Question

10．蛇紋石礦可以看做是由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成．由蛇紋石制取堿式碳酸鎂的實驗步驟如下：

氫氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Mg（OH）2
開始沉淀pH	1.5	3.3	9.4

（1）蛇紋石礦加鹽酸溶解后，溶液里除了Mg²⁺外，還含有的金屬離子是Fe³⁺、Al³⁺．
（2）進行Ⅰ操作時，控制溶液pH=7～8（有關氫氧化物沉淀的pH見表）
Ca（OH）₂不能過量，若Ca（OH）₂過量可能會導致Al（OH）₃溶解、Mg（OH）₂沉淀生成．
（3）從沉淀混合物A中提取紅色氧化物作顏料，先向沉淀物A中加入過量NaOH（填入物質的化學式），然后過濾、洗滌、灼燒 （依次填寫實驗操作名稱）．
（4）Mg（HCO₃）₂熱分解的反應方程式為：2 Mg（HCO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg₂（OH）₂CO₃+3CO₂↑+H₂O．若熱分解不完全，所得堿式碳酸鎂中將混有MgCO₃，則產品中鎂的質量分數降低（填“升高”、“降低”或“不變”，已知碳酸鎂的相對分子質量為84，堿式碳酸鎂的相對分子質量為142）．
（5）上述實驗中，可以循環使用的物質是CO₂（填寫物質化學式）．
（6）除去MgCl₂酸性溶液中的Fe³⁺，可在加熱、攪拌的條件下加入MgO或Mg（OH）₂或MgCO₃（試劑自選），過濾后再加入適量鹽酸．

Answer 1

分析 蛇紋石礦可以看作由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成，酸溶過濾得到濾液中為Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，加入氫氧化鈣沉淀得到氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀A，濾液中通入二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀B和碳酸氫鈣，加入氫氧化鈣反應生成碳酸鈣循環利用，溶液中得到碳酸氫鎂溶液，熱解得到堿式碳酸鎂，
（1）蛇紋石礦可以看做MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成，蛇紋石加鹽酸溶解后，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應溶解，而SiO₂和HCl不反應，不能溶解；
（2）當氫氧化鈣過量時，溶液堿性增強，Al（OH）₃會溶解，從氫氧化物沉淀的pH表中可看出，Mg（OH）₂在pH為9.4時開始沉淀，所以堿性增強Mg（OH）₂會沉淀；
（3）紅色氧化物為Fe₂O₃，應先將其中含有的少量Al（OH）₃除去，除去Al（OH）₃的方法是利用它能溶于強堿的性質；
（4）碳酸氫鎂熱分解生成堿式碳酸鎂、二氧化碳和水，根據同質量的碳酸鎂和堿式碳酸鎂中鎂的物質的量后者大分析；
（5）此過程中CO₂是可以重復使用的；
（6）依據鐵離子沉淀完全的PH，加入氧化鎂或氫氧化鎂或碳酸鎂，和酸反應調節熔融PH沉淀鐵離子，除去MgCl₂酸性溶液中的Fe³⁺．

解答 解：蛇紋石礦可以看作由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成，酸溶過濾得到濾液中為Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，加入氫氧化鈣沉淀得到氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀A，濾液中通入二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀B和碳酸氫鈣，加入氫氧化鈣反應生成碳酸鈣循環利用，溶液中得到碳酸氫鎂溶液，熱解得到堿式碳酸鎂，
（1）蛇紋石加鹽酸溶解，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應溶解，反應方程式分別為：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O．而SiO₂不與鹽酸反應，以沉淀的形式除去，
故答案為：Fe³⁺、Al³⁺；
（2）由（1）知，此時溶液中除了Mg²⁺外，還含有Fe³⁺、Al³⁺雜質，需除去Fe³⁺、Al³⁺但不能損失Mg²⁺，因Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺和Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，利用平衡移動的原理，消耗H⁺使上述水解平衡向正反應方向移動，除去Fe³⁺、Al³⁺，加Ca（OH）₂需將溶液的pH控制在7～8，若pH過高，會導致生成的Al（OH）₃發生反應Al（OH）₃+OH-=AlO₂^-+2H₂O溶解，Mg（OH）₂在pH為9.4時開始沉淀，所以堿性增強Mg（OH）₂會沉淀，同時Mg²⁺也因轉化為沉淀而損失，
故答案為：Al（OH）₃；Mg（OH）₂；
（3）從實驗步驟圖知：沉淀混合物為Fe（OH）₃和Al（OH）₃，紅色氧化物是沉淀物Fe（OH）₃分解后得到的Fe₂O₃，所以得先加堿把Al（OH）₃除掉，反應為：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，然后過濾洗滌灼燒即可，
故答案為：NaOH；洗滌、灼燒；
（4）碳酸氫鎂熱分解生成堿式碳酸鎂、二氧化碳和水，反應的化學方程式為：2 Mg（HCO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg₂（OH）₂CO₃+3CO₂↑+H₂O，若熱分解不完全，所得堿式碳酸鎂中將混有MgCO₃，同質量的碳酸鎂和堿式碳酸鎂中鎂的物質的量，碳酸鎂中鎂元素物質的量$\frac{1}{84}$，堿式碳酸鎂中鎂元素物質的量$\frac{1}{142}×2$=$\frac{1}{71}$，堿式碳酸鎂中含鎂大，若熱分解不完全，所得堿式碳酸鎂中將混有MgCO₃，產品中鎂的質量小，則產品中鎂的質量分數降低，
故答案為：2 Mg（HCO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg₂（OH）₂CO₃+3CO₂↑+H₂O，降低；
（5）從實驗步驟圖知：上述實驗中，步驟Ⅱ中通二氧化碳，生成碳酸鈣，碳酸鈣分解可得到二氧化碳，作為第Ⅱ步的原料，堿式碳酸鎂分解得到CO₂，可以循環使用的物質是CO₂，
故答案為：CO₂；
（6）加入氧化鎂或氫氧化鎂或碳酸鎂，和酸反應調節熔融PH沉淀鐵離子，除去MgCl₂酸性溶液中的Fe³⁺，除去MgCl₂酸性溶液中的Fe³⁺，可在加熱、攪拌的條件下加入MgO或Mg（OH）₂或MgCO₃  過濾后再加入適量鹽酸，
故答案為：MgO或Mg（OH）₂或MgCO₃．

點評 本題主要考查了元素化合物中金屬鋁、鐵的性質，解題時不僅需熟知物質間的反應原理，還需靈活運用于實驗的設計，難度中等．