Question

8．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的流程如圖1：

已知：某些氫氧化物沉淀的pH如表所示：

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．
（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、CaSO₄．
（4）已知MgSO₄、CaSO₄的溶解度如表：

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%．（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，完成圖2防腐示意圖，并作相應標注和．

Answer 1

分析 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，加入硫酸酸解PH=1，得到溶液硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸錳、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁，加入次氯酸鈉氧化亞鐵離子為鐵離子，沉淀錳離子，過濾后的濾液中利用溶解度隨溫度變化，除去硫酸鈣，得到硫酸鎂溶液，通過蒸發濃縮趁熱過濾得到MgSO₄•7H₂O；
（1）影響反應速率的外界因素通常有溫度和濃度，固體溶解時還可以通過攪拌、粉碎；
（2）次氯酸根離子具有強的氧化性，除能夠氧化二價錳離子生成二氧化錳；因亞鐵離子也具有還原性，能夠被次氯酸鈉氧化，生成的Fe³⁺很容易水解生成Fe（OH）₃；
（3）硼鎂泥主要成份是MgO，還有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質，其中酸溶時只有SiO₂不溶于水，生成的CaSO₄是微溶于水的，經氧化調整溶液pH后，還有Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂不溶物生成，都可以通過過濾進入濾渣；
（4）根據表中溫度對硫酸鎂、硫酸鈣的影響完成，溫度越高，硫酸鈣溶解度越小，濾液蒸發結晶后得到的晶體，可利用過濾得到；
（5）根據硼鎂泥中MgO的質量分數（占40%），計算出生成MgSO₄•7H₂O質量及產率；
（6）金屬的防腐措施有多種，利用電化原理防護的犧牲陽極的陰極保護法和外接電源的陰極保護法．

解答 解：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，加入硫酸酸解PH=1，得到溶液硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸錳、硫酸鐵、硫酸亞鐵、硫酸鋁，加入次氯酸鈉氧化亞鐵離子為鐵離子，沉淀錳離子，過濾后的濾液中利用溶解度隨溫度變化，除去硫酸鈣，得到硫酸鎂溶液，通過蒸發濃縮趁熱過濾得到MgSO₄•7H₂O；
（1）在酸解過程中，可以通過升高溫度、將固體粉碎、適當提高硫酸溶液的濃度并用玻璃棒攪拌等來加快酸解時的化學反應速率，
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）溶液中含有Fe²⁺，具有還原性，可與NaClO發生氧化還原反應，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O，生成的Fe³⁺很容易水解生成Fe（OH）₃的離子方程式為Fe³⁺+3H₂O═Fe（OH）₃+3H⁺，總反應式為2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^-+4H⁺，故答案為：2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^-+4H⁺；
（3）濾渣的成分包括Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂、SiO₂及少量微溶的CaSO₄，則還有SiO₂、CaSO₄，故答案為：SiO₂、CaSO₄；
（4）有溫度對硫酸鎂、硫酸鈣的溶解度影響，溫度越高，硫酸鈣溶解度越小，可以采用蒸發濃縮，趁熱過濾方法除去硫酸鈣，“操作I”是將濾液繼續蒸發濃縮，冷卻結晶，通過過濾洗滌得到MgSO₄•7H₂O，故答案為：趁熱過濾；過濾洗滌；
（5）100g硼鎂泥中氧化鎂的物質的量為=$\frac{100g×40%}{40g/mol}$=1mol，根據鎂原子守恒，生成MgSO₄•7H₂O的物質的量為1mol，質量為246g/mol×1mol=246g，MgSO₄•7H₂O的產率為$\frac{172.2g}{246g}$×100%=70.0%，故答案為：70.0%；
（6）金屬鎂可用于自然水體中鐵件的電化學防腐有二種方式，一是與鐵形成原電池，鎂為負極，另一種是電解池，鐵連接電源的負極，鎂作陽極，具體連接方式為和，
故答案為：和．

點評 本題考查了從硼鎂泥中提取MgSO₄•7H₂O的方法，涉及配制一定物質的量濃度的溶液的儀器選擇、鐵離子檢驗方法、物質分離的方法，產率計算等，側重考查學生分析問題能力，題目難度較大．