41.(09年广东化学·22)(12分)
某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料,主要含有MgCO3、MgSiO3、 CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等,回收其中镁的工艺流程如下:
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沉淀物 |
Fe(OH)3 |
Al(OH)3 |
Mg(OH)2 |
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pH |
3.4 |
5.2 |
12.4 |
部分阳离子以氢氧化物形式完全深沉时溶液的pH由见上表,请回答下列问题:
(1)“浸出”步骤中,为提高镁的浸出率,可采取的措施有 (要求写出两条)
(2)滤渣I的主要成分有 。
(3)从滤渣Ⅱ中可回收利用的主要物质有 。
(4)Mg(ClO3)2在农业上可用作脱叶剂、催熟剂,可采用复分解反应制备:
MgCl2+2NaClO3===Mg(ClO3)2+2NaCl
已知四种化合物的溶解度(S)随温度(T)变化曲线如下图所示:
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①将反应物按化学反应方程式计量数比混合制备Mg(ClO3)2.简述可制备Mg(ClO3)2的原因: 。
②按①中条件进行制备实验。在冷却降温析出Mg(ClO3)2过程中,常伴有NaCl析出,原因是: 。除去产品中该杂质的方法是: 。
答案:(1)增大硫酸浓度;加热升高温度;边加硫酸边搅拌(要求写出两条)
(2)滤渣Ⅰ主要成分有Fe(OH)3、Al(OH)3
(3)从滤液Ⅱ中可回收利用的主要物质有CaSO4、Na2SO4
(4)①该反应的生成物为Mg(ClO3)2和NaCl的混合溶液,NaCl的溶解度随温度变化不大,Mg(ClO3)2的溶解度随温度升高而升高。利用两物的溶解度差异,通过加热蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,将Mg(ClO3)2与NaCl分离,制得Mg(ClO3)2。
②因为在相同温度向下NaCl的溶解度最小,所以在冷却结晶过程中,会有少量NaCl随Mg(ClO3)2析出;重结晶。
解析:(1)固体溶解及反应完全的措施一般是加热、振荡或搅拌,或是增大硫酸的浓度,所以答案应该从这些方面分析回答。
(2)从题给信息可以看出pH调到5.5应该Fe3+和Al3+沉淀完全,所以沉淀应该是氢氧化铁和氢氧化铝。
(3)从流程变化,因为废料浸出用到硫酸,可知滤液中应该含有硫酸根离子;从废料成分中含有CaMg(CO3)2和两次调节PH均用到氢氧化钠,可知滤液中阳离子应该有钠离子和钙离子,所以从滤渣Ⅱ中可回收利用的主要物质是硫酸钠和硫酸钙。
(4)①分析该题可以结合硝酸钾与氯化钠的分离方法思考,同时要注意题给图示,从图示上我们不难得到下列信息,一是相同温度时氯酸镁的溶解度最大氯化钠溶解度最小,二是氯酸镁溶解度随温度变化最大,氯化钠溶解度随温度变化最小。所以控制反应温度的变化,可以控制可溶性物质的分离。
②从题给图示不难看出相同温度时氯化钠的溶解度最小,因此在冷却降温析出Mg(ClO3)2过程中一定会析出氯化钠。由于氯酸镁和氯化钠均溶于水,溶于水的可溶性物质一般用结晶和重结晶的方法分离。
40.(09年广东化学·21)(12分)
三草酸合铁酸钾晶体K3 [Fe(C2O4 )3]·3H2O可有于摄影和蓝色印刷。某小组将无水三草酸合铁酸钾在一定条件下加热分解,对所得气体产物和固体产物进行实验和探究。请利用实验室常用仪器、用品和以下限选试剂完成验证和探究过程。
限选试剂:浓硫酸、1.0 mol·L-1HNO3、1.0 mol·L-1盐酸、1.0 mol·L-1 NaOH、3%H2O2、0.1mol·L-1KI、0.1 mol·L-1CuSO4、20%KSCN、澄清石灰水、氧化铜、蒸馏水。
(1)将气体产物依次通过澄清石灰水(A)、浓硫酸、灼热氧化铜(B)、澄清石灰水(C)观察到A、C中澄清石灰水都变浑浊,B中有红色固体生成,则气体产物是 。
