Question

【題目】Ⅰ.高純度氫氧化鎂廣泛應用于醫藥、電力等領域。鎂硅酸鹽礦石可用于生產氫氧化鎂，簡要工藝流程如圖所示：

已知：

①溶液Ⅰ中除含Mg2+、SO42外，還含有少量Fe3+、Al3+、Fe2+等離子；

②常溫下，幾種金屬離子開始沉淀和沉淀完全時的pH如下表所示：

金屬離子	Fe3+	Al3+	Fe2+	Mg2+
開始沉淀時的pH	1.5	3.3	6.5	9.4
沉淀完全時的pH	3.7	5.2	9.7	12.4

請回答下列問題：

（1）鎂在元素周期表中的位置_______________；

（2）向溶液Ⅱ中加入試劑X是_____________，作用是_________________________；

（3）流程中不加H2O2引起的后果是___________________________________；

（4）說出母液的一種用途___________________；

（5）加入H2O2溶液發生反應的離子方程式是___________________；

Ⅱ.海水中含有豐富的鎂資源。某同學設計了從模擬海水中制備MgO的實驗方案：

模擬海水中的離子濃度/ （mol/L）	Na+	Mg2+	Ca2+	Cl－	HCO3－
	0.439	0.050	0.011	0.560	0.001

注：溶液中某種離子的濃度小于1.0×10－5 mol/L，可認為該離子不存在；實驗過程中，假設溶液體積不變。

已知：Ksp(CaCO3)＝4.96×10－9；Ksp(MgCO3)＝6.82×10－6；Ksp [Ca(OH)2]＝4.68×10－6；Ksp [Mg(OH)2]＝5.61×10－12。請回答下列問題：

（6）沉淀物X為_____________；

（7）濾液N中Ca2＋濃度為_______________；

（8）加NaOH固體調整pH=12.5是否可行______（填“是”“否”）；原因是________。

Answer 1

【答案】⑴ 第三周期第ⅡA族

⑵MgO或MgCO3、Mg(OH)2 既調節溶液的pH又不引入雜質

⑶直接調pH小于9.4，Fe2+離子沉淀不完全，調pH大于9.7會使Mg2+損失

⑷化肥

⑸2Fe2++2H2O2+2H+=2Fe3++2H2O

⑹CaCO3

⑺0.01mol/L

⑻否 如果pH調制12.5會使氫氧化鈣沉淀，會使產品不純

【解析】Ⅰ.溶液Ⅰ中除MgSO4外，還含有少量Fe3+、Al3+、Fe2+等離子，根據題中提供的各種金屬離子沉淀的pH值可知，加入雙氧水可以將亞鐵離子氧化成鐵離子，再加入試劑X主要作用是調節溶液pH值，使鐵離子沉淀，可以加氧化鎂或氫氧化鎂等，過濾后在濾液中加入氨水使溶液中鎂離子沉淀，得氫氧化鎂沉淀，由于要通過使鐵離子沉淀的方法除去鐵，所以要先氧化再沉淀；

（1）Mg的原子序數為12，原子核外有3個電子層，最外層電子數為2，則位于周期表第三周期ⅡA族；

（2）根據上面的分析可知，向溶液Ⅱ中加入X時不能引入新的雜質，同時要能與H+反應，則可加入 MgO或MgCO3、Mg(OH)2 ；X的作用是調節溶液pH又不引入雜質；

（3）流程中H2O2的作用是氧化Fe2+，便于與Mg2+分離，如不加H2O2引起的后果是直接調pH小于9.4，Fe2+離子沉淀不完全，調pH大于9.7會使Mg2+損失；

（4）母液中含有的溶質主要是(NH4)2SO4，可用作化肥；

（5）根據上面的分析可知，加入H2O2溶液反應的離子方程式是2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；

Ⅱ.步驟①，加入0.001mol NaOH時，OH- 恰好與HCO3-完全反應，生成0.001molCO32-．由于Ksp（CaCO3）＜＜Ksp（MgCO3），生成的CO32-與水中的Ca2+反應生成CaCO3 沉淀，濾液M中同時存在著Ca2+和Mg2+；步驟②，當濾液M中加入NaOH 固體，調至pH=11時，此時濾液中c（OH-）=1×10-3 molL-1，根據溶度積可判斷無Ca（OH）2生成，有Mg（OH）2沉淀生成；

（6）有分析可知沉淀物X為CaCO3；

（7）步驟②，當濾液M中加入NaOH 固體，調至pH=11（即pOH=3）時，此時濾液中c（OH-）=1×10-3 molL-1，則Q[Ca（OH）2]=c（Ca2+）×（10-3）2=0.010×（10-3）2=10-8＜Ksp[Ca（OH）2]，無Ca（OH）2生成；Q[Mg（OH）2]=c（Mg2+）×（10-3）2=0.050×（10-3）2=5×10-8＞Ksp[Mg（OH）2]，有Mg（OH）2沉淀生成；又由于Ksp[Mg（OH）2]=c（Mg2+）×（10-3）2=5.6×10-12，c（Mg2+）=5.6×10-6＜10-5，無剩余，濾液N中不存在Mg2+，存在Ca2+，c（Ca2+）=0.01mol/L；

（8） 如果pH調制12.5會使氫氧化鈣沉淀，會使產品不純，故不可直接加NaOH固體調整pH=12.5。