Question

某工廠廢渣含MgCO₃、SiO₂、Fe₂O₃、FeCO₃和CaCO₃、Al₂O₃．科研小組擬對(duì)廢渣進(jìn)行綜合利用制取Mg（OH）₂、芒硝（Na₂SO₄?10H₂O）和Al₂（SO₄）₃，設(shè)計(jì)如下工藝：

下表為幾種沉淀的相關(guān)數(shù)據(jù)．回答以下問題：

物質(zhì)名稱	溶度積（Ksp）	pH
		開始沉淀	完全沉淀
Mg（OH）2	5.6×10-12	9.3	10.8
Fe（OH）2	8.0×10-16	7.6	9.6
Fe（OH）3	2.8×10-39	2.7	3.7
Al（OH）3	1.3×10-33	3.7	4.7

（1）操作1名稱是

 

，該操作中所用到的玻璃儀器有

 

．
（2）你認(rèn)為在除鐵過程中選用下列物質(zhì)中的

 

（填序號(hào)）作為試劑A是最合適的，
a．KMnO₄        b．O₂        c．H₂O₂          d．Cl₂
并用離子方程式表示往濾液I中加入試劑A的目的

 

．現(xiàn)采用滴定的方法測定廢渣中FeCO₃的含量，取m克該工廠廢渣加足量的H₂SO₄溶解后配成VmL溶液，從中取出10mL倒入錐形瓶中進(jìn)行滴定，用一定濃度的試劑A進(jìn)行滴定，則盛放試劑A的滴定管應(yīng)選用

 

（填“酸式”或“堿式”），滴定終了時(shí)消耗濃度為c mol?L^-1的試劑A共b mL，則該廢渣中FeCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

．
（3）濾液Ⅱ中加入試劑B目的是除Mg²⁺，根據(jù)溶度積可知pH=10.8時(shí)Mg²⁺已除盡，控制溶液pH=12.0的目的是

 

，當(dāng)pH=12.0時(shí)溶液中c（Mg²⁺）=

 

．
（4）欲從濾液Ⅲ中分離出Al₂（SO₄）₃溶液，依次加入的試劑可以是

 

．

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：制備實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）工廠廢渣含MgCO₃、SiO₂、Fe₂O₃、FeCO₃和CaCO₃、Al₂O₃，用硫酸溶解后得到可溶的硫酸鎂、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁等物質(zhì)和不溶的二氧化硅、硫酸鈣，通過過濾除去不溶物得到濾液Ⅰ，根據(jù)過濾操作完成該操作所用到的玻璃儀器；
（2）從環(huán)境保護(hù)、氧化性、是否引進(jìn)雜質(zhì)方面考慮最佳試劑；雙氧水將亞鐵離子氧化成鐵離子，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；雙氧水具有強(qiáng)氧化性，能夠氧化堿式滴定管的橡膠管，所以應(yīng)該使用酸式滴定管盛放；根據(jù)方程式計(jì)算出亞鐵離子的物質(zhì)的量，再計(jì)算出碳酸亞鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（3）pH=12時(shí)使氫氧化鋁完全溶解，從而得到更純凈的氫氧化鎂；沉淀完全后的溶液中存在沉淀溶解平衡，依據(jù)氫氧化鎂的溶度積常數(shù)計(jì)算出pH=12.0時(shí)溶液中c（Mg²⁺）；
（4）濾液Ⅲ中含有偏鋁酸根離子，偏鋁酸根離子能夠與二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁，過濾后得到氫氧化鋁沉淀，然后加入稀硫酸獲得硫酸鋁．

解答： 解：（1）根據(jù)題中流程可知，通過操作Ⅰ將不溶物和易溶物分離，通常使用過濾操作，過濾時(shí)需要使用的玻璃儀器有：燒杯、玻璃棒和漏斗，
故答案為：過濾；燒杯、玻璃棒、漏斗；
（2）根據(jù)表中溶度積可知，氫氧化亞鐵完全沉淀時(shí)溶液的pH=9.6，與氫氧化鎂完全沉淀的pH接近，不易直接除掉，需要用氧化劑氧化成鐵離子，由于加入酸性高錳酸鉀、氯水會(huì)引進(jìn)雜質(zhì)，氧氣的氧化性較弱，氧化效果不好，所以最佳氧化劑為雙氧水；
雙氧水與亞鐵離子反應(yīng)的離子方程式為：2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；
滴定10mL樣品的溶液時(shí)消耗的雙氧水的物質(zhì)的量為：cmol/L×b×10^-3L=cb×10^-3mol，根據(jù)反應(yīng)2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O可知，亞鐵離子的物質(zhì)的量為：n（Fe²⁺）=n（FeCO₃）=2n（H₂O₂）=2cb×10^-3mol，則VmL樣品溶液中含有FeCO₃的物質(zhì)的量為：2cb×10^-3mol×

VmL

10mL

=2cbV×10^-4mol，所以該樣品中含有FeCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

116g/mol×2cbV×10-3mol

mg

×100%=

23.2cbV

m

%，
雙氧水能夠氧化堿式滴定管的橡膠管，所以應(yīng)該用酸式滴定管盛放雙氧水；
故答案為：c；2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；酸式；

23.2cbV

m

%；
（3）pH=10.8時(shí)Mg²⁺已除盡，控制溶液pH=12.0目的是使生成的Al（OH）₃盡可能的溶解，便于獲得較純凈的Mg（OH）₂沉淀；
已知Ksp[Mg（OH）₂]=5.6×10^-12，當(dāng)控制溶液pH=12時(shí)，可確保Mg²⁺除盡，此時(shí)溶液中Mg²⁺的物質(zhì)的量濃度為：c（OH^-）=

10-14

10-12

mol/L=10^-2mol/L，Ksp（Mg（OH）₂）=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=5.6×10^-12，c（Mg²⁺）=

5.6×10-12

(10-2)2

=5.6×10^-8mol?L^-1，
故答案為：使生成的Al（OH）₃盡可能的溶解，便于獲得較純凈的Mg（OH）₂沉淀；5.6×10^-8mol?L^-1；
（4）濾液Ⅲ中鋁元素以偏鋁酸根離子形式存在，可以通入過量二氧化碳?xì)怏w轉(zhuǎn)化成氫氧化鋁沉淀，然后在加入稀硫酸將氫氧化鋁轉(zhuǎn)化成硫酸鋁，所以需要的試劑分別為：CO₂、稀硫酸，
故答案為：CO₂；稀硫酸．

點(diǎn)評(píng)：本題通過Mg（OH）₂、芒硝（Na₂SO₄?10H₂O）和Al₂（SO₄）₃的制備，考查了物質(zhì)制備方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，涉及了化學(xué)基本實(shí)驗(yàn)操作方法、難溶物溶度積及其計(jì)算、物質(zhì)的分離與提純等知識(shí)，試題考查的知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，有利于提高學(xué)生的分析、理解能力．