(2)该小组同学查阅资料后推知,固体产物中,铁元素不可能以三价形式存在,而盐只有K2CO3。验证固体产物中钾元素存在的方法是 ,现象是 。
(3)固体产物中铁元素存在形式的探究。
①提出合理假设
假设1: ; 假设2: ;假设3: 。
②设计实验方案证明你的假设(不要在答题卡上作答)
③实验过程
根据②中方案进行实验。在答题卡上按下表的格式写出实验步骤、预期现象与结论。
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实验步骤 |
预期现象与结论 |
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步骤1 |
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步骤2 |
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步骤3 |
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…… |
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答案:(1)则气体产物是:CO2和CO。 (2)验证固体产物中钾元素存在的方法是焰色反应,现象是透过蓝钴玻璃观察呈紫色火焰。(3)假设1:铁元素的存在形式为Fe单质;假设2:铁元素的存在形式为FeO;假设3:铁元素的存在形式为Fe与FeO的混合物。
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实验步骤 |
预期现象与结论 |
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步骤一:用药匙取少量固体产物于一支洁净干燥的试管A中,用胶头滴管滴加过量的煮沸过的0.1mol/LCuSO4溶液于试管中,振荡,静置,过滤,取出固体另一试管B中备用。 |
若出现大量红色固体,则证明假设1或假设3成立。 若不出现红色固体,则假设2可能成立。 |
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步骤二:往试管B的固体加过量1mol/L盐酸,滴加少量20%KSCN溶液,再滴加少量煮沸过的1mol/LHNO3溶液。 |
加盐酸后,固体部分溶解。 若加入少量1mol/LHNO3后溶液变血红色,则证明原固体为Fe与FeO混合,假设3成立。 若加入少量1mol/LHNO3后溶液不变血红色,则证明原固体只含Fe,假设1成立 |
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步骤三:若步骤一不出现红色固体。用药匙另取少量固体产物于一支洁净干燥的试管中,用胶头滴管滴加过量煮沸过的1mol/L的盐酸,滴加少量20%KSCN溶液,再滴加少量煮沸过的1mol/LHNO3溶液。 |
加盐酸后,固体全部溶解。若滴加KSCN溶液后,溶液不呈血红色,滴加1mol/LHNO3后溶液变血红色,则证明假设2成立。 |
解析:(1)由A中澄清石灰水都变浑浊,可知K3[Fe(C2O4 )3]·3H2O分解的产物中有CO2;由B中有红色固体生成,C中澄清石灰水变浑浊,可知K3[Fe(C2O4 )3]·3H2O分解的产物中有CO。(2)因为所有的钾盐、钠盐和铵盐都可溶,所以验证钠、钾元素一般是用颜色反应。(3)由于草酸根中C为+3价,而产物中二氧化碳、碳酸钾中碳为+4价,一氧化碳中碳为+2价,存在着化合价的变化。由题意铁元素不可能以三价形式存在,说明铁的化合价一定发生变化,由铁的常见化合价不难得出,其一定会降低,可能为0价或+2价。由此不难得出三种假设。设计实验步骤时要注意铁和氧化亚铁均与盐酸反应生成亚铁离子,均与硝酸反应生成铁离子,也就是说铁的存在会干扰氧化亚铁的检验,所以要利用两者性质的差异性先检验出铁,排出铁的干扰。因此一定要用到硫酸铜溶液。由于题给试剂没有能够检验亚铁离子的试剂,所以要将其氧化为铁离子再检验,所以必须用到硝酸和硫氰化钾溶液。