Question

1．蛇文石礦可以看作是由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成．由蛇文石制取堿式碳酸鎂的實驗步驟如下：

（1）蛇文石礦加鹽酸溶解后，溶液里除了Mg²⁺外，還含有的金屬離子是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見下表）

氫氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Mg（OH）2
開始沉淀pH	2.7	3.3	9.6

Ca（OH）₂不能過量，若Ca（OH）₂過量會導(dǎo)致Al（OH）₃溶解、生成Mg（OH）₂沉淀．
（3）從沉淀混合物A中提取紅色氧化物做顏料，先向沉淀物A中加入NaOH或Ca（OH）₂（填物質(zhì)的化學(xué)式），然后過濾、洗滌、灼燒（依次填寫實驗操作名稱）．
（4）物質(zhì)循環(huán)使用可節(jié)約能源．上述實驗中，可以循環(huán)使用的物質(zhì)是碳酸鈣或二氧化碳（填寫物質(zhì)的名稱）．
（5）設(shè)計一個實驗，確定產(chǎn)品a MgCO₃•b Mg（OH）₂•cH₂O中的a、b、c的值．將32.8g產(chǎn)品完全分解后，產(chǎn)生13.2g CO₂和16.0g MgO．由此可知，產(chǎn)品的化學(xué)式中a：b：c=3：1：3．（填最簡整數(shù)比）

Answer 1

分析 （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(dāng)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）紅色氧化物為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堿的性質(zhì)；
（4）此過程中CO₂是可以重復(fù)使用的；
（5）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：（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：沉淀混合物為Fe（OH）₃和Al（OH）₃，紅色氧化物是沉淀物Fe（OH）₃分解后得到的Fe₂O₃，所以得先加堿把Al（OH）₃除掉，反應(yīng)為：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，然后過濾洗滌灼燒即可；
故答案為：NaOH或Ca（OH）₂　過濾、洗滌、灼燒；
（4）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：碳酸鈣或二氧化碳；
（5）m（樣品）=32.8g，m（CO₂）=13.2g，m（MgO）=16.0g，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）=32.8g-13.2g-16.0g=3.6g，則n（MgO）═$\frac{16g}{40g/mol}$=0.4mol，n（CO₂）═$\frac{13.2g}{44g/mol}$=0.3mol，n（H₂O）═$\frac{3.6g}{18g/mol}$=0.2mol，得：a：b：c=0.3：（0.4-0.3）：（0.4-0.3+0.2）=3：1：3，
故答案為：3：1：3．

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．