Question

江蘇省東海縣礦產豐富，除了水晶制品名揚天下外，蛭石、蛇紋石等礦石儲量大，品位高，其相關的耐火、保溫隔熱材料(主要成分為MgO、Al₂O₃)工業也較發達。某中學化學探究小組通過查閱相關資料，對蛭石的組成進行了實驗探究。
Ⅰ.相關資料：①蛭石的成分可看成是由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成；
②氫氧化物開始沉淀及沉淀完全時的pH：

氫氧化物	Fe(OH)3	Mg(OH)2	Al(OH)3
沉淀的pH范圍	1.5～4.1	9.4～12.4	3.3～5.2

 
Ⅱ.相關實驗：

Ⅲ.實驗數據：
①礦石樣品質量為：8.22 g
②實驗過程中得到固體的質量：A—2.40 g、D—2.14 g、F—1.56 g
③每次轉化所得固體成分只有一種
請你根據以上內容和中學化學知識回答以下問題：
(1)過濾操作需要的玻璃儀器有：_____________________________________。
(2)寫出由D制一種紅色顏料的化學方程式：_____________________________________。
(3)工業上的耐火材料通常由F及濾液E進一步轉化而成，請你根據濾液E中可能含有的成分，設計一個從濾液E制取耐火材料的實驗方法：__________________________。
(4)濾液B與NaOH溶液反應時，應控制溶液的pH在7～8之間，這是因為_______________________________________________________。
(5)通過計算，寫出用氧化物的形式表示蛭石組成的化學式：___________________________。

Answer 1

(1)漏斗、燒杯、玻璃棒
(2)2Fe(OH)₃Fe₂O₃＋3H₂O
(3)將所得的濾液E加熱煮沸一定時間(或向濾液中加入足量的NaOH溶液)，再進行過濾、洗滌、干燥，最后進行高溫灼燒
(4)根據表中數據，控制溶液的pH在7～8之間，Mg^2＋沒有變化，Al^3＋轉化為AlO₂^-，只有Fe(OH)₃沉淀
(5)8MgO·Al₂O₃·Fe₂O₃·4SiO₂

本題關鍵是要看明白流程圖各步的反應以及原理。混合物MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂加入鹽酸，得固體A為SiO₂，濾液中加入氫氧化鈉得沉淀D為Fe(OH)₃，濾液C中含有Mg^2＋和AlO₂^-，通入CO₂生成Al(OH)₃沉淀。(1)過濾操作所需的玻璃儀器：漏斗、燒杯、玻璃棒。(2)D制一種紅色顏料的化學方程式：2Fe(OH)₃Fe₂O₃＋3H₂O。(3)所得的濾液E中含有Mg^2＋，因而可加入堿生成氫氧化鎂沉淀，然后加熱分解即得耐火材料氧化鎂。(4)根據表中數據，控制溶液的pH在7～8之間，Mg^2＋沒有變化，Al^3＋轉化為AlO₂^-，只有Fe(OH)₃沉淀。
(5)n(SiO₂)＝＝0.04 mol
2Fe(OH)₃Fe₂O₃＋3H₂O
214 g　　　　　1 mol
2．14 g　　　　n(Fe₂O₃)
列式解得：n(Fe₂O₃)＝0.01 mol
m(Fe₂O₃)＝0.01 mol×160 g·mol^－1＝1.60 g
2Al(OH)₃Al₂O₃＋3H₂O
156 g　　　　 1 mol
1．56 g　　  n(Al₂O₃)
列式解得：n(Al₂O₃)＝0.01 mol
m(Al₂O₃)＝0.01 mol×102 g·mol^－1＝1.02 g
m(MgO)＝8.22 g－2.40 g－1.60 g－1.02 g＝3.20 g
n(MgO)＝＝0.08 mol
則n(MgO)∶n(Fe₂O₃)∶n(Al₂O₃)∶n(SiO₂)＝0.08 mol∶0.01 mol∶0.01 mol∶0.04 mol＝8∶1∶1∶4
即該蛭石礦的組成為8 MgO·Al₂O₃·Fe₂O₃·4SiO₂。