Question

17．工業(yè)上可以利用菱鎂礦（主要成分為MgCO₃）制取MgSO₄•7H₂O，其流程如圖1：

（1）操作①的名稱為過濾；步驟②需要冷卻至30℃的原因是降低MgSO₄•7H₂O溶解度，使其析出；步驟③不使用更高溫度的原因是避免失去結(jié)晶水
（2）如果產(chǎn)品的純度不合格，可用如下過程提純：粗品 $→_{分離}^{水、加熱}$ 溶液 $→_{分離}^{冷卻}$ 純MgSO₄•7H₂O，這種提純方法的名稱為重結(jié)晶
（3）產(chǎn)品的純度嚴(yán)重依賴于菱鎂礦中MgCO₃的含量，實(shí)驗(yàn)室可采用如圖2裝置測定菱鎂礦中MgCO₃的含量．
①D中試劑最好選用稀硫酸
②通入的氣體A可以是a d（填字母代號）
a、H₂           b、空氣            c、水煤氣              d、N₂
③實(shí)驗(yàn)中需要測定的物理量有菱鎂礦樣品質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)前后E裝置質(zhì)量
④實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏高的原因可能是E吸收了空氣中的水蒸汽或二氧化碳
⑤另有一種測定方法是：將菱鎂礦溶于稀鹽酸，加入過量氫氧化鈉溶液，通過測定氫氧化鎂沉淀的質(zhì)量計(jì)算純度．已知溶液中Mg²⁺（0.1mol/L）開始沉淀的pH為10，則要保證溶液中Mg²⁺完全沉淀，溶液的pH至少為12．

Answer 1

分析 利用菱鎂礦（主要成分為MgCO₃）制取MgSO₄•7H₂O流程：MgCO₃+H₂SO₄=MgSO₄+H₂O+CO₂↑調(diào)節(jié)PH=5，80℃溫度較高，硫酸鎂溶解度較大，分離不溶物用過濾，溶液中主要為硫酸鎂，冷卻至30℃降低MgSO₄•7H₂O溶解度，使其析出，過濾，50℃-55℃，干燥得純MgSO₄•7H₂O．
（1）分離固體、液體用過濾；步驟②需要冷卻至30℃降低MgSO₄•7H₂O溶解度，使其析出，結(jié)晶水合物在溫度較高時(shí)易失水，所以步驟③不使用更高溫度；
（2）二次結(jié)晶也就是重結(jié)晶，常用的結(jié)晶方法有兩種：冷卻熱飽和溶液和蒸發(fā)結(jié)晶；冷卻熱飽和溶液法結(jié)晶適用于溶解度受溫度影響較大的物質(zhì)，而蒸發(fā)結(jié)晶適用于溶解度受溫度的影響不大，該產(chǎn)品提純用冷卻結(jié)晶；
（3）測定菱鎂礦中MgCO₃的含量，首先通入A氣體，該氣體不能被堿石灰吸收，趕走裝置中的空氣，通過D滴加硫酸和碳酸鎂反應(yīng)，生成二氧化碳，通過C濃硫酸干燥，通過E二氧化碳被吸收，通過實(shí)驗(yàn)前后E裝置質(zhì)量變化得到二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)碳守恒，得到碳酸鎂的質(zhì)量，據(jù)此測定菱鎂礦中MgCO₃的含量．
①選擇難揮發(fā)的酸，避免生成的氣體含有其它氣體雜質(zhì)；
②通入的A氣體，趕走裝置中的空氣，但該氣體不能被堿石灰吸收，影響碳酸鎂的測定；
③測定菱鎂礦中MgCO₃的含量需測定菱鎂礦樣品質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)前后E裝置質(zhì)量；
④空氣中的水蒸汽或二氧化碳進(jìn)入E誤認(rèn)定為碳酸鎂與酸反應(yīng)生成；
⑤根據(jù)K_sp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）、K_W=c（H⁺）×c（OH^-）、pH=-lgc（H⁺）計(jì)算．

解答 解：（1）菱鎂礦與硫酸反應(yīng)，調(diào)節(jié)PH=5，80℃溫度較高，硫酸鎂溶解度較大，雜質(zhì)與硫酸不反應(yīng)，分離不溶物用過濾，冷卻至30℃降低MgSO₄•7H₂O溶解度，使其析出，結(jié)晶水合物在溫度較高時(shí)易失水，所以步驟③不使用更高溫度的原因是避免MgSO₄•7H₂O失去結(jié)晶水，
故答案為：過濾；降低MgSO₄•7H₂O溶解度，使其析出；避免失去結(jié)晶水； 
（2）將粗品MgSO₄•7H₂O晶體溶于溶劑水以后，通過冷卻熱飽和溶液法又重新從溶液中結(jié)晶的過程為重結(jié)晶，
故答案為：重結(jié)晶；
（3）①測定菱鎂礦中MgCO₃的含量需測定其與酸反應(yīng)生成的二氧化碳的量，選擇難揮發(fā)的酸，避免生成的氣體含有其它氣體雜質(zhì)，宜選擇稀硫酸，
故答案為：稀硫酸；
②通入的A氣體，需不能被堿石灰吸收，影響碳酸鎂的測定，a、H₂不能被堿石灰吸收，符合條件，b、空氣中含有二氧化碳和水蒸氣，不符合條件，c、水煤氣 為一氧化碳和氫氣、還含有少量水蒸氣，不符合條件，d、N₂能被堿石灰吸收，符合條件，
故答案為：ad；
③測定菱鎂礦中MgCO₃的含量首先需測定菱鎂礦樣品質(zhì)量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)前后E裝置質(zhì)量變化得到二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)碳守恒，得到碳酸鎂的物質(zhì)的量，根據(jù)m=nM求得碳酸鎂的質(zhì)量，根據(jù)菱鎂礦中MgCO₃的含量=$\frac{MgC{O}_{3}的質(zhì)量}{菱鎂礦樣品質(zhì)量}$×100%，即可求得，
故答案為：菱鎂礦樣品質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)前后E裝置質(zhì)量；
④實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏高的原因可能是E吸收了空氣中的水蒸汽或二氧化碳，誤計(jì)入碳酸鎂和酸反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳，
故答案為：E吸收了空氣中的水蒸汽或二氧化碳；
⑤溶液中Mg²⁺（0.1mol/L）開始沉淀的pH為10，pH=-lg（10^-10）=10，c（H⁺）=10^-10mol/L，c（OH^-）=$\frac{1×1{0}^{-14}}{1{0}^{-10}}$=10^-4mol/L，K_sp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=10
^-9（mol/L）³，保證溶液中Mg²⁺完全沉淀，Mg²⁺沉淀較為完全是的濃度為1×10^-5mol/L，c²（OH^-）=$\frac{1×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-5}}$，c（OH^-）=10^-2mol/L，c（H⁺）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-2}}$=10^，12，pH=-lg（10^-12）=12，
故答案為：12．

點(diǎn)評 本題考查MgSO₄•7H₂O制備、含量檢測實(shí)驗(yàn)方案，涉及物質(zhì)的分離提純、對裝置與操作的分析、化學(xué)計(jì)算等，明確原理是解題關(guān)鍵，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，題目難度中等．