Question

16．鹵塊的主要成分是MgCl₂，此外還含F(xiàn)e³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等離子．若以它以及表2中的某些物質(zhì)為原料，按圖所示工藝流程進(jìn)行生產(chǎn)，可制得輕質(zhì)氧化鎂．

若要求產(chǎn)品盡量不含雜質(zhì)，而且生產(chǎn)成本較低，請(qǐng)根據(jù)表1和表2提供的資料，填寫(xiě)空白：
表1  生成氫氧化物沉淀的pH

物質(zhì)	開(kāi)始沉淀	沉淀完全
Fe（OH）3	2.7	3.7
Fe（OH）2	7.6	9.6*
Mn（OH）2	8.3	9.8
Mg（OH）2	9.6	11.1

*Fe²⁺氫氧化物呈絮狀，不易從溶液中除去，所以，常將它氧化為Fe³⁺，生成Fe（OH）₃沉淀除去．
表2  原料價(jià)格表

物質(zhì)	價(jià)格（元•噸-1）
漂液（含25.2% NaClO）	450
雙氧水（含30% H2O2）	2400
燒堿（含98% NaOH）	2100
純堿（含99.5% Na2CO3）	600

（1）在步驟②中加入的試劑X，最佳的選擇是漂液NaClO，寫(xiě)出步驟②中pH=1時(shí)所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺═2Fe³⁺+Cl^-+H₂O；
（2）在步驟③中加入的試劑是燒堿；之所以要控制pH=9.8，其目的是使Mg²⁺以外的雜質(zhì)離子轉(zhuǎn)化成沉淀除去；
（3）某燃料電池的燃料為CO，氧化劑為含CO₂的O₂，電解質(zhì)為熔融態(tài)的試劑Z（步驟④中加入試劑的有效成分），則該燃料電池的正極電極反應(yīng)方程式為：O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-；
（4）在步驟⑤中發(fā)生的反應(yīng)是MgCO₃+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Mg（OH）₂+CO₂↑．

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(lái)，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X的最佳選擇；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(xiě)出反應(yīng)的離子方程式；
（2）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(guò)過(guò)濾而除去；
（3）燃料電池中，正極發(fā)生的反應(yīng)一定是氧氣得電子的過(guò)程；電池是以熔融碳酸鹽為電解質(zhì)，可以循環(huán)利用的物質(zhì)只有二氧化碳；
（4）在步驟⑤中發(fā)生的反應(yīng)是碳酸鎂加熱和水反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀，氫氧化鎂沉淀溶解度小于碳酸鎂的溶解度實(shí)現(xiàn)沉淀轉(zhuǎn)化．

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，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，
故答案為：漂液NaClO；2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺═2Fe³⁺+Cl^-+H₂O；
（2）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(guò)過(guò)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(guò)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：燒堿；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；
（3）該電池中，正極反應(yīng)一定是氧氣得電子的過(guò)程，該電池的電解質(zhì)環(huán)境是熔融碳酸鹽，所以電極反應(yīng)為：O₂+2CO₂+4e^-=2CO₃^2- （或2O₂+4CO₂+8e^-=4CO₃^2-），
故答案為：O₂+4e^-+2CO₂═2CO₃^2-；
（4）在步驟⑤中發(fā)生的反應(yīng)是碳酸鎂加熱和水反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀，氫氧化鎂沉淀溶解度小于碳酸鎂的溶解度實(shí)現(xiàn)沉淀轉(zhuǎn)化，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：MgCO₃+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Mg（OH）₂+CO₂↑，
故答案為：MgCO₃+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Mg（OH）₂+CO₂↑．

點(diǎn)評(píng) 本題通過(guò)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>