Question

蛇紋石礦可以看作由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成．由蛇紋石制取堿式碳酸鎂的實驗步驟如下

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）蛇紋石礦加鹽酸溶解后，溶液里除了Mg²⁺外，還含有的金屬離子是______．
（2）進行Ⅰ操作時，控制溶液pH=7-8（有關氫氧化物沉淀的pH見表）Ca（OH）₂不能過量，若Ca（OH）₂過量可能會導致______溶解、______沉淀．
（3）從沉淀混合物A中提取紅色氧化物作顏料，先向沉淀物A中加入______ （填入物質的化學式），然后______ （依次填寫實驗操作名稱）．
（4）物質循環使用，能節約資源．上述實驗中，可以循環使用的物質是______（填寫物質化學式）．
（5）現設計一個實驗，確定產品aMgCO₃?bMg（OH）₂?cH₂O中a、b、c的值（已知均為正整數），請完善下列實驗步驟（可用試劑：濃硫酸、堿石灰）：①樣品稱量　②高溫分解　③______ ④______　 ⑤稱出MgO的質量．

Answer 1

解：（1）蛇紋石加鹽酸溶解，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應溶解，反應方程式分別為：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O．而SiO₂不與鹽酸反應，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，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，會導致生成的Al（OH）₃發生反應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，反應為：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，然后過濾洗滌灼燒即可，故答案為：NaOH；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，可以循環使用的物質是CaCO₃或CO₂，故答案為：CaCO₃或CO₂；
（5）利用濃硫酸的吸水性測出濃硫酸的增重測出水蒸汽的質量；利用堿石灰吸收CO₂前后的質量差求二氧化碳質量，
故答案為：③測出水蒸汽的質量（或測出濃硫酸的增重）；④測出CO₂的質量（或測出堿石灰的增重）．
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反應溶解，而SiO₂和HCl不反應，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）紅色氧化物為Fe₂O₃，應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；（4）此過程中CO₂是可以重復使用的；
（5）確定產品aMgCO₃?bMg（OH）₂?cH₂O中a、b、c的值，需要測定的數據是①樣品質量；②MgO質量；③生成CO₂的質量（或體積）；④生成水的質量．
點評：本題主要考查了元素化合物中金屬鋁、鐵的性質，解題時不僅需熟知物質間的反應原理，還需靈活運用于實驗的設計．