Question

蛇紋石是一種富鎂硅酸鹽礦物的總稱，因其顏色青綠相間酷似蛇皮而得名．蛇紋石可以看作由MgO、FeO和
Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成．工業(yè)上由蛇紋石制取堿式碳酸鎂產品的流程如下：

（1）蛇紋石加鹽酸溶解后，溶液里除了Mg²⁺、Al³⁺外，還含有的金屬離子是

 

．
（2）向Ⅰ中加入氧化劑的作用是

 

，
加入Ca（OH）₂時，需要控制溶液pH在7～8之間（有關氫氧化物沉淀的pH見下表）．

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

若pH＞8可能會導致

 

溶解、

 

沉淀．
（3）沉淀物A可作為提取紅色顏料的原料，若向沉淀物A中加入

 

，然后過濾、洗滌、

 

（填寫實驗操作名稱），即可獲得紅色顏料，實現(xiàn)廢物的綜合利用．
（4）物質循環(huán)使用，能節(jié)約資源．上述實驗中，可以循環(huán)使用的物質是

 

（填寫物質化學式）．
（5）若產品的化學式用aMgCO₃?bMg（OH）₂?cH₂O表示，現(xiàn)稱取18.2g產品并使之完全分解，收集到3.36L 
CO₂（標準狀況下）和8.0g MgO，通過計算確定產品的化學式中：a=

 

，b=

 

，c=

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計,常見金屬元素的單質及其化合物的綜合應用

專題：

分析：（1）蛇紋石可以看作由MgO、FeO和Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成，蛇紋石加鹽酸溶解后，MgO、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應溶解，而SiO₂和HCl不反應，不能溶解；
（2）這時溶液中的Fe³⁺、Al³⁺是雜質，但除去Fe³⁺、Al³⁺的過程中一定不能將Mg²⁺損失，為了達到這個目的，根據(jù)題中提示應用的原理是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺和Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，只要加入一種能消耗H⁺的物質即可使上述水解平衡向正反應方向移動，除去Fe³⁺、Al³⁺，該方案使用加Ca（OH）₂的方法，但此步加入Ca（OH）₂不能太多，需將溶液的pH控制在7～8；若pH小于7，Al³⁺不能完全沉淀；若pH過高導致生成的Al（OH）₃又發(fā)生反應Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O而溶解，同時Mg²⁺也轉化為沉淀而損失；
（3）制純凈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）此過程中CO₂是可以重復使用的；
（5）確定產品aMgCO₃?bMg（OH）₂?cH₂O中a、b、c的值，依據(jù)需定的數(shù)據(jù)樣品質量，結合元素守恒計算得到；

解答： 解：（1）蛇紋石加鹽酸溶解，MgO、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應溶解，反應方程式分別為：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，F(xiàn)eO+2HCl=FeCl₂+H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O．而SiO₂不與鹽酸反應，以沉淀的形式除去，故溶液里除了Mg²⁺、Al³⁺外，還含有的金屬離子是Fe³⁺、Fe²⁺；
故答案為：Fe³⁺、Fe²⁺；
（2）這時溶液中的Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺是雜質，但除去Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺的過程中一定不能將Mg²⁺損失，為了達到這個目的，先加入氧化劑，將Fe²⁺氧化成Fe³⁺或將Fe（OH）₂氧化成Fe（OH）₃，根據(jù)題中提示應用的原理是Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺和Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，只要加入一種能消耗H⁺的物質即可使上述水解平衡向正反應方向移動，除去Fe³⁺、Al³⁺，該方案使用加Ca（OH）₂的方法，但此步加入Ca（OH）₂不能太多，需將溶液的pH控制在7～8；若pH小于7，Al³⁺不能完全沉淀；若pH過高導致生成的Al（OH）₃又發(fā)生反應Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O而溶解，同時Mg²⁺也轉化為沉淀而損失；
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺或將Fe（OH）₂氧化成Fe（OH）₃；Al（OH）₃；Mg²⁺；
（3）制純凈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．
Al（OH）₃能溶于強堿；故可A中加入氫氧化鈉，氫氧化鋁與氫氧化鈉反應生成偏鋁酸鈉，偏鋁酸鈉與二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，過濾得到氫氧化鐵沉淀，灼燒氫氧化鐵沉淀得到氧化鐵；離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；2Fe（OH）3

△   .

Fe₂O₃+3H₂O
故答案為：NaOH溶液；灼燒；
（4）依據(jù)流程分析，反應過程中參加費用，最后有生成可以循化使用，所以此過程中CO₂是可以重復使用的；
故答案為：CO₂；
（5）m（樣品）=18.2g，m（CO₂）=6.6g，m（MgO）=8.0g，堿式碳酸鎂分解：aMgCO₃?bMg（OH）₂?cH₂O

高溫  .

（a+b）MgO+aCO₂↑+（b+c）H₂O↑，
根據(jù)質量守恒得：m（H₂O）=18.2g-6.6g-8.0g=3.6g，
則m（MgO）═0.2mol，
n（CO₂）═0.15mol，
n（H₂O）═0.2mol，
得：a：b：c=0.15：0.05：0.15=3：1：3，
故答案為：3；1；3．

點評：本題主要考查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，難度較大．