Question

4．卤块的主要成分是MgCl₂，此外还含Fe³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等离子．若以它为原料按图所示工艺流程进行生产，可制得轻质氧化镁．

若要求产品尽量不含杂质，而且生产成本较低，根据以下资料，填写空白：
已知：
1、25℃，K_sp[Fe（OH）₃]=1.0×10^-38，K_sp[Fe（OH）₂]=8.0×10^-16，
K_sp[Mg（OH）₂]=1.8×10^-11，K_sp[Mn（OH）₂]=4.0×10^-14．
2、Fe²⁺氢氧化物呈絮状，不易从溶液中除去，常将它氧化为Fe³⁺，生成Fe（OH）₃沉淀除去．
3、原料价格表

物质	价格/元?吨-1
漂液（含25.2%NaClO）	450
双氧水（含30%H2O2）	2400
烧碱（含98%NaOH）	2100
纯碱（含99.5%Na2CO3）	600

（1）请设计实验证明卤块中既含有Fe³⁺又有Fe²⁺取样，加水溶解，将溶液分成两份，往其中一份滴加硫氰化钾溶液，若溶液变红，则说
明卤块中含铁离子，往另一份溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液，若酸性高锰酸钾溶液褪色，则说明含亚铁离子．
（2）在步骤②中加入的试剂X，最佳的选择是漂液（NaClO），其作用是使溶液中Fe²⁺氧化成为Fe³⁺，便于除去．
（3）在步骤③中加入的试剂Y应是烧碱（NaOH），步骤⑥中发生的反应是Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+MgO．
（4）请写出氧化镁的一种用途：耐火材料、食品添加剂、抗酸剂、催化剂、制造镁盐的原料等，步骤⑥如在实验室进行，应选用在坩埚（填仪器名称）中灼烧．
（5）25℃，往卤块对应的水溶液中，加入一定量的烧碱达到沉淀溶液平衡，当pH=3，c（Fe³⁺）沉淀完全．测得pH=4.00，则此温度下残留在溶液中的c（Fe³⁺）=1×10^-8mol/L．

Answer 1

分析 卤块加水形成溶液，含有Mg²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等离子，加入试剂X将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，依据图表数据和经济效益分析加入的试剂X的最佳选择，然后加入NaOH调节pH为9.8，沉淀铁离子、锰离子，然后在滤液中加入纯碱将Mg²⁺从溶液中以MgCO₃沉淀出来，然后加热煮沸可得到Mg（OH）₂，灼烧后得到MgO，
（1）根据亚铁离子的还原性和铁离子使KSCN溶液显红色分析；
（2）试剂X的左右手是氧化亚铁离子，根据表中价格数据分析；
（3）步骤③的目的在于使除Mg²⁺以外的各种杂质金属离子沉淀以除去，纯碱会沉淀镁离子；步骤⑥为氢氧化镁灼烧生成氧化镁；
（4）氧化镁可做耐火材料、食品添加剂、抗酸剂、催化剂、制造镁盐的原料等；灼烧需要坩埚；
（5）已知25℃，K_sp=1.0×10^-38，离子浓度小于1.0×10^-5mol/L时，认为c（Fe³⁺）沉淀完全，此时c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}}$，据此计算pH；pH=4.00，则c（H⁺）=1.0×10^-4mol/L，c（OH^-）=1.0×10^-10mol/L，则此温度下残留在溶液中的c（Fe³⁺）=$\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{c（O{H}^{-}）^{3}}$计算．

解答 解：（1）亚铁离子有还原性，使酸性高锰酸钾褪色，铁离子使KSCN溶液显红色，证明卤块中既含有Fe³⁺又有Fe²⁺的方法为：取样，加水溶解，将溶液分成两份，往其中一份滴加硫氰化钾溶液，若溶液变红，则说
明卤块中含铁离子，往另一份溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液，若酸性高锰酸钾溶液褪色，则说明含亚铁离子；
故答案为：取样，加水溶解，将溶液分成两份，往其中一份滴加硫氰化钾溶液，若溶液变红，则说
明卤块中含铁离子，往另一份溶液中滴加酸性高锰酸钾溶液，若酸性高锰酸钾溶液褪色，则说明含亚铁离子；
（2）步骤②是为了将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，并在控制合适的pH条件时生成Fe（OH）₃沉淀而除之，虽然漂液和H₂O₂都可采用，但对比表提供的原料价格可以看出，漂液比H₂O₂的价格低得多，所以选漂液最合理；
故答案为：漂液（NaClO）；使溶液中Fe²⁺氧化成为Fe³⁺，便于除去；
（3）步骤③的目的在于使除Mg²⁺以外的各种杂质金属离子都生成氢氧化物沉淀，以便通过过滤而除去，应加入NaOH，如加入纯碱，不能达到较高的PH，且易生成碳酸镁沉淀；步骤⑥为氢氧化镁灼烧生成氧化镁的反应，化学方程式为：Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+MgO；
故答案为：烧碱（NaOH）；Mg（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+MgO；
（4）氧化镁可做耐火材料、食品添加剂、抗酸剂、催化剂、制造镁盐的原料等；灼烧需在坩埚中进行；
故答案为：耐火材料、食品添加剂、抗酸剂、催化剂、制造镁盐的原料等；坩埚；
（5）已知25℃，K_sp[Fe（OH）₃]=1.0×10^-38，离子浓度小于1.0×10^-5mol/L时，认为c（Fe³⁺）沉淀完全，此时c（OH^-）=$\root{3}{\frac{Ksp[Fe（OH）_{3}]}{c（F{e}^{3+}）}}$=1.0×10^-11mol/L，则c（H⁺）=1.0×10^-3mol/L，pH=3；
测得pH=4.00，则c（H⁺）=1.0×10^-4mol/L，c（OH^-）=1.0×10^-10mol/L，则此温度下残留在溶液中的c（Fe³⁺）=$\frac{1×1{0}^{-38}}{（1×1{0}^{-10}）^{3}}$=1×10^-8mol/L；
故答案为：3；1×10^-8mol/L．

点评 本题考查了物质的制备，涉及对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解、溶度积的计算等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．