Question

硫酸渣是用黃鐵礦制造硫酸過程中排出的廢渣，主要化學成分為SiO₂約45%，Fe₂O₃，Al約10%，MgO約5%．日前我國已經在技術上取得突破-從硫酸渣中分離出各種成分并加以利用．其流程和相關數據如下：

查資料得知：

物質名稱	溶度積（Ksp）	PH值
		開始沉淀	完全沉淀
Mg（OH）2	5.6×10-12	9.3	10.8
Fe（OH）3	2.8×10-16	2.7	3.7
Al（OH）3	1.3×10-33	3.7	4.7

請回答下列問題：
（1）寫出固體A的化學式為

 

．
（2）若要測定溶液的pH是否達到0.7，下列實驗用品中可選用的是

 

．
A．石蕊試液   B．廣泛pH試紙   C．精密pH試紙   D．pH計
（3）完成下列離子反應方程式①溶液D生成固體E

 

；②溶液F生成固體G

 

．
（4）要將固體C、固體E和固體G都轉化為相應的穩(wěn)定氧化物，需進行的實驗操作為

 

．
（5）若不考慮溶液體積的變化，請計算溶液H中c（Mg²⁺）=

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質

專題：實驗設計題

分析：根據硫酸渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當向硫酸渣中加過量鹽酸時，二氧化硅和鹽酸不反應，所以固體A是二氧化硅，氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂和鹽酸反應，所以溶液B的溶質是氯化鎂、氯化鐵、氯化鋁、鹽酸（過量）；向溶液B中加試劑①并調節(jié)溶液的pH值為3.7，結合題意溶液pH=3.7時Fe³⁺已經沉淀完全知，試劑①是能和氯化鐵反應生成沉淀的物質且和鋁離子反應沒有沉淀生成，所以試劑①只能是強堿溶液，固體C是氫氧化鐵；向溶液D中加入試劑①并調節(jié)溶液的pH值為13，溶液呈強堿性溶液，鋁元素在溶液中以偏鋁酸根離子存在，鎂離子和氫氧根離子生成氫氧化鎂沉淀，所以固體E是氫氧化鎂；溶液F的溶質含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過量二氧化碳氣體，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀，所以G是氫氧化鋁，
（1）固體A是二氧化硅；
（2）根據pH值精確到小數點后一位；     
（3）根據反應物和生成物書寫；
（4）根據難溶性堿加熱分解；
（5）根據氫氧化鎂Ksp=5.6×10^-12來計算．

解答： 解：根據硫酸渣的成分為SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO，當向硫酸渣中加過量鹽酸時，二氧化硅和鹽酸不反應，所以固體A是二氧化硅，氧化鐵、氧化鋁、氧化鎂和鹽酸反應，所以溶液B的溶質是氯化鎂、氯化鐵、氯化鋁、鹽酸（過量）；向溶液B中加試劑①并調節(jié)溶液的pH值為3.7，結合題意溶液pH=3.7時Fe³⁺已經沉淀完全知，試劑①是能和氯化鐵反應生成沉淀的物質且和鋁離子反應沒有沉淀生成，所以試劑①只能是強堿溶液，固體C是氫氧化鐵；向溶液D中加入試劑①并調節(jié)溶液的pH值為13，溶液呈強堿性溶液，鋁元素在溶液中以偏鋁酸根離子存在，鎂離子和氫氧根離子生成氫氧化鎂沉淀，所以固體E是氫氧化鎂；溶液F的溶質含有偏鋁酸鈉和氯化鈉，向F溶液中通入過量二氧化碳氣體，偏鋁酸鈉和二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀，所以G是氫氧化鋁，
（1）固體A是二氧化硅，故答案為：SiO₂；
（2）因PH值精確到小數點后一位，而石蕊試液測得的PH值在一個范圍內，廣泛pH試紙測得的PH值是一個整數，精密pH試紙、pH計均可準確到小數點后一位，
故答案為：CD；          
（3）溶液D生成固體E固體、溶液F生成固體G氫氧化鋁的離子方程式分別為：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）固體C是氫氧化鐵，固體E是氫氧化鎂，固體G是氫氧化鋁，加熱均可分解得到對應的氧化物，故答案為：加熱或高溫灼燒； 
（5）因溶液的PH值為13，c（OH^-）=10^-1mol?L^-1，Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=c（Mg²⁺）×10^-2=5.6×10^-12，所以c（Mg²⁺）=5.6×10^-10 mol?L^-1，
故答案為：5.6×10^-10 mol?L^-1．

點評：本題考查了物質的分離、提純的方法選擇及應用，實驗方案設計和評價，題目難度較大，明確各物質的性質是解本題的關鍵，本題注意關系式法的利用．