堿比燒堿價格低得多，采用純堿路線既合理又經濟。
（4）步驟⑤中反應的化學方程式為：MgCO₃+H₂OMg（OH）₂+CO₂↑。