Question

3．硼鎂泥是一種工業廢料，主要成份是MgO（占40%），還有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質，以此為原料制取的硫酸鎂，可用于印染、造紙、醫藥等工業．從硼鎂泥中提取MgSO₄•7H₂O的流程如下：

已知：某些氫氧化物沉淀的pH如下表所示：

氫氧化物	開始沉淀時的pH	完全沉淀時的pH
Mg（OH）2	9.3	10.8
Fe（OH）2	7.6	9.6
Fe（OH）3	2.7	3.7
Al（OH）3	3.7	4.7

根據題意回答第（1）～（6）題：
（1）在酸解過程中，欲加快酸解時的化學反應速率，請提出兩種可行的措施：適當升溫、把硼鎂泥粉碎、或攪拌、或適當增加硫酸濃度（任寫兩種）．
（2）加入的NaClO可與Mn²⁺反應：Mn²⁺+ClO^-+H₂O═MnO₂↓+2H⁺+Cl^-，還有一種離子也會被NaClO氧化，并發生水解，該反應的離子方程式為2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^-+4H⁺．
（3）濾渣的主要成份除含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂外，還有SiO₂．
（4）已知MgSO₄、CaSO₄的溶解度如下表：

溫度（℃）	40	50	60	70
MgSO4	30.9	33.4	35.6	36.9
CaSO4	0.210	0.207	0.201	0.193

“除鈣”是將MgSO₄和CaSO₄混合溶液中的CaSO₄除去，根據上表數據，簡要說明操作步驟是蒸發濃縮，趁熱過濾．“操作I”是將濾液繼續蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌，便得到了MgSO₄•7H₂O．
（5）實驗中提供的硼鎂泥共100g，得到的MgSO₄•7H₂O為172.2g，計算MgSO₄•7H₂O的產率為70%或0.70．（保留兩位有效數字）
（6）金屬鎂可用于自然水體中鐵件的電化學防腐，完成如圖防腐示意圖，并作相應標注．

Answer 1

分析 硼鎂泥主要成份是MgO（占40%），還有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質，加入硫酸，MgO、CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃都和硫酸反應，SiO₂不與硫酸反應，次氯酸鈉具有強氧化性，加入的NaClO可與Mn²⁺反應生成MnO₂，把Fe²⁺氧化成Fe³⁺，溶液pH升高，在pH為5-6時Fe³⁺生成Fe（OH）₃沉淀，Al³⁺形成Al（OH）₃沉淀，過濾除去濾渣Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂、SiO₂，濾液中含鈣離子、鎂離子，除鈣后，只剩鎂離子，蒸發冷卻結晶得到硫酸鎂晶體；
（1）為加快反應速率，可以采用升高溫度、適當增大反應物濃度、增大反應物接觸面積等方法；
（2）次氯酸根離子具有氧化性，亞鐵離子具有還原性，二者發生氧化還原反應生成氯離子、氫氧化鐵沉淀；
（3）濾渣的主要成份除含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂外，還有SiO₂，故答案為：SiO₂；
（4）“除鈣”是將MgSO₄和CaSO₄混合溶液中的CaSO₄除去，其操作是蒸發濃縮、趁熱過濾；“操作I”是將濾液繼續蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌，
故答案為：趁熱過濾；過濾洗滌；
（5）實驗中提供的硼鎂泥共100g，m（MgO）=100g×40%=40g，n（Mg）=n（MgO）=$\frac{40g}{40g/mol}$=1mol，根據Mg原子守恒得n（MgSO₄•7H₂O）=n（Mg）=n（MgO）=1mol，m（MgSO₄•7H₂O）=1mol×246g/mol=246g，其產率=$\frac{實際硫酸鎂晶體質量}{理論硫酸鎂晶體質量}×100%$；
（6）利用Mg防止Fe被腐蝕，可以采用犧牲陽極的陰極保護法或外加電源的陰極保護法，讓Mg作正極或陽極．

解答 解：硼鎂泥主要成份是MgO（占40%），還有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質，加入硫酸，MgO、CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃都和硫酸反應，SiO₂不與硫酸反應，次氯酸鈉具有強氧化性，加入的NaClO可與Mn²⁺反應生成MnO₂，把Fe²⁺氧化成Fe³⁺，溶液pH升高，在pH為5-6時Fe³⁺生成Fe（OH）₃沉淀，Al³⁺形成Al（OH）₃沉淀，過濾除去濾渣Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂、SiO₂，濾液中含鈣離子、鎂離子，除鈣后，只剩鎂離子，蒸發冷卻結晶得到硫酸鎂晶體；
（1）為加快反應速率，可以采用升高溫度、適當增大反應物濃度、增大反應物接觸面積等方法，如適當升高溫度、把硼鎂泥粉碎、或攪拌、或適當增加硫酸濃度，
故答案為：適當升溫、把硼鎂泥粉碎、或攪拌、或適當增加硫酸濃度；
（2）次氯酸根離子具有氧化性，亞鐵離子具有還原性，二者發生氧化還原反應生成氯離子、氫氧化鐵沉淀，離子方程式為2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^-+4H⁺，故答案為：2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^-+4H⁺；
（3）濾渣的主要成份除含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂外，還有二氧化硅；
（4）“除鈣”是將MgSO₄和CaSO₄混合溶液中的CaSO₄除去，其操作是蒸發濃縮、趁熱過濾；．“操作I”是將濾液繼續蒸發濃縮，冷卻結晶，過濾洗滌；
（5）實驗中提供的硼鎂泥共100g，m（MgO）=100g×40%=40g，n（Mg）=n（MgO）=$\frac{40g}{40g/mol}$=1mol，根據Mg原子守恒得n（MgSO₄•7H₂O）=n（Mg）=n（MgO）=1mol，m（MgSO₄•7H₂O）=1mol×246g/mol=246g，其產率=$\frac{實際硫酸鎂晶體質量}{理論硫酸鎂晶體質量}×100%$=$\frac{172.2g}{246g}$×100%=70%或0.70，故答案為：70%或0.70；
（6）利用Mg防止Fe被腐蝕，可以采用犧牲陽極的陰極保護法或外加電源的陰極保護法，讓Mg作正極或陽極，
圖為，故答案為：．

點評 本題考查物質分離和提純的綜合應用，為高頻考點，涉及基本操作、除雜、原電池和電解池原理、氧化還原反應、化學反應速率影響因素等知識點，側重考查基本操作及基本理論，明確化學反應原理、物質性質、物質分離提純方法是解本題關鍵，注意題給信息的靈活運用，知道流程圖中發生的反應及基本操作方法，題目難度中等．