Question

硼鎂泥是一種工業廢料，主要成份是MgO（占40%），還有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等雜質。以硼鎂泥為原料制取的硫酸鎂，可用于印染、造紙、醫藥等工業。從硼鎂泥中提取MgSO₄·7H₂O的流程如下：

根據題意回答下列問題：
（1）在酸解過程中，想加快酸解速率，請提出兩種可行的措施__________、______________。
（2）濾渣的主要成份除含有Fe(OH)₃、Al(OH)₃、MnO₂外，還有              。
（3）加入的NaClO可與Mn²⁺反應產生MnO₂沉淀，該反應的離子方程式是                     。在調節pH、發生水解之前，還有一種離子也會被NaClO氧化，該反應的離子方程式為               。
（4）如何檢驗濾液中Fe³⁺是否被除盡，簡述檢驗操作                                                                                。
（5）已知MgSO₄、CaSO₄的溶解度如下表：

溫度（℃）	40	50	60	70
MgSO4	30.9	33.4	35.6	36.9
CaSO4	0.210	0.207	0.201	0.193

 
“除鈣”是將MgSO₄和CaSO₄混合溶液中的CaSO₄除去，根據上表數據，簡要說明除鈣的操作步驟                  、                   。
（6）現有l．60 t硼鎂泥，生產MgSO₄·7H₂O，若生產過程的產率為50％，則能生產出MgSO₄·7H₂O產品      t (計算結果保留三位有效數字)。(H:1  O:16  Mg:24  S:32)

Answer 1

（1）升溫、把硼鎂泥粉碎、攪拌等（2分） （2）SiO₂（2分）
（3）Mn²⁺ + ClO^- + H₂O ==  MnO₂↓ + 2H⁺ + Cl^-（2分） 2Fe²⁺ + ClO^- + 2H⁺ ="=" 2Fe³⁺ + Cl^- + H₂O（2分）
（4）取少量濾液于試管中，向其中幾滴硫氰化鉀溶液，如果溶液不變紅色，說明濾液中不含Fe³⁺；如果溶液變紅色，說明濾液中含Fe³⁺。     （3分）
（5）蒸發濃縮（結晶），趁熱過濾     （2分）   （6）1.97  （3分）

試題分析：（1）此處主要考查反應速率的影響因素，所以要想加快酸溶解速率可以從外因濃度、溫度、接觸面積等考慮，所以答案可以是升溫、把硼鎂泥粉碎、攪拌等。
（2）由于該硼鎂泥的成分有MgO、CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等物質，所以酸溶后生成的陽離子有Mg²⁺、Ca²⁺、Mn²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、Al³⁺ ，不溶的有SiO₂，加入氧化物NaClO后Fe²⁺ 被氧化為Fe³⁺，Mn²⁺ 被氧化為MnO₂ ，所以調節pH至5—6，陽離子發生沉淀，生成的沉淀有Fe(OH)₃、Al(OH)₃，所以濾渣的所有成分為Fe(OH)₃、Al(OH)₃、MnO₂、SiO₂ 。
（3）加入氧化劑NaClO，Mn²⁺、Fe²⁺均能夠被其氧化，發生氧化還原反應，根據所給的產物形式，根據氧化還原反應缺項配平法，先把發生化合價變化的離子和物質寫出，然后再根據電子得失守恒配平，再用電荷守恒和原子守恒配平所缺物質。所以離子方程式為：Mn²⁺ + ClO^- + H₂O ==  MnO₂↓ + 2H⁺ + Cl^-（2分） 2Fe²⁺ + ClO^- + 2H⁺ ="=" 2Fe³⁺ + Cl^- + H₂O。
（4）檢驗Fe³⁺ 的方法是加入KSCN，利用顯色反應檢驗，所以可以向溶液中加入硫氰化鉀溶液檢驗溶液中是否存在三價鐵離子，方法為：取少量濾液，向其中加入硫氰化鉀溶液，如果溶液不變紅色，說明濾液中不含Fe³⁺；如果溶液變紅色，說明濾液中含Fe³⁺。
（5）由溫度對硫酸鎂、硫酸鈣的溶解度影響可看出，溫度越高，硫酸鈣溶解度越小，可以采用蒸發濃縮，趁熱過濾方法除去硫酸鈣；操作I”是將濾液繼續蒸發濃縮，冷卻結晶，再經過過濾，便得到了MgSO4?7H2O，故答案為：蒸發濃縮，趁熱過濾；過濾（或過濾洗滌）；
（6）100g硼鎂泥中氧化鎂的物質的量為：1.6×10⁶g×40%×50%÷40g/mol=8×10³mol，根據鎂原子守恒，生成MgSO₄?7H₂O的物質的量為8×10³mol，質量為246g/mol×8×10³mol=1.968×10⁶g≈1.97t，MgSO₄?7H₂O的質量為1.97t。