Question

9．鹵塊的主要成分是MgCl₂，此外還含F(xiàn)e³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等離子．若以它為原料按如圖所示工藝流程進(jìn)行生產(chǎn)，可制得輕質(zhì)氧化鎂．

若要求產(chǎn)品盡量不含雜質(zhì)，而且生產(chǎn)成本較低，根據(jù)以下資料，填寫(xiě)空白：
已知：（1）25°C，Ksp[Fe（OH）₃]=4.0×10^-38，Ksp[Fe（OH）₂]=8.0×10^-16，
Ksp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11，Ksp[Mn（OH）₂]=4.0×10^-14，
（2）Fe²⁺氫氧化物呈絮狀，不易從溶液中除去，常將它氧化為Fe³⁺，生成Fe（OH）₃沉淀除去
（3）原料價(jià)格表

物質(zhì)	價(jià)格/元?噸-1
漂液（含25.2%NaClO）	450
雙氧水（含30%H2O2）	2400
燒堿（含98%NaOH）	2100
純堿（含99.5%Na2CO3）	600

（1）請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明鹵塊中含有Fe³⁺取樣，加水溶解，往所得溶液中滴加硫氰化鉀溶液，若溶液變紅，則說(shuō)明鹵塊中含鐵離子
（2）在步驟②中加入的試劑X，最佳的選擇是漂液（NaClO）
（3）在步驟③中加入的試劑Y應(yīng)是燒堿（NaOH），步驟⑤中發(fā)生的反應(yīng)是MgCO₃+H₂O$\frac{\underline{\;煮沸\(zhòng);}}{\;}$Mg（OH）₂+CO₂↑
（4）步驟⑥如在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，應(yīng)選用在坩堝（填儀器名稱）中灼燒．
（5）25℃，往鹵塊對(duì)應(yīng)的水溶液中，加入一定量的燒堿達(dá)到沉淀溶液平衡，測(cè)得pH=4.00，則此溫度下殘留在溶液中的c（Fe³⁺）=4×10^-8mol/L．

Answer 1

分析 為除去Fe²⁺，先將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，然后加入NaOH調(diào)節(jié)pH為9.8，然后在濾液中加入純堿將Mg²⁺從溶液中以MgCO₃沉淀出來(lái)，然后加熱煮沸可得到Mg（OH）₂，灼燒后得到MgO．
（1）根據(jù)Fe³⁺的檢驗(yàn)方法可知，F(xiàn)e³⁺遇KSCN溶液時(shí)溶液為血紅色，以此來(lái)檢驗(yàn)；
（2）依據(jù)圖表數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)效益分析加入的試劑的最佳選擇；
（3）在步驟③中加入的試劑Y目的是調(diào)節(jié)pH，選用氫氧化鈉；步驟④生成沉淀為碳酸鎂，步驟⑤中碳酸鎂在加熱條件下水解生成氫氧化鎂和二氧化碳?xì)怏w；
（4）步驟⑥為灼燒氫氧化鎂制取氧化鎂，應(yīng)在坩堝中進(jìn)行；
（5）pH=4.0，c（H⁺）=0.0001mol/L，求出水的常數(shù)積計(jì)算出氫氧根離子的濃度，25℃時(shí)，F(xiàn)e（OH）₃的溶度積常數(shù)K_sp=4.0×10^-38，由Fe（OH）₃的電離平衡常數(shù)以此計(jì)算．

解答 解：（1）KSCN與Fe³⁺作用使溶液顯紅色，證明某溶液中是否含有Fe³⁺，可以向溶液中加入硫氰化鉀溶液，若溶液變成紅色，證明溶液中含有鐵離子，否則不含鐵離子，
所以實(shí)驗(yàn)操作為：取樣，加水溶解，往所得溶液中滴加硫氰化鉀溶液，若溶液變紅，則說(shuō)明鹵塊中含鐵離子，
故答案為：取樣，加水溶解，往所得溶液中滴加硫氰化鉀溶液，若溶液變紅，則說(shuō)明鹵塊中含鐵離子；
（2）步驟②是為了將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，并在控制合適的pH條件時(shí)生成Fe（OH）₃沉淀而除之，雖然漂液和H₂O₂都可采用，但對(duì)比表2提供的原料價(jià)格可以看出，漂液比H₂O₂的價(jià)格低得多，所以選漂液最合理，故X為漂液；
故答案為：漂液（NaClO）；
（3）加入Y的目的是調(diào)節(jié)pH，選用氫氧化鈉，故Y為燒堿；加入的Z物質(zhì)為純堿，所以步驟④生成的沉淀物是MgCO₃，所以步驟⑤中沉淀物MgCO₃在煮沸的情況下發(fā)生水解，生成Mg（OH）₂和CO₂氣體，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：MgCO₃+H₂O$\frac{\underline{\;煮沸\(zhòng);}}{\;}$Mg（OH）₂+CO₂↑，
故答案為：燒堿（NaOH）； MgCO₃+H₂O$\frac{\underline{\;煮沸\(zhòng);}}{\;}$Mg（OH）₂+CO₂↑；
（4）步驟⑥由氫氧化鎂灼燒制備氧化鎂，應(yīng)該在耐高溫的坩堝中進(jìn)行，
故答案為：坩堝；
（5）pH=4.0，c（H⁺）=0.0001mol/L，c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-4}}$=10^-10mol/L，25℃時(shí)，F(xiàn)e（OH）₃的溶度積常數(shù)K_sp=4.0×10^-38，c（Fe³⁺）×c³（OH^-）=4.0×10^-38，c（Fe³⁺）=4×10^-8mol/L，
故答案為：4×10^-8mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)以鹵塊為原料制取輕質(zhì)氧化鎂的工藝流程，考查了物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，注意掌握化學(xué)基本實(shí)驗(yàn)操作方法，明確物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)原則，本題中合理分析制取流程、得出氧化鎂的制備原理為解題的關(guān)鍵，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>