Question

某種鎂礦石的主要成分是碳酸鎂，還含有較多的脈石（SiO₂）和少量石灰石．圖1所示是利用該鎂礦石制備七水硫酸鎂（MgSO₄•7H₂O）的工藝流程，圖2是CaSO₄和MgSO₄的溶解度曲線．

根據(jù)以上信息回答下列問題：

（1）步驟①可在圖3裝置中進行，儀器A的名稱是　　，硫酸要分批緩慢加入的原因是　防　，礦石要粉碎和反應過程中不斷攪拌的主要目的是　　，碳酸鎂與硫酸反應的化學方程式　　．

（2）沉淀A的成分是SiO₂和少量的　　，

（3）上述流程中多次用到了過濾操作，實驗室過濾時需要用到的玻璃儀器是玻璃棒、燒杯和　　．步驟④趁熱過濾的作用是　　．

（4）步驟⑦的操作名稱是過濾、　　、　　．過濾操作時需將步驟⑥中冷卻結晶后的溶液和晶體轉移到漏斗中，最后器壁上往往還沾有少量晶體，需選用一種液體將器壁上的晶體淋洗并傾入漏斗中，下列液體最合適的是　　

A．冰水　　B．濾液　　　C．稀硫酸　　　D．無水乙醇

（5）步驟⑦中洗滌晶體時，先冰水洗，后用酒精洗，用冰水洗的目的：①除去晶體表面的硫酸等雜質，②　　，用酒精洗的目的是　

（6）步驟⑦不宜采用加熱干燥的方法，可能的原因是　　．

（7）晶體中所含結晶水可通過重量分析法測定，主要步驟有：①稱量，②置于烘箱中脫結晶水，③冷卻，④稱量，⑤重復②～④至恒重，⑥計算．步驟③需要在干燥器中進行，理由是　　；步驟⑤的目的是　　．

　

Answer 1

考點： 制備實驗方案的設計． 

分析： 鎂礦石的主要成分是碳酸鎂，還含有較多的脈石（SiO₂）和少量石灰石，加入硫酸后二氧化硅不反應，而碳酸鎂、碳酸鈣與硫酸反應生成硫酸鈣、硫酸鎂，硫酸鈣為微溶物，則沉淀A中含有二氧化硅和CaSO₄或CaSO₄•2H₂O；濾液中含有硫酸鎂、硫酸和少量硫酸鈣，根據(jù)溫度對硫酸鎂、硫酸鈣的影響可通過蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾的方法出去硫酸鈣，從而得到硫酸鎂溶液；然后對過濾Ⅱ所得濾液進行蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶得到硫酸鎂晶體，再通過⑦過濾、洗滌、干燥獲得七水硫酸鎂（MgSO₄•7H₂O），

（1）根據(jù)A的構造寫出其名稱；該反應中有氣體生成，容易導致反應物溢出；根據(jù)硫酸鈣為微溶物，易包裹在碳酸鎂外邊阻止了反應的進行分析；碳酸鎂與硫酸反應生成硫酸鎂、二氧化碳氣體和水，據(jù)此寫出反應的化學方程式；

