Question

16．堿式碳酸鎂不溶于水，用途廣泛，主要用作橡膠制品的填充劑，能增強(qiáng)橡膠的耐磨性和強(qiáng)度．也可用作油漆和涂料的添加劑，也可用于牙膏、醫(yī)藥和化妝品等工業(yè)．以水氯鎂石（主要成分為MgCl₂•6H₂O）為原料生產(chǎn)堿式碳酸鎂的主要流程如下：

（1）預(yù)氨化過程中有Mg（OH）₂沉淀生成，已知常溫下K_sp（Mg（OH）₂）=1.8×10^-11，表示Mg（OH）₂沉淀溶解平衡的方程式為Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^-（aq），Mg（OH）₂達(dá)到沉淀達(dá)到沉淀溶解平衡時(shí)溶液的pH10.5（已知：lg36≈1.5）．
（2）已知：常溫下K_a1（H₂CO₃）=4.4×10^-7，K_a2（H₂CO₃）=4.7×10^-11，K_b（NH₃•H₂O）=1.8×10^-5，則NH₄HCO₃溶液顯堿 性，c（NH$\stackrel{+}{4}$）大于 c（HCO$\overline{3}$）（選填“大于”、“小于”、“等于”），該溶液物料守恒表達(dá)式為c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）．
（3）上述流程中的濾液濃縮結(jié)晶，所得主要固體物質(zhì)的化學(xué)式為NH₄Cl．
（4）高溫煅燒堿式碳酸鎂得到MgO．取堿式碳酸鎂晶體4.84g，高溫煅燒至恒重，得到固體2.00g和標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO₂ 0.896L，則堿式碳酸鎂的化學(xué)式為Mg（OH）₂•4MgCO₃•4H₂O（或Mg₅（OH）₂（CO₃）₄•4H₂O），寫出氯化鎂、氨、碳酸氫銨熱水解生成堿式碳酸鎂的離子方程式5Mg²⁺+4HCO₃^-+6NH₃+6H₂O=Mg（OH）₂•4MgCO₃•4H₂O↓+6NH₄⁺．

Answer 1

分析 水氯鎂石（主要成分為MgCl₂•6H₂O）為原料生產(chǎn)堿式碳酸鎂的主要流程：加水溶解，通入氨氣，氨氣極易溶于水，得到堿性的氨水，再加入碳酸氫銨，再進(jìn)行熱水解可以將鎂離子沉淀下來，形成堿式碳酸鎂沉淀，過濾即可得到目標(biāo)化合物，
（1）Mg（OH）₂沉淀溶解生成鎂離子和氫氧根離子，根據(jù)K_sp=[Mg²⁺][OH^-]²計(jì)算氫氧根的濃度，進(jìn)而確定溶液的pH值；
（2）K_a1（H₂CO₃＜K_b（NH₃•H₂O），所以銨根離子的水解程度小于碳酸氫根離子，根據(jù)氮元素和碳元素守恒可寫出物料守恒式；
（3）根據(jù)流程判斷所得濾液的成分中含有的離子，確定濾液中的物質(zhì)來回答；
（4）碳酸鎂可以寫成氧化物的表示形式，即xMgO•yCO₂•zH₂O，然后根據(jù)題意確定各個(gè)氧化物的量，進(jìn)而確定分子式，根據(jù)元素守恒和電荷守恒書寫離子方程式；

解答 解：水氯鎂石（主要成分為MgCl₂•6H₂O）為原料生產(chǎn)堿式碳酸鎂的主要流程：加水溶解，通入氨氣，氨氣極易溶于水，得到堿性的氨水，再加入碳酸氫銨，再進(jìn)行熱水解可以將鎂離子沉淀下來，形成堿式碳酸鎂沉淀，過濾即可得到目標(biāo)化合物，
（1）Mg（OH）₂沉淀溶解生成鎂離子和氫氧根離子，溶解的離子方程式為Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^-（aq），根據(jù)K_sp=[Mg²⁺][OH^-]²可知，[OH^-]=$\root{3}{2K{\;}_{sp}}$=$\root{3}{2×1.8×10{\;}^{-11}}$=$\root{3}{36}$×10^-4mol•L^-1，[H⁺]=$\frac{1}{\root{3}{36}}$×10^-10mol•L^-1，所以溶液的pH=10+$\frac{1}{3}$lg36=10.5，
故答案為：Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^-（aq）；10.5；
（2）K_a1（H₂CO₃＜K_b（NH₃•H₂O），所以銨根離子的水解程度小于碳酸氫根離子，所以溶液中c（NH₄⁺）＞c（HCO₃^-），溶液呈堿性，根據(jù)氮元素和碳元素守恒可知物料守恒式為c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃），
故答案為：堿；大于；c（NH₄⁺）+c（NH₃•H₂O）=c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）；
（3）根據(jù)流程判斷所得濾液的成分中含有的離子有氯離子和銨根離子，故所得的濾液中含NH₄Cl，
故答案為：NH₄Cl；
（4）碳酸鎂可以寫成氧化物的表示形式，即xMgO•yH₂O•zCO₂，根據(jù)題意：堿式碳酸鎂4.84g，高溫煅燒至恒重，得到固體2.00g和標(biāo)準(zhǔn)狀況下CO₂0.896L，即n（CO₂）=0.896L/22.4L•mol^-1=4.00×10^-2 mol，n（MgO）=2.00g/40g•mo l^-1=5.00×10^-2 mol，n（H₂O）=$\frac{4.84g-4.00×10{\;}^{-2}mol×44g/mol-2.00g}{18g/mol}$=5.00×10^-2 mol，n（MgO）：n（CO₂）：n（H₂O）=5.00×10^-2：4.00×10^-2：5.00×10^-2=5：4：5，即x：y：z=5：4：5，所以堿式碳酸鎂的化學(xué)式為：Mg（OH）₂•4 MgCO₃•4H₂O（或Mg₅（OH）₂（CO₃）₄•4H₂O），用氯化鎂、氨、碳酸氫銨熱水解生成堿式碳酸鎂的離子方程式為5Mg²⁺+4HCO₃^-+6NH₃+6H₂O=Mg（OH）₂•4MgCO₃•5H₂O↓+6NH₄⁺，
故答案為：Mg（OH）₂•4 MgCO₃•4H₂O（或Mg₅（OH）₂（CO₃）₄•4H₂O）；5Mg²⁺+4HCO₃^-+6NH₃+6H₂O=Mg（OH）₂•4MgCO₃•4H₂O↓+6NH₄⁺．

點(diǎn)評 本題考查鎂的化合物的性質(zhì)以及制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，本題注意（4）從質(zhì)量守恒的角度分析，進(jìn)行化學(xué)式的計(jì)算，為易錯點(diǎn)．