Question

16．MgSO₄•7H₂O是一種重要的化工原料．某研究性學習小組設計了利用菱鎂礦石（主要成分是MgCO₃，并含有MnC
O₃、SiO₂雜質）制取MgSO₄•7H₂O的實驗，流程如下．

（1）第①步研磨的目的是使溶解充分并加快溶解速率，所得濾液主要含MgSO₄，MnSO₄等溶質；濾渣在生產生活中有廣泛應用，例如光導纖維（任寫一種）
（2）第②步反應的離子方程式為Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂↓+Cl^-+2H⁺．
（3）第③步濃縮結晶后，要經過過濾、洗滌、干燥等步驟才可得到MgSO₄•7H₂O，洗滌MgSO₄•7H₂O晶體時用冰水洗滌，其原因是洗減少MgSO₄•7H₂O的溶解，提高產率．
（4）若制得MgSO₄•7H₂O質量為82.00g，測得MnO₂質量為1.74g，且測得第①步濾渣質量為4.70g，忽略各物質在溶液中的溶解損失，可計算出菱鎂礦石中MnCO₃的質量分數為80%．

Answer 1

分析 菱鎂礦石（主要成分是MgCO₃，并含有MnCO₃，SiO₂雜質）研碎加稀硫酸，SiO₂不反應，MgCO₃，MnCO₃反應生成二氧化碳氣體，MgSO₄、MnSO₄溶液，向濾液中加NaClO，Mn²⁺被氧化為+4價，變成MnO₂沉淀，溶液中含有MgSO₄和少量NaCl，濃縮結晶、過濾洗滌，得MgSO₄•7H₂O晶體；
（1）菱鎂礦石研碎的目的是使菱鎂礦石變成粉狀，加稀硫酸溶解時反應速率快，MgCO₃和MnCO₃與稀硫酸反應生成MgSO₄、MnSO₄；濾渣二氧化硅在生產生活中有廣泛應用制玻璃和光導纖維；
（2）第②步反應為向含有MgSO₄、MnSO₄的溶液中加NaClO，Mn²⁺有還原性，ClO^-有氧化性，Mn²⁺被氧化為+4價，變成MnO₂沉淀，ClO^-被還原成Cl^-，然后缺項配平；
（3）從溶液中制取固體的方法是：蒸發(fā)濃縮→冷卻結晶→過濾→洗滌；減少MgSO₄•7H₂O的溶解；
（4）菱鎂礦石（主要成分是MgCO₃，并含有MnCO₃，SiO₂雜質）中的元素最終存在形式：MgCO₃變?yōu)?2.00gMgSO₄•7H₂O，MnCO₃變?yōu)?.74gMnO₂，SiO₂雜質在第①步以濾渣形式存在，質量為4.70克，m（菱鎂礦）=m（MgCO₃）+m（MnCO₃）+m（不溶物）=28.00g+2.30g+4.70g=35.00g，菱鎂礦石中MgCO₃的質量分數=$\frac{m（MgC{O}_{3}）}{m（菱鎂礦）}$×100%=$\frac{28.00g}{35.00g}$×100%=80%．

解答 解：菱鎂礦石（主要成分是MgCO₃，并含有MnCO₃，SiO₂雜質）研碎加稀硫酸，SiO₂不反應，MgCO₃，MnCO₃反應生成二氧化碳氣體，MgSO₄、MnSO₄溶液，向濾液中加NaClO，Mn²⁺被氧化為+4價，變成MnO₂沉淀，溶液中含有MgSO₄和少量NaCl，濃縮結晶、過濾洗滌，得MgSO₄•7H₂O晶體；
（1）菱鎂礦石研碎的目的是使菱鎂礦石變成粉狀，加稀硫酸溶解時反應速率快，發(fā)生反應：MgCO₃+H₂SO₄=MgSO₄+H₂O+CO₂↑；MnCO₃+H₂SO₄=MnSO₄+H₂O+CO₂↑，SiO₂雜質不和稀硫酸反應，故濾液中含有MgSO₄，MnSO₄；濾渣二氧化硅在生產生活中有廣泛應用制玻璃和光導纖維，
故答案為：使溶解充分并加快溶解速率；MgSO₄、MnSO₄；光導纖維
（2）第②步反應為向含有MgSO₄、MnSO₄的溶液中加NaClO，Mn²⁺有還原性，ClO^-有氧化性，Mn²⁺被氧化為+4價，變成MnO₂沉淀，ClO^-被還原成Cl^-，根據氧化還原反應得失電子相等知，Mn²⁺和ClO^-的系數之比為1：1，該溶液為酸性溶液，故反應中不出現OH^-；
故答案為：Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂↓+Cl^-+2H⁺；
（3）從溶液中制取固體的方法是：蒸發(fā)濃縮→冷卻結晶→過濾→洗滌；減少MgSO₄•7H₂O的溶解，提高產率，故答案為：過濾；減少MgSO₄•7H₂O的溶解，提高產率；
（4）由原子守恒知生成1molMgSO₄•7H₂O，消耗1molMgCO₃，即n（MgCO₃）=n（MgSO₄•7H₂O），m（MgCO₃）=$\frac{82.00g}{246g/mol}$×84g/mol=28.00g；
同理：n（MnCO₃）=n（MnO₂），m（MnCO₃）=$\frac{1.74g}{87g/mol}$×115g/mol=2.30g，菱鎂礦石的質量為：m（菱鎂礦）=m（MgCO₃）+m（MnCO₃）+m（不溶物）=28.00g+2.30g+4.70g=35.00g，菱鎂礦石中MgCO₃的質量分數=$\frac{m（MgC{O}_{3}）}{m（菱鎂礦）}$×100%=$\frac{28.00g}{35.00g}$×100%=80%；
故答案為：80%．

點評 本題考查了物質分離的實驗設計和方法應用，主要是利用氧化還原反應除去雜質Mn2+，得到較純凈的MgSO₄溶液來制備MgSO₄•7H₂O晶體，同時考查了物質分離方法，題目難度中等．