Question

蛇纹石可用于生产氢氧化镁，简要工程如下：
Ⅰ．制取粗硫酸镁：用酸液浸泡蛇纹石矿粉，过滤，并在常温常压下结晶，制得粗硫酸镁（其中常含有少量Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺等杂质离子）
Ⅱ．提纯粗硫酸镁：将粗硫酸镁在酸性条件下溶解，加入适量的0.1mol?L^-1H₂O₂溶液，再调节溶液pH至7～8，并分离提纯．
Ⅲ．制取氢氧化镁：向步骤Ⅱ所得溶液中加入过量氨水．

	Fe3+	Al3+	Fe2+	Mg2+
开始沉淀时	1.5	3.3	6.5	9.4
沉淀完全时	3.7	5.2	9.7	12.4

已知：金属离子氢氧化物沉淀所需pH如表．
请回答：
（1）步骤Ⅱ中，可用于调节溶液pH至7～8的最佳试剂是

A

（填字母序号）
A．MgO   B．Na₂CO₃   C．蒸馏水
（2）检验粗硫酸镁溶液中Fe²⁺的方法是：

取少量粗硫酸镁溶液，滴加少量酸性KMnO₄溶液；若紫红色褪去，说明Fe²⁺存在

 （注明试剂、现象）．
（3）步骤Ⅲ中制备氢氧化镁反应的离子方程式为

Mg²⁺+2NH₃?H₂O=Mg（OH）₂↓+2NH₄⁺

．
（4）步骤Ⅱ沉淀后溶液中主要存在（NH₄）₂SO₄，已知室温下0.1mol?L^-1的（NH₄）₂SO₄溶液pH是5，则溶液中离子浓度由大到小的排列为

C（NH₄⁺）＞C（SO₄^2-）＞C（H⁺）＞C（OH^-）

，溶液中：2c（SO₄^2-）-c（NH₄⁺）=

10^-5-10^-9

mol?L^-1（用精确数值表示）
（5）某生产科研小组经查阅资料得到以下溶度积Ksp数据（298K时）：
Mg（OH）₂（S）?Mg²⁺（aq）+2OH^-（aq）      Ksp=[Mg²⁺]?[OH^-]²=5.6×10^-12
Ca（OH）₂（S）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq）      Ksp=[Ca²⁺]?[OH^-]²=4.7×10^-6
该科研小组认为可以用熟石灰替代氨水制得氢氧化镁，他们的理由是

Mg（OH）₂的溶解度小于Ca（OH）₂，可发生沉淀的转化，如：Mg（OH）₂和Ca（OH）₂离子个数比相同，Ksp[Mg（OH）₂]＜Ksp[Ca（OH）₂]，故沉淀向着溶度积更小的方向转化

．
若沉淀转化反应为：Mg²⁺（aq）+Ca（OH）₂（S）?Mg（OH）₂（S）+Ca²⁺（aq），求此温度下该反应的化学平衡常数K=

8.4×10⁵

 （写出算式和结果）．

Answer 1

分析：（1）步骤II中，可用于调节溶液pH至7～8的目的是和酸反应提高溶液pH，使Fe³⁺、Al³⁺等杂质离子沉淀分离除去，试剂不能引入新的杂质分析；
（2）Fe²⁺能使酸性高锰酸钾褪色；
（3）步骤III中制备氢氧化镁反应的离子方程式是氨水沉淀镁离子，注意一水合氨是弱电解质；
（4）依据溶液中铵根离子水解，溶液呈酸性，水解程度微弱，分析比较；
（5）依据沉淀转化是想更难溶的方向进行分析判断，Mg（OH）₂的溶解度小于Ca（OH）₂．

解答：解：（1）步骤II中，可用于调节溶液pH至7～8的目的是和酸反应提高溶液pH，使Fe³⁺、Al³⁺等杂质离子沉淀分离除去，
A、加入氧化镁和酸反应能提高溶液pH，生成镁离子，不加入杂质离子，可选；
B、加入碳酸钠能调节溶液pH但假如了钠离子，引入杂质，故不选；
C、蒸馏水对提高溶液pH不好，故不选；
故答案为：A；
（2）Fe²⁺有还原性，能使酸性高锰酸钾褪色，故答案为：取少量粗硫酸镁溶液，滴加少量酸性KMnO₄溶液；若紫红色褪去，说明Fe²⁺存在；
（3）氨水沉淀镁离子生成氢氧化镁沉淀，反应的离子方程式为：Mg²⁺+2NH₃?H₂O═Mg（OH）₂↓+2NH₄⁺，故答案为：Mg²⁺+2NH₃?H₂O=Mg（OH）₂↓+2NH₄⁺；
（4）铵根离子水解，溶液呈酸性，c（H⁺）＞c（OH^-），.1mol?L^-1的（NH₄）₂SO₄溶液中，铵根离子水解微弱，所以得到溶液中的离子浓度大小为：c（NH₄⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；根据C（NH₄⁺）+C（H⁺）=2C（SO₄^2-）+C（OH^-），2c（SO₄^2-）-c（NH₄⁺）=c（H⁺）-c（OH^-）=10^-5-10^-9，
故答案为：C（NH₄⁺）＞C（SO₄^2-）＞C（H⁺）＞C（OH^-）；10^-5-10^-9；
（5）依据氢氧化钙和氢氧化镁阴阳离子比相同，可以用溶度积常数比较溶解性强弱，氢氧化钙溶解性大于氢氧化镁，溶液中加入石灰乳可以实现沉淀转化，生成氢氧化镁分离出来；Mg（OH）₂的溶解度小于Ca（OH）₂，沉淀向更难溶的方向转化，K=

[Ca2+]

[Mg2+]

=

Ksp[Ca(OH)2]

Ksp[Mg(OH)2]

=

4.7×10-6

5.6×10-12

=8.4×105，
故答案为：Mg（OH）₂的溶解度小于Ca（OH）₂，可发生沉淀的转化，如：Mg（OH）₂和 Ca（OH）₂离子个数比相同，Ksp[Mg（OH）₂]＜Ksp[Ca（OH）₂]，故沉淀向着溶度积更小的方向转化；8.4×10⁵．

点评：本题考查了难溶物沉淀溶解平衡的分析判断，离子沉淀的条件选择，化学平衡的影响因素，离子方程式的书写，沉淀转化的原理应用，题目综合性较强．