Question

13．鹵塊的主要成分是MgCl₂，此外還含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺和Mn²⁺等雜質(zhì)離子．以鹵塊為原料按下圖所示流程進(jìn)行生產(chǎn)，可制得輕質(zhì)氧化鎂．

查閱資料得下表相關(guān)數(shù)據(jù)：

表1：生成氫氧化物沉淀的pH			表2：原料價(jià)格表
物質(zhì)	開始沉淀	沉淀完全	物質(zhì)	價(jià)格（元/噸）
Fe（OH）3	2.7	3.7	a．漂液（含25.2%NaClO）	450
Fe（OH）2	7.6	9.6﹡	b．雙氧水（含30%H2O2）	2400
Mn（OH）2	8.3	9.8	c．燒堿（含98%NaOH）	2100
Mg（OH）2	9.6	11.1	d．純堿（含99.5%Na2CO3）	600

﹡Fe²⁺氫氧化物呈絮狀，不易從溶液中除去，必須將它氧化后以Fe（OH）₃沉淀形式才能除盡．
若要求產(chǎn)品盡量不含雜質(zhì)且生產(chǎn)成本較低，請(qǐng)根據(jù)上表提供的資料回答：
（1）流程中加入的試劑X、Y、Z最佳選擇依次是表2中的acd（選填試劑編號(hào)）．
（2）步驟②發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=Cl^-+2Fe³⁺+H₂O；步驟⑤中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程為MgCO₃+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+CO₂↑．
（3）步驟③控制pH=9.8的目的是使Mg²⁺以外的雜質(zhì)盡可能徹底地轉(zhuǎn)化為沉淀除去．
（4）若在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行步驟⑥的灼燒實(shí)驗(yàn)，必須用到的儀器是鐵三腳、酒精噴燈、坩堝和泥三角．
（5）在探究Mg（OH）₂溶解性的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)向裝有少量Mg（OH）₂濁液的試管中加入適量
NH₄Cl晶體，充分振蕩后溶液會(huì)變澄清，請(qǐng)用化學(xué)平衡的原理解釋濁液變澄清的原因Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^-（aq），NH₄Cl 電離出的NH₄⁺與OH^-結(jié)合成弱電解質(zhì)NH₃•H₂O，降低了c（OH^-），Mg（OH）₂溶解平衡向右移動(dòng)．

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，然后加熱煮沸可得到Mg（OH）₂，灼燒后得到MgO，
（1）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；
（2）次氯酸鈉具有氧化性在酸溶液中氧化亞鐵離子為鐵離子，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；Z為碳酸鈉，則步驟④生成沉淀為碳酸鎂，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；
（3）步驟③的目的在于使除Mg²⁺以外的各種雜質(zhì)金屬離子都生成氫氧化物沉淀，以便通過過濾而除去；
（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）氫氧化鎂電離出來的OH^-與NH₄⁺結(jié)合生成弱電解質(zhì)NH₃•H₂O，從而促進(jìn)Mg（OH）₂的溶解，據(jù)此分析解答．

解答 解：（1）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；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Z的目的是使鎂離子沉淀，Z為純堿；
故答案為：acd；
（2）流程中加入次氯酸鈉在酸性溶液中會(huì)氧化亞鐵離子為鐵離子，反應(yīng)的離子方程式為：2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O；
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 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+CO₂↑，
故答案為：2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=Cl^-+2Fe³⁺+H₂O；MgCO₃+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+CO₂↑；
（3）步驟③的目的在于使除Mg²⁺以外的各種雜質(zhì)金屬離子都生成氫氧化物沉淀，以便通過過濾而除去，應(yīng)加入NaOH，如加入純堿，不能達(dá)到較高的PH，分析表1提供的數(shù)據(jù)：除去雜質(zhì)離子合理的pH范圍是3.7＜pH＜9.8，在此范圍內(nèi)，如果pH過高，就會(huì)有大量的Mg²⁺生成Mg（OH）₂而進(jìn)入沉淀中，從而導(dǎo)致生產(chǎn)成本的提高；為了兼顧產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本，選擇pH=9.8最合理，當(dāng)然此時(shí)Mg²⁺也會(huì)部分生成Mg（OH）₂沉淀，但由于鹵塊價(jià)格低廉，這點(diǎn)不可避免的損失還是可以承受的，以此保證產(chǎn)品的純度，
故答案為：使除Mg²⁺以外的各種雜質(zhì)金屬離子都成為氫氧化物沉淀以便除去；
（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）氫氧化鎂溶液中存在溶解平衡Mg（OH）₂?Mg ²⁺+2OH^-，Mg（OH）₂電離出來的OH^-與NH₄⁺結(jié)合生成難電離的弱電解質(zhì)NH₃•H₂O，氫氧根離子濃度降低，從而使Mg（OH）₂的溶解平衡向右移動(dòng)，促進(jìn)氫氧化鎂溶解，故Mg（OH）₂能溶于NH₄Cl溶液中，
故答案為：Mg（OH）₂（s）?Mg²⁺（aq）+2OH^-（aq），NH₄Cl 電離出的NH₄⁺與OH^-結(jié)合成弱電解質(zhì)NH₃•H₂O，降低了c（OH^-），Mg（OH）₂溶解平衡向右移動(dòng)．

點(diǎn)評(píng) 本題通過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，試題綜合性較強(qiáng)、涉及知識(shí)點(diǎn)較多，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>