Question

10．硼鎂泥是一種工業(yè)廢料，主要成份是MgO，還有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)，以此為原料制取的硫酸鎂，可用于印染、造紙、醫(yī)藥等工業(yè)．從硼鎂泥中提取MgSO₄•7H₂O的流程如下：

已知：NaClO與Mn²⁺反應(yīng)產(chǎn)生MnO₂沉淀．

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2
開始沉淀pH	2.3	4.0	7.6
完全沉淀pH	4.1	5.2	9.6

根據(jù)題意回答下列問(wèn)題：
（1）請(qǐng)?zhí)岢鰞蓷l加快酸解速率的措施升溫、把硼鎂泥粉碎、攪拌等．
（2）NaClO能將溶液中的還原性離子氧化生成沉淀，寫出有關(guān)反應(yīng)的離子方程式Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂↓+2H⁺+Cl^-、2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^l-+4H⁺．
（3）除去濾渣之前，往往還要加入一定量的硼鎂泥，其原因可能是調(diào)節(jié)溶液pH，使Fe³⁺、Al³⁺水解完全，除去多余的NaClO．
（4）“除鈣”MgSO₄和CaSO₄的混合溶液中的CaSO₄除去，根據(jù)下表數(shù)據(jù)，應(yīng)將混合溶液蒸發(fā)濃縮、趁熱過(guò)濾；再將濾液進(jìn)行“操作Ⅰ”，則析出晶體后的溶液（20℃）中c（Mg²⁺）=2.00mol•L^-1（該溶液的密度為1.20g•cm^-3）．
已知MgSO₄、CaSO₄的溶解度如表：

溫度（℃）	20	40	50	60	70
MgSO4	25.0	31.8	33.4	35.6	36.9
CaSO4	0.256	0.212	0.207	0.201	0.190

（5）硫酸鎂分解生成的SO₂經(jīng)如圖的兩個(gè)循環(huán)可分別得到S和H₂SO₄．寫出循環(huán)Ⅰ中反應(yīng)2的化學(xué)方程式為4ZnFeO_3.5+SO₂$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4ZnFeO₄+S；循環(huán)Ⅱ中電解過(guò)程陽(yáng)極反應(yīng)式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．

Answer 1

分析 硼鎂泥主要成份是MgO（占35%），還有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)，加入硫酸，MgO、CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃都和硫酸反應(yīng)，SiO₂不與硫酸反應(yīng)，次氯酸鈉具有強(qiáng)氧化性，加入的NaClO可與Mn²⁺反應(yīng)生成MnO₂，把亞鐵離子氧化成鐵離子，溶液pH升高，鐵離子生成氫氧化鐵沉淀，鋁離子形成氫氧化鋁沉淀，過(guò)濾除去濾渣Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂、SiO₂，濾液中含鈣離子、鎂離子，除鈣后，只剩鎂離子，蒸發(fā)冷卻結(jié)晶得到硫酸鎂晶體．
（1）從影響反應(yīng)速率的因素分析；
（2）溶液里還原性的離子有Mn²⁺、Fe²⁺，能被NaClO溶液氧化并生成對(duì)應(yīng)的MnO₂、Fe（OH）₃沉淀，可結(jié)合電子守恒、電荷守恒及原子守恒配平得到相應(yīng)離子反應(yīng)反應(yīng)方程式；
（3）為使溶液里Fe³⁺、Al³⁺完全水解轉(zhuǎn)化為沉淀并除去多余的NaClO，提高產(chǎn)品的純度，通常通過(guò)增大另一種反應(yīng)物的量來(lái)達(dá)到；
（4）根據(jù)表中溫度對(duì)硫酸鎂、硫酸鈣的影響完成；析出晶體后的溶液（20℃）為MgSO₄的飽和溶液，可結(jié)合此溫度下MgSO₄的溶解度為25g，設(shè)飽和溶液質(zhì)量為125g，則所含溶質(zhì)MgSO₄的質(zhì)量為25g，再根據(jù)物質(zhì)的量濃度的計(jì)算求算物質(zhì)的量濃度；
（5）ZnFeO_3.5和SO₂在加熱條件下生成ZnFeO₄、S，電解硫酸錳時(shí)，生成二氧化錳和硫酸，陽(yáng)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)．

解答 解：硼鎂泥主要成份是MgO（占35%），還有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質(zhì)，加入硫酸，MgO、CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃都和硫酸反應(yīng)，SiO₂不與硫酸反應(yīng)，次氯酸鈉具有強(qiáng)氧化性，加入的NaClO可與Mn²⁺反應(yīng)生成MnO₂，把亞鐵離子氧化成鐵離子，溶液pH升高，鐵離子生成氫氧化鐵沉淀，鋁離子形成氫氧化鋁沉淀，過(guò)濾除去濾渣Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂、SiO₂，濾液中含鈣離子、鎂離子，除鈣后，只剩鎂離子，蒸發(fā)冷卻結(jié)晶得到硫酸鎂晶體．
（1）升高溫度，增大接觸面積，攪拌、增大反應(yīng)物的濃度都可加快反應(yīng)速率，故答案為：升溫；把硼鎂泥粉碎、攪拌等；
（2）NaClO能將溶液中的還原性離子Mn²⁺、Fe²⁺氧化生成沉淀發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為：Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂↓+2H⁺+Cl^-、2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^l-+4H⁺；
故答案為：Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂↓+2H⁺+Cl^-、2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^l-+4H⁺；
（3）通過(guò)加入過(guò)量的硼鎂泥調(diào)節(jié)溶液的pH，使溶液里Fe³⁺、Al³⁺完全水解轉(zhuǎn)化為沉淀，同時(shí)除去過(guò)量的NaClO；
故答案為：調(diào)節(jié)溶液pH，使Fe³⁺、Al³⁺水解完全，除去多余的NaClO；
（4）有溫度對(duì)硫酸鎂、硫酸鈣的溶解度影響，溫度越高，硫酸鈣溶解度越小，可以采用蒸發(fā)濃縮，趁熱過(guò)濾方法除去硫酸鈣；20℃時(shí)飽和MgSO4溶液質(zhì)量為125g，其體積為$\frac{125g}{1.20g•c{m}^{-3}}$；所含溶質(zhì)MgSO₄的質(zhì)量為25g，物質(zhì)的量為$\frac{25g}{120g/mol}$；則溶液里c（Mg²⁺）=c（MgSO₄）=$\frac{\frac{25g}{120g/mol}}{\frac{125g}{1.20g•c{m}^{-3}}×1{0}^{-3}L/c{m}^{3}}$=2.00mol/L；

故答案為：趁熱過(guò)濾；2.00；
（5）ZnFeO_3.5和SO₂在加熱條件下生成ZnFeO₄、S，反應(yīng)方程式為4ZnFeO₃.5+SO₂$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4ZnFeO₄+S；電解硫酸錳時(shí)，生成二氧化錳和硫酸，陽(yáng)極上失電子發(fā)生氧化反應(yīng)，電極反應(yīng)式為Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺，
故答案為：4ZnFeO_3.5+SO₂$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4ZnFeO₄+S；Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了從硼鎂泥中提取MgSO₄•7H₂O的方法，涉及了配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液的儀器選擇、鐵離子檢驗(yàn)方法、硫酸鎂晶體的產(chǎn)率計(jì)算等知識(shí)，題量較大，難度中等．