Question

1．蛇紋石礦由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成．由蛇紋石制取堿式碳酸鎂實驗步驟如下：

已知：

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

（1）蛇紋石加鹽酸溶解后，溶液里除了Mg²⁺外，還含有的陽離子有Fe³⁺、Al³⁺．
（2）進行Ⅰ操作時，控制溶液pH=7～8（有關(guān)氫氧化物沉淀的pH見上表），Ca（OH）₂不能過量，若Ca（OH）₂過量可能會導(dǎo)致Al（OH）₃溶解、Mg（OH）₂沉淀．
（3）物質(zhì)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(zhì)是CaCO₃或CO₂．
（4）高溫煅燒堿式碳酸鎂aMgCO₃•bMg（OH）₂•cH₂O得到MgO．取堿式碳酸鎂4.66g，高溫煅燒至恒重，得到固體2.00g和標準狀況下CO₂ 0.896L，通過計算確定堿式碳酸鎂的化學(xué)式為4MgCO₃•Mg（OH）₂•4H₂O．（寫出計算過程，否則不得分）

Answer 1

分析 蛇紋石礦可以看作由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成，酸溶過濾得到濾液中為Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，加入氫氧化鈣沉淀得到氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀A，濾液中通入二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀B和碳酸氫鈣，加入氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣循環(huán)利用，溶液中得到碳酸氫鎂溶液，熱解得到堿式碳酸鎂，
（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）此過程中CO₂是可以重復(fù)使用的；
（4）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：蛇紋石礦可以看作由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成，酸溶過濾得到濾液中為Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，加入氫氧化鈣沉淀得到氫氧化鋁、氫氧化鐵沉淀A，濾液中通入二氧化碳生成氫氧化鋁沉淀B和碳酸氫鈣，加入氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣循環(huán)利用，溶液中得到碳酸氫鎂溶液，熱解得到堿式碳酸鎂，
（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：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：CaCO₃或CO₂；
（4）m（樣品）=4.66g，m（CO₂）=$\frac{0.896L}{22.4L/mol}$×44g/mol=1.76g，m（MgO）=2.0g，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）=4.66g-1.76g-2.0g=0.9g，則n（MgO）═$\frac{2.0}{40}$mol=0.05mol，n（CO₂）═0.04mol，n（H₂O）═0.05mol，所以n（MgCO₃）═0.04mol，n（Mg（OH）₂）=0.05mol-0.04mol=0.01mol，n（H₂O）=0.05mol-0.01mol=0.04mol，所以a：b：c=4：1：4，化學(xué)式為4MgCO₃•Mg（OH）₂•4H₂O，
故答案為：4MgCO₃•Mg（OH）₂•4H₂O．

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，題目難度中等．