Question

10．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(chǎn)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Fe³⁺、Fe²⁺．
（2）向Ⅰ中加入H₂O₂的作用是將Fe²⁺氧化成Fe³⁺或?qū)�Fe（OH）₂氧化成Fe（OH）₃，有關(guān)離子方程式2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O，加入Ca（OH）₂時(shí)，需要控制溶液pH在7～8之間（有關(guān)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可能導(dǎo)致的后果Al（OH）₃溶解、Mg²⁺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NaOH溶液，然后過濾、洗滌、（干燥）灼燒（填寫實(shí)驗(yàn)操作名稱），即可獲得紅色顏料，實(shí)現(xiàn)廢物的綜合利用．
（4）若產(chǎn)品的化學(xué)式用aMgCO₃•bMg（OH）₂•cH₂O表示，現(xiàn)稱取18.2g產(chǎn)品并使之完全分解，收集到3.36L CO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）和8.0g MgO，通過計(jì)算確定產(chǎn)品的化學(xué)式中：a=3，b=1，c=3．

Answer 1

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(yīng)溶解，而SiO₂和HCl不反應(yīng)，不能溶解；
（2）向Ⅰ中加入H₂O₂，將Fe²⁺氧化成Fe³⁺或?qū)�Fe（OH）₂氧化成Fe（OH）₃，這時(shí)溶液中的Fe³⁺、Al³⁺是雜質(zhì)，但除去Fe³⁺、Al³⁺的過程中一定不能將Mg²⁺損失，為了達(dá)到這個(gè)目的，根據(jù)題中提示應(yīng)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(zhì)即可使上述水解平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，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(dǎo)致生成的Al（OH）₃又發(fā)生反應(yīng)Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O而溶解，同時(shí)Mg²⁺也轉(zhuǎn)化為沉淀而損失；
（3）制純凈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(qiáng)堿的性質(zhì)；
（4）確定產(chǎn)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(zhì)量，結(jié)合元素守恒計(jì)算得到．

解答 解：（1）蛇紋石加鹽酸溶解，MgO、FeO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應(yīng)溶解，反應(yīng)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(yīng)，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(shí)溶液中的Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺是雜質(zhì)，但除去Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺的過程中一定不能將Mg²⁺損失，為了達(dá)到這個(gè)目的，先加入氧化劑，將Fe²⁺氧化成Fe³⁺或?qū)�Fe（OH）₂氧化成Fe（OH）₃，H₂O₂的氧化性＞Fe³⁺的氧化性，向Ⅰ中加入H₂O₂，發(fā)生2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；根據(jù)題中提示應(yīng)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(zhì)即可使上述水解平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，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(dǎo)致生成的Al（OH）₃又發(fā)生反應(yīng)Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O而溶解，同時(shí)Mg²⁺也轉(zhuǎn)化為沉淀而損失；
故答案為：將Fe²⁺氧化成Fe³⁺或?qū)�Fe（OH）₂氧化成Fe（OH）₃；2Fe²⁺+H₂O₂+2H⁺=2Fe³⁺+2H₂O；Al（OH）₃溶解、Mg²⁺沉淀；
（3）制純凈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(qiáng)堿的性質(zhì)．
Al（OH）₃能溶于強(qiáng)堿；故可A中加入氫氧化鈉，氫氧化鋁與氫氧化鈉反應(yīng)生成偏鋁酸鈉，偏鋁酸鈉與二氧化碳反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀和碳酸氫鈉，過濾得到氫氧化鐵沉淀，（干燥）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$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe₂O₃+3H₂O
故答案為：NaOH；（干燥）灼燒；
（4）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 $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$（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(diǎn)評(píng) 本題主要考查元素化合物中金屬鋁、鐵的性質(zhì)，解題時(shí)不僅需熟知物質(zhì)間的反應(yīng)原理，還需靈活運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，題目難度較大．