Question

2．以白云石（化學式表示為MgCO₃•CaCO₃）為原料制備氫氧化鎂的工藝流程如圖1：

（1）根據流程圖1和圖2熱分解圖判斷白云石“輕燒”后固體產物的主要成份CaCO₃、MgO．則“輕燒”溫度應不超過700℃．
（2）流程圖中“加熱反應”的化學方程式為（NH₄）₂SO₄+MgO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgSO₄+2NH₃↑+H₂O．
（3）沉淀過程溶液的pH=10，此時溶液中c（Mg²⁺）=5.61×10^-4mol•L^-1．（已知K_sp[Mg（OH）₂]=5.61×10^-12）
（4）該工藝中可以循環使用的物質是（NH₄）₂SO₄、NH₃或NH₃•H₂O（填化學式）．
（5）傳統工藝將白云石分解為氧化鎂和氧化鈣后提取，該工藝采用輕燒白云石的方法，其優點是①減少能源消耗、②便于CaCO₃分離．

Answer 1

分析 白云石主要成分為MgCO₃•CaCO₃輕燒，從過濾中可以得到CaCO₃來進行判斷，可知分解的只是碳酸鎂，研磨加入水和硫酸銨加熱，硫酸銨和氧化鎂反應生成氨氣、硫酸鎂和水，過濾后在濾液中加入氨水生成氫氧化鎂沉淀，過濾得到氫氧化鎂固體，
（1）從過濾中可以得到CaCO₃來進行判斷，可知分解的只是碳酸鎂；從表中可以看出，溫度低于540℃時，物質不分解，高于840℃時，碳酸鈣和碳酸鎂都分解，因此該溫度不超過700℃；
（2）加熱的過程是放出氨氣的過程，該過程中因為氧化鎂跟水反應很少，因此涉及到的反應應該為：（NH₄）₂SO₄+MgO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgSO₄+2NH₃↑+H₂O；
（3）pH=10時，溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-10}}$mol/L=10^-4 mol/L，c（Mg²⁺）=$\frac{{K}_{sp}[Mg（OH）_{2}]}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$；
（4）該工藝中可以循環使用的物質是參加反應過程，反應后又生成的物質可以循環使用；
（5）減少能源消耗、便于CaCO₃分離．

解答 解：白云石主要成分為MgCO₃•CaCO₃輕燒，從過濾中可以得到CaCO₃來進行判斷，可知分解的只是碳酸鎂，研磨加入水和硫酸銨加熱，硫酸銨和氧化鎂反應生成氨氣、硫酸鎂和水，過濾后在濾液中加入氨水生成氫氧化鎂沉淀，過濾得到氫氧化鎂固體，
（1）從過濾中可以得到CaCO₃來進行判斷，可知分解的只是碳酸鎂，碳酸鈣不分解，則“輕燒”后得到的固體是CaCO₃、MgO；從表中可以看出，溫度低于540℃時，物質不分解，高于840℃時，碳酸鈣和碳酸鎂都分解，因此該溫度不超過700℃，
故答案為：CaCO₃、MgO； 700℃；
（2）加熱的過程是放出氨氣的過程，該過程中因為氧化鎂跟水反應很少，涉及到的反應應該為（NH₄）₂SO₄+MgO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgSO₄+2NH₃↑+H₂O，
故答案為：（NH₄）₂SO₄+MgO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MgSO₄+2NH₃↑+H₂O；
（3）pH=10時，溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-10}}$mol/L=10^-4 mol/L，c（Mg²⁺）=$\frac{{K}_{sp}[Mg（OH）_{2}]}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{5.61×1{0}^{-12}}{（1{0}^{-4}）^{2}}$mol/L=5.61×10^-4mol•L^-1，
故答案為：5.61×10^-4mol•L^-1 ；
（4）該工藝中可以循環使用的物質是參加反應過程，反應后又生成的物質可以循環使用，流程圖分析判斷（NH₄）₂SO₄ 、NH₃或NH₃•H₂O可以循環使用，
故答案為：（NH₄）₂SO₄、NH₃或NH₃•H₂O；
（5）分析流程可知，傳統工藝將白云石分解為氧化鎂和氧化鈣后提取，該工藝采用輕燒白云石的方法可以減少能源消耗、便于CaCO₃分離；
故答案為：減少能源消耗；便于CaCO₃分離．

點評 本題考查了物質分離方法和流程理解應用，為高頻考點，側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，題目涉及混合物分離提純、產物的分析判斷，難度中等．