Question

蛇紋石礦可以看作由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SO₂組成，由蛇紋石制取堿式碳酸鎂的實驗步驟如圖1：

（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

 

．
（2）進行I操作時，控制溶液的pH=7.8（有關(guān)氫氧化物沉淀的pH見下表），Ca（OH）₂不能過量，若Ca（OH）₂過量可能會導(dǎo)致

 

溶解，產(chǎn)生

 

沉淀．

氫氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Mg（OH）2
開始沉淀pH	1.9	3.3	9.4
沉淀完全時PH	3.2	5.4	12.4

（3）從沉淀混合物A中提取紅色氧化物作為顏料，先向沉淀物A中加入（填所加物質(zhì)的化學(xué)式），然后

 

、

 

、灼燒（填實驗操作名稱）．灼燒操作需在

 

中進行（填寫儀器名稱），上述實驗中，可以循環(huán)利用的物質(zhì)是

 

（填化學(xué)式）．
（4）現(xiàn)設(shè)計實驗，確定產(chǎn)品aMgCO₃?bMg（OH）₂?cH₂O中a、b、c的值，請寫出下列實驗步驟中所需要測定的項目（可用試劑：濃硫酸、堿石灰、氫氧化鈉溶液、澄清石灰水）：①樣品稱量，②高溫分解，③測出水蒸氣的質(zhì)量，④

 

，⑤稱量MgO的質(zhì)量．
（5）從下列儀器圖2中（裝有必要的試劑）中選擇完成上述實驗所必需的儀器，連接一套裝置

 

（選擇儀器代號，可重復(fù)使用，用“A→B→…→”表示）
（6）18.2g產(chǎn)品完全分解后．產(chǎn)生6.6gCO₂和8．OgMgO，由此可知，產(chǎn)品的化學(xué)式中    a=

 

，b=

 

，c=

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：（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(yīng)溶解，而SiO₂和HCl不反應(yīng)，不能溶解；
（2）當(dāng)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(yīng)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(zhì)；此過程中CO₂是可以重復(fù)使用的；
（4）利用濃硫酸的吸水性干燥，再稱量堿石灰吸收CO₂前后的質(zhì)量；
（5）加熱用A，吸收水蒸氣用濃硫酸，用堿石灰吸收二氧化碳；
（6）確定產(chǎn)品aMgCO₃?bMg（OH）₂?cH₂O中a、b、c的值，需要測定的數(shù)據(jù)是①樣品質(zhì)量；②MgO質(zhì)量；③生成CO₂的質(zhì)量（或體積）；④生成水的質(zhì)量．

解答： 解：（1）蛇紋石加鹽酸溶解，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應(yīng)溶解，反應(yīng)方程式分別為：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O．而SiO₂不與鹽酸反應(yīng)，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(zhì)，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(yīng)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(dǎo)致生成的Al（OH）₃發(fā)生反應(yīng)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(zhuǎn)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(yīng)為：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，然后過濾洗滌灼燒即可；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(huán)使用的物質(zhì)是CaCO₃或CO₂．
故答案為：NaOH或Ca（OH）₂；過濾；洗滌；坩堝；CO₂；
（4）利用堿石灰吸收CO₂前后的質(zhì)量差求二氧化碳質(zhì)量，故答案為：測出二氧化碳的質(zhì)量；
（5）加熱用A，吸收水蒸氣用濃硫酸，用堿石灰吸收二氧化碳，第二個堿石灰可防止空氣中的二氧化碳和水進入裝置，故答案為：A→C→D→D；
（6）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

電解  .

（a+b）MgO+aCO₂↑+（b+c）H₂O↑，根據(jù)質(zhì)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：本題主要考查了元素化合物中金屬鋁、鐵的性質(zhì)，解題時不僅需熟知物質(zhì)間的反應(yīng)原理，還需靈活運用于實驗的設(shè)計，難度中等．