（2）根據(jù)分析判斷沉淀A的組成；

（3）根據(jù)過濾操作的方法判斷使用的玻璃儀器；溫度較高時，MgSO₄在溶液中溶解度較大；

（4）獲得的硫酸鎂中混有少量稀硫酸，需要通過洗滌、干燥除去；MgSO₄難溶于乙醇，用乙醇洗滌可以減少MgSO₄的損失；

（5）溫度低可以降低硫酸鎂的損失，且能夠除去硫酸；硫酸鎂不容易乙醇，除去水分可用乙醇；

（6）晶體受熱易分解失去結晶水；

（7）防止晶體吸收空氣中的水分；重復步驟②～④至恒重，保證結晶水完全失去．

解答： 解：鎂礦石的主要成分是碳酸鎂，還含有較多的脈石（SiO₂）和少量石灰石，加入硫酸后二氧化硅不反應，而碳酸鎂、碳酸鈣與硫酸反應生成硫酸鈣、硫酸鎂，硫酸鈣為微溶物，則沉淀A中含有二氧化硅和硫酸鈣；濾液中含有硫酸鎂、硫酸和少量硫酸鈣，根據(jù)溫度對硫酸鎂、硫酸鈣的影響可通過蒸發(fā)濃縮、趁熱過濾的方法出去硫酸鈣，從而得到硫酸鎂溶液；然后對過濾Ⅱ所得濾液進行蒸發(fā)濃縮、冷卻結晶得到硫酸鎂晶體，再通過⑦過濾、洗滌、干燥獲得七水硫酸鎂（MgSO₄•7H₂O），

（1）圖3中A的名稱為三頸燒瓶；硫酸與碳酸鎂、碳酸鈣的反應中有二氧化碳氣體生成，若加入硫酸的量過快，則會導致反應中產(chǎn)生大量泡沫使物料從反應器溢出，所以加入分批緩慢加入硫酸的目的是防止硫酸加入過快導致反應中產(chǎn)生大量泡沫使物料從反應器溢出；

由于反應生成的硫酸鈣包裹在鎂礦石表面會導致反應難以進行，所以礦石要粉碎且反應過程中不斷攪拌；

碳酸鎂與硫酸反應的化學方程式為：MgCO₃+H₂SO₄═MgSO₄+H₂O+CO₂↑，

故答案為：三頸燒瓶；防止硫酸加入過快導致反應中產(chǎn)生大量泡沫使物料從反應器溢出；防止反應生成的硫酸鈣包裹在鎂礦石表面導致反應難以進行；MgCO₃+H₂SO₄═MgSO₄+H₂O+CO₂↑；

（2）硫酸鈣微溶，所以沉淀A為CaSO₄或CaSO₄•2H₂O，

故答案為：CaSO₄或CaSO₄•2H₂O；

（3）根據(jù)過濾操作的方法可知，實驗室過濾時需要用到的玻璃儀器是：玻璃棒、燒杯和漏斗；

溫度較高時，MgSO₄在溶液中溶解度較大，所以趁熱過濾可以防止MgSO₄從溶液中以晶體的形式析出，

故答案為：漏斗；防止MgSO₄•7H₂O晶體析出；

（4）獲得較純的硫酸鎂晶體，需要通過過濾、洗滌、干燥的操作方法完成；

MgSO₄難溶于乙醇，用乙醇沖洗可以減少MgSO₄的損失，而選用冰水、濾液、稀硫酸均能使硫酸鎂因為溶解而損失，

故答案為：洗滌、干燥；D；

（5）步驟⑦中洗滌晶體時，先冰水洗，后用酒精洗，用冰水洗的目的：①除去晶體表面的硫酸等雜質，②溫度低溶解度小，從而降低洗滌過程中MgSO₄•7H₂O的損耗；獲得的硫酸鎂晶體表明中含有多余的水分，硫酸鎂不溶于乙醇，故可用酒精洗洗滌，

故答案為：降低洗滌過程中MgSO₄•7H₂O的損耗；除去晶體表面的水；

（6）MgSO₄•7H₂O受熱易分解失去結晶水轉化為MgSO₄，使得到的硫酸鎂晶體的質量減小，所以不能采用直接加熱法干燥；

故答案為：加熱易使MgSO₄•7H₂O失去結晶水；

（7）晶體易吸水，為防止吸水步驟③需要在干燥器中進行；

步驟⑤重復步驟②～④至恒重，其目的是保證結晶水完全失去，減小測定誤差，

故答案為：防止吸水；檢驗晶體中的結晶水是否已全部失去．

點評： 本題考查了物質的制備、分離提純實驗方案的設計，題目難度較大，注意把握習題中的信息、物質的性質及混合物分離方法為解答的關鍵，試題側重分析與實驗能力、以及計算能力的考查．