Question

【題目】鎂在工業、醫療等領域均有重要用途。某化學興趣小組利用硼砂工廠的固體廢棄物(主要含有MgCO3、MgSiO3、Al2O3和Fe2O3等)，設計了如下回收鎂的工藝流程：

(1)酸浸前，將固體廢棄物研磨的目的是___________________________________。為達到目的，還可以采取的措施是_________________________________________________(任寫一條)。

(2)酸浸時，生成濾渣1的離子方程式為__________________________________。

(3)第一次調節pH的目的是_____________________________。當加入氨水使Al3+開始沉淀時，溶液中c(Fe3+)/c(Al3+)為__________________。已知：Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33，Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11。

(4)設計簡單方案分離濾渣2中的成分，簡述實驗過程：________________________________。

(5)濾液3中可回收利用的物質主要是__________(寫化學式)，其陽離子的電子式為________。

(6)寫出工業上從濾渣3中獲得鎂錠的所有反應的化學方程式：_________________________。

Answer 1

【答案】加快浸出速率，提高浸取率 提高反應溫度或適當增加硫酸濃度(或其他合理答案) MgSiO3+2H+=Mg2++H2SiO3 使Fe3+、Al3+沉淀 4.0×10-5 溶于適量氫氧化鈉溶液，過濾得Fe(OH)3；向濾液中通入過量CO2，過濾得Al(OH)3 (NH4)2SO4 Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O、MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑

【解析】

本題考查常見金屬元素Mg、Al、Fe及其化合物主要性質，以及Al(OH)3兩性等知識，難溶電解質的溶解平衡的本質。

（1）增大固體的表面積可加快反應速率，提高浸取率，除此之外還可以升高溫度、增大硫酸的濃度等；

（2）因MgCO3、MgSiO3、Al2O3、Fe2O3能與硫酸反應，生成了MgSO4、Al2(SO4)2和Fe2(SO4)3，其中H2SiO3形成濾渣；酸浸時，生成濾渣I的離子方程式為MgSiO3+2H+=Mg2++H2SiO3；

（3）濾液I中含有MgSO4、Al2(SO4)2和Fe2(SO4)3，根據陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH，在調節pH至5.5時，Fe3＋和Al3＋已經完全沉淀，濾渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3，第一次調節pH的目的是使Fe3+、Al3+沉淀從而分離出來；當加入氨水使Al3+開始沉淀時，溶液中c（Fe3+）/c（Al3+）= Ksp[Fe(OH)3]/Ksp[Al(OH)3]= 4×10-38/1×10-33=4.0×10-5；

（4）設計簡單方案分離濾渣2，濾渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3，利用Al(OH)3具有兩性，分離操作：溶于適量氫氧化鈉溶液，過濾得Fe（OH）3；向濾液中通入過量CO2，過濾得Al（OH）3；

（5）上述過濾后濾液中陰離子主要是SO42－，加入NH3·H2O后在調節pH至12.5時Mg2＋完全沉淀，溶質主要成分是(NH4)2SO4，其陽離子的電子式為；

（6）濾渣3為Mg(OH)2，工業上從濾渣3生產鎂錠的反應：Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O、MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑。