Question

1．蛇纹石矿由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成．由蛇纹石制取碱式碳酸镁实验步骤如下：

已知：

氢氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Mg（OH）2
开始沉淀pH	1.5	3.3	9.4

（1）蛇纹石加盐酸溶解后，溶液里除了Mg²⁺外，还含有的阳离子有Fe³⁺、Al³⁺．
（2）进行Ⅰ操作时，控制溶液pH=7～8（有关氢氧化物沉淀的pH见上表），Ca（OH）₂不能过量，若Ca（OH）₂过量可能会导致Al（OH）₃溶解、Mg（OH）₂沉淀．
（3）物质循环使用，能节约资源上述实验中，可以循环使用的物质是CaCO₃或CO₂．
（4）高温煅烧碱式碳酸镁aMgCO₃•bMg（OH）₂•cH₂O得到MgO．取碱式碳酸镁4.66g，高温煅烧至恒重，得到固体2.00g和标准状况下CO₂ 0.896L，通过计算确定碱式碳酸镁的化学式为4MgCO₃•Mg（OH）₂•4H₂O．（写出计算过程，否则不得分）

Answer 1

分析 蛇纹石矿可以看作由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成，酸溶过滤得到滤液中为Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，加入氢氧化钙沉淀得到氢氧化铝、氢氧化铁沉淀A，滤液中通入二氧化碳生成氢氧化铝沉淀B和碳酸氢钙，加入氢氧化钙反应生成碳酸钙循环利用，溶液中得到碳酸氢镁溶液，热解得到碱式碳酸镁，
（1）蛇纹石矿可以看做MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成，蛇纹石加盐酸溶解后，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反应溶解，而SiO₂和HCl不反应，不能溶解；
（2）当氢氧化钙过量时，溶液碱性增强，Al（OH）₃会溶解，从氢氧化物沉淀的pH表中可看出，Mg（OH）₂在pH为9.4时开始沉淀，所以碱性增强Mg（OH）₂会沉淀；
（3）此过程中CO₂是可以重复使用的；
（4）确定产品aMgCO₃•bMg（OH）₂•cH₂O中a、b、c的值，需要测定的数据是①样品质量；②MgO质量；③生成CO₂的质量（或体积）；④生成水的质量；

解答 解：蛇纹石矿可以看作由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成，酸溶过滤得到滤液中为Mg²⁺、Fe³⁺、Al³⁺，加入氢氧化钙沉淀得到氢氧化铝、氢氧化铁沉淀A，滤液中通入二氧化碳生成氢氧化铝沉淀B和碳酸氢钙，加入氢氧化钙反应生成碳酸钙循环利用，溶液中得到碳酸氢镁溶液，热解得到碱式碳酸镁，
（1）蛇纹石加盐酸溶解，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反应溶解，反应方程式分别为：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O．而SiO₂不与盐酸反应，以沉淀的形式除去，
故答案为：Fe³⁺、Al³⁺；
（2）由（1）知，此时溶液中除了Mg²⁺外，还含有Fe³⁺、Al³⁺杂质，需除去Fe³⁺、Al³⁺但不能损失Mg²⁺，因Fe³⁺+3H₂O?Fe（OH）₃+3H⁺和Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，利用平衡移动的原理，消耗H⁺使上述水解平衡向正反应方向移动，除去Fe³⁺、Al³⁺，加Ca（OH）₂需将溶液的pH控制在7～8，若pH过高，会导致生成的Al（OH）₃发生反应Al（OH）₃+OH-=AlO₂^-+2H₂O溶解，Mg（OH）₂在pH为9.4时开始沉淀，所以碱性增强Mg（OH）₂会沉淀，同时Mg²⁺也因转化为沉淀而损失，
故答案为：Al（OH）₃；Mg（OH）₂；
（3）从实验步骤图知：上述实验中，步骤Ⅱ中通二氧化碳，生成碳酸钙，碳酸钙分解可得到二氧化碳，作为第Ⅱ步的原料，碱式碳酸镁分解得到CO₂，可以循环使用的物质是CaCO₃或CO₂；
故答案为：CaCO₃或CO₂；
（4）m（样品）=4.66g，m（CO₂）=$\frac{0.896L}{22.4L/mol}$×44g/mol=1.76g，m（MgO）=2.0g，碱式碳酸镁分解：aMgCO₃?bMg（OH）₂?cH₂O$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ （a+b）MgO+aCO₂↑+（b+c）H₂O↑，根据质量守恒得：m（H₂O）=4.66g-1.76g-2.0g=0.9g，则n（MgO）═$\frac{2.0}{40}$mol=0.05mol，n（CO₂）═0.04mol，n（H₂O）═0.05mol，所以n（MgCO₃）═0.04mol，n（Mg（OH）₂）=0.05mol-0.04mol=0.01mol，n（H₂O）=0.05mol-0.01mol=0.04mol，所以a：b：c=4：1：4，化学式为4MgCO₃•Mg（OH）₂•4H₂O，
故答案为：4MgCO₃•Mg（OH）₂•4H₂O．

点评 本题主要考查了元素化合物中金属铝、铁的性质，解题时不仅需熟知物质间的反应原理，还需灵活运用于实验的设计，题目难度中等．