Question

鹵塊的主要成分是MgCl₂，此外還含Fe³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等離子．以鹵塊為原料可制得輕質氧化鎂，工藝流程如圖：

已知：Fe²⁺氫氧化物呈絮狀，不易從溶液中除去，所以常將它氧化為Fe³⁺，生成Fe（OH）₃沉淀除去．若要求產品盡量不含雜質，請根據表1表2提供的資料，填寫空白：
表1   生成氫氧化物沉淀的pH                 

物質	開始沉淀	沉淀完全
Fe（OH）3	2.7	3.7
Fe（OH）2	7.6	9.6
Mn（OH）2	8.3	9.8
Mg（OH）2	9.6	11.1

表2   化學試劑價格表

試劑	價格（元/噸）
漂液（含NaClO，25.2%）	450
雙氧水（含H2O2，30%）	2400
燒堿（含98% NaOH）	2100
純堿（含99.5% Na2CO3）	600

（1）在步驟②中加入的試劑X，最佳的選擇是

 

，原因是

 

．寫出加入X發(fā)生反應的離子方程式

 

．選擇

 

（試劑）來檢驗Fe²⁺是否完全氧化為Fe³⁺．
（2）在步驟③中控制pH=9.8，其目的是

 

．
（3）試劑Z應該是

 

．
（4）在步驟⑤中發(fā)生反應的化學方程式是

 

．
（5）若在實驗室中完成步驟⑥，則沉淀物必需在儀器A中灼燒．A應放置于儀器B上灼燒，灼燒完畢后應用儀器C取下儀器A置于儀器D上冷卻．則B、C、D分別是

 

、

 

、

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計,物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用

專題：實驗設計題

分析：為除去Fe²⁺，先將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，然后加入NaOH調節(jié)pH為9.8，然后在濾液中加入純堿將Mg²⁺從溶液中以MgCO₃沉淀出來，然后加熱煮沸可得到Mg（OH）₂，灼燒后得到MgO，
（1）依據圖表數據和經濟效益分析加入的試劑X的最佳選擇；次氯酸鈉具有氧化性在酸溶液中氧化 亞鐵離子為鐵離子，據此寫出反應的離子方程式；根據Fe²⁺的溶液與鐵氰化鉀K₃[Fe（CN）₆]溶液反應生成具有特征藍色的鐵氰化亞鐵沉淀解答；
（2）步驟③的目的在于使除Mg²⁺以外的各種雜質金屬離子都生成氫氧化物沉淀，以便通過過濾而除去；
（3）加入試劑Z后生成的沉淀，煮沸后生成沉淀和氣體，則沉淀不可能為氫氧化鎂，據此判斷沉淀Z只能為碳酸鈉；
（4）Z為碳酸鈉，則沉淀B為碳酸鎂，碳酸鎂在加熱條件下水解生成氫氧化鎂和二氧化碳氣體；
（5）步驟⑥為灼燒氫氧化鎂制取氧化鎂，根據實驗室中正確的灼燒操作方法寫出各儀器的名稱．

解答： 解：（1）步驟②是為了將Fe²⁺氧化成Fe³⁺，并在控制合適的pH條件時生成Fe（OH）₃沉淀而除之，雖然漂液和H₂O₂都可采用，但對比表2提供的原料價格可以看出，漂液比H₂O₂的價格低得多，所以選漂液最合理，流程中加入次氯酸鈉在酸性溶液中會氧化亞鐵離子為鐵離子，反應的離子方程式為：2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O；
含Fe²⁺的溶液與鐵氰化鉀K₃[Fe（CN）₆]溶液反應生成具有特征藍色的鐵氰化亞鐵沉淀，離子方程式為：3Fe²⁺+2[Fe（CN）₆]^3-═Fe₃[Fe（CN）₆]₂↓，所以用可用K₃[Fe（CN）₆]溶液檢驗亞鐵離子，
故答案為：漂液；漂液比H₂O₂的價格低得多；2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O；K₃[Fe（CN）₆]溶液；
（2）步驟③的目的在于使除Mg²⁺以外的各種雜質金屬離子都生成氫氧化物沉淀，以便通過過濾而除去，應加入NaOH，如加入純堿，不能達到較高的PH，分析表1提供的數據：除去雜質離子合理的pH范圍是3.7＜pH＜9.8，在此范圍內，如果pH過高，就會有大量的Mg²⁺生成Mg（OH）₂而進入沉淀中，從而導致生產成本的提高；為了兼顧產品質量和生產成本，選擇pH=9.8最合理，當然此時Mg²⁺也會部分生成Mg（OH）₂沉淀，但由于鹵塊價格低廉，這點不可避免的損失還是可以承受的，以此保證產品的純度，
故答案為：使除Mg²⁺以外的各種雜質金屬離子都成為氫氧化物沉淀以便除去；
（3）沉淀物B在水中加熱煮沸可以生成氣體，同時又生成沉淀物Mg（OH）₂，則沉淀物B一定不是Mg（OH）₂，所以加入的Z物質在表2中只能選純堿，
故答案為：純堿；
（4）加入的Z物質為純堿，所以生成的沉淀物B是MgCO3，所以沉淀物MgCO3在煮沸的情況下發(fā)生水解，生成Mg（OH）₂和CO2氣體，反應的化學方程式為：MgCO₃+H₂O 

△   .

Mg（OH）₂↓+CO₂↑，
故答案為：MgCO₃+H₂O 

△   .

Mg（OH）₂↓+CO₂↑；
（5）步驟⑥由氫氧化鎂灼燒制備氧化鎂，應該在耐高溫的坩堝中進行，坩堝應該放在泥三角上，取用泥三角需要使用坩堝鉗，冷卻坩堝時需要放在石棉網上，所以A、B、C、D分別為：坩堝、泥三角、坩堝鉗、石棉網，
故答案為：泥三角；坩堝鉗；石棉網．

點評：本題通過以鹵塊為原料制取輕質氧化鎂的工藝流程，考查了物質制備實驗方案的設計，題目難度中等，注意掌握化學基本實驗操作方法，明確物質制備實驗方案設計原則，本題中合理分析制取流程、得出氧化鎂的制備原理為解題的關鍵，試題綜合性較強、涉及知識點較多，充分考查了學生的分析、理解能力及化學實驗能力．