Question

【题目】碳酸镁晶须是一种新型吸波隐形材料中的增强剂。某工厂以MgCl2(含少量杂质FeCl2、FeCl3)为原料制备碳酸镁晶须（MgCO3·H2O）的工艺流程如下：

已知：Fe3+、Fe2+、Mg2+生成氢氧化物沉淀时的pH

注：Fe(OH)2沉淀呈絮状，不易从溶液中除去。

物质	开始沉淀	沉淀完全
Fe(OH)3	2.7	3.7
Fe(OH)2	7.6	9.6
Mg(OH)2	9.9	11.0

（1）写出“氧化”过程中发生的离子反应方程式_______________。

（2）pH调节的范围___________，滤渣的主要成分___________（填化学式）。

（3）操作X包括过滤、洗涤、烘干，证明碳酸镁晶须已经洗涤干净的方法______________。

（4）水浸后溶液中Fe2+、Fe3+含量的测定

①取水浸后溶液100.00 mL，测得Cl-的浓度为0.455 mol·L-1，向其中缓缓通入氯气使Fe2+恰好完全转化为Fe3+，测得此时溶液中Cl-的浓度为0.460 mol·L-1（溶液体积变化忽略不计）。

②另取水浸后溶液100.00 mL，向其中加入过量的1 mol·L-1NaOH溶液，充分反应后过滤、洗涤、灼烧，冷却后，称得固体粉末的质量为0.96 g。试通过计算确定水浸后溶液中Fe2+、Fe3+的物质的量浓度（写出计算过程）。 _______________________

Answer 1

【答案】 3.7～9.9 Fe(OH)3 取少量最后一次洗涤液，向其中加入硝酸酸化的AgNO3溶液，若无白色沉淀生成则证明已洗涤干净 Fe2+的物质的量浓度为0.005mol/L，Fe3+的物质的量浓度为0.015mol/L

【解析】

原料水浸的溶液中加入过氧化氢，将亚铁离子氧化为铁离子，再调节pH，使铁离子转化为氢氧化铁而除去，过滤后，滤液中氨水与碳酸氢铵得到沉淀，再过滤、洗涤、烘干得到碳酸镁晶须，据此分析解答(1)～(3)；

(4)通入氯气发生反应：Cl2+2Fe2+═2Fe3++2Cl-，氯离子浓度的变化量等于溶液中亚铁离子浓度；将加入NaOH溶液得到的沉淀洗涤、灼烧，最终得到Fe2O3，根据Fe原子守恒列式计算n(Fe3+)，进而计算溶液中的Fe3+的浓度。

原料水浸加入过氧化氢，将亚铁离子氧化为铁离子，再调节pH，使铁离子转化为氢氧化铁而除去，过滤后，滤液中氨水与碳酸氢铵得到沉淀，再过滤、洗涤、烘干得到碳酸镁晶须．

(1)氧化过程中亚铁离子被过氧化氢氧化生成铁离子，反应的离子方程式为H2O2+2H++2Fe2+═2Fe3++2H2O，故答案为：H2O2+2H++2Fe2+═2Fe3++2H2O；

(2)“调节pH”目的是使Fe3+等杂质离子生成氢氧化铁沉淀除去，且尽量避免Mg2+转化为沉淀，根据各氢氧化物沉淀生成的pH与沉淀完全的pH可知，应控制pH在3.7～9.9之间，滤渣的主要成分为Fe(OH)3，故答案为：3.7～9.9之间；Fe(OH)3；

(3)碳酸镁晶须表面会附着氯离子等，证明碳酸镁晶须已经洗涤干净，只需要检验碳酸镁晶须表面没有氯离子即可，具体操作为：取最后一次洗涤液，加入硝酸酸化，再加入硝酸银溶液，没有白色沉淀生成，说明已洗涤干净，故答案为：取最后一次洗涤液，加入硝酸酸化，再加入硝酸银溶液，没有白色沉淀生成，说明已洗涤干净；

(4)通入氯气发生反应：Cl2+2Fe2+═2Fe3++2Cl-，根据方程式可知，氯离子浓度的变化量等于溶液中亚铁离子浓度，则溶液中c(Fe2+)=△c(Cl-)=0.460mol/L-0.455mol/L=0.005mol/L，将加入NaOH溶液得到的沉淀洗涤、灼烧，最终得到MgO和Fe2O3，设其物质的量分别为xmol和ymol，根据电荷守恒有2x+6y=0.0460mol，根据题意有40x+160y=0.96，解得：x=0.04mol，y=0.001mol，根据Fe原子守恒，n(Fe3+)=0.001mol×2-0.005mol/L×0.1L=0.0015mol，故溶液中的Fe3+的浓度为0.015mol/L，答：水浸后溶液中Fe2+的浓度为0.005mol/L，Fe3+的物质的量浓度为0.015mol/L。