Question

5．鹽泥是氯堿工業(yè)中的廢渣，主要成分是鎂的硅酸鹽和碳酸鹽（含少量鐵、鋁、鈣的鹽）．實驗室以鹽泥為原料制取MgSO₄•7H₂O的實驗過程如下：

已知：①室溫下K_sp[Mg（OH）₂]=6.0×10^-12．②在溶液中，F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺、Al³⁺從開始沉淀到沉淀完全的pH范圍依次為7.1～9.6、2.0～3.7、3.1～4.7．③三種化合物的溶解度（S）隨溫度變化的曲線如圖所示．

（1）在鹽泥中加入稀硫酸調pH為1～2以及煮沸的目的是為了提高Mg²⁺的浸取率．
（2）若室溫下的溶液中Mg²⁺的濃度為6.0mol•L^-1，則溶液pH≥8才可能產生Mg（OH）₂沉淀．
（3）由濾液Ⅰ到濾液Ⅱ需先加入NaClO調溶液pH約為5，再趁熱過濾，則趁熱過濾的目的是高溫下CaSO₄•2H₂O溶解度小，濾渣的主要成分是Al（OH）₃、Fe（OH）₃、CaSO₄•2H₂O．
（4）從濾液Ⅱ中獲得MgSO₄•7H₂O晶體的實驗步驟依次為①向濾液Ⅱ中加入NaOH溶液；②過濾，得沉淀；③向沉淀中加足量稀硫酸；④蒸發(fā)濃縮，降溫結晶；⑤過濾、洗滌得產品．
（5）若獲得的MgSO₄•7H₂O的質量為24.6g，則該鹽泥中鎂[以Mg（OH）₂計]的百分含量約為20.0%（MgSO₄•7H₂O的相對分子質量為246）．

Answer 1

分析 鹽泥主要成分是鎂的硅酸鹽和碳酸鹽（含少量鐵、鋁、鈣的鹽），加入稀硫酸條件pH，硅酸鹽生成硅酸沉淀，碳酸鹽生成二氧化碳氣體和陽離子，過濾除去難溶性物質，濾液Ⅰ中含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、H⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等陽離子，濾液Ⅰ到濾液Ⅱ需除去Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、H⁺、Ca²⁺．
（1）加入稀硫酸調pH為1～2以及煮沸是為了獲得硫酸鎂；
（2）根據(jù)氫氧化鎂的Ksp=c（Mg²⁺）•c²（OH^-）計算c（OH^-），再計算溶液pH；
（3）加入NaClO將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，調溶液pH約為5，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺轉化為沉淀，高溫下CaSO₄•2H₂O溶解度小，會析出晶體，過濾除去；
（4）濾液Ⅱ中含有NaCl、硫酸鎂，將鎂離子轉化為氫氧化鎂沉淀，過濾分離，再用硫酸溶解氫氧化鎂，將溶液蒸發(fā)濃縮、降溫結晶、過濾、洗滌得硫酸鎂晶體；
（5）根據(jù)鎂元素守恒結合關系式：MgSO₄•7H₂O～Mg（OH）₂進行計算．

解答 解：鹽泥主要成分是鎂的硅酸鹽和碳酸鹽（含少量鐵、鋁、鈣的鹽），加入稀硫酸條件pH，硅酸鹽生成硅酸沉淀，碳酸鹽生成二氧化碳氣體和陽離子，過濾除去難溶性物質，濾液Ⅰ中含F(xiàn)e²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、H⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等陽離子，濾液Ⅰ到濾液Ⅱ需除去Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、H⁺、Ca²⁺．
（1）在鹽泥中加入稀硫酸調pH為1～2并煮沸的目的是為了：提高Mg²⁺的浸取率，
故答案為：為了提高Mg²⁺的浸取率；
（2）K_sp[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）•c²（OH^-）=6.0×10^-12，溶液中Mg²⁺的濃度為6.0mol•L^-1，則溶液中c（OH^-）=$\sqrt{\frac{6.0×1{0}^{-12}}{6}}$mol/L=10^-6mol/L，所以氫離子濃度為$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-6}}$=10^-8mol/L，則pH=-lg10^-8=8，
故答案為：8；
（3）加入NaClO將Fe²⁺氧化為Fe³⁺，調溶液pH約為5，F(xiàn)e³⁺、Al³⁺轉化為沉淀，高溫下CaSO₄•2H₂O溶解度小，會析出晶體，過濾除去，所得到的濾渣主要成分是：Al（OH）₃、Fe（OH）₃、CaSO₄•2H₂O，
故答案為：高溫下CaSO₄•2H₂O溶解度小；Al（OH）₃、Fe（OH）₃、CaSO₄•2H₂O；
（4）濾液Ⅱ中含有NaCl、硫酸鎂，加入氫氧化鈉溶液將鎂離子轉化為氫氧化鎂沉淀，過濾分離，再加入足量的稀硫酸溶解氫氧化鎂，將溶液蒸發(fā)濃縮、降溫結晶、過濾、洗滌得硫酸鎂晶體，
故答案為：NaOH溶液；向沉淀中加足量稀硫酸；
（5）設該鹽泥中含Mg（OH）₂的質量為x，MgSO₄•7H₂O質量為24.6克，
MgSO₄•7H₂O～Mg（OH）₂
246         58
24.6g        x
所以x=$\frac{24.6g×58}{246}$=5.8g
故該鹽泥中含Mg（OH）₂的百分含量為$\frac{5.8g}{29g}$×100%=20.0%，
故答案為：20.0%．

點評 本題考查物質的制備，涉及物質的分離和提純、條件的控制、物質含量測定，注意根據(jù)問題理解工藝流程，較好的考查學生分析和解決問題的能力，題目綜合性強，難度中等．