题目内容

10．蛇纹石是一种富镁硅酸盐矿物的总称，因其颜色青绿相间酷似蛇皮而得名．蛇纹石可以看作由MgO、FeO和Fe2O3、Al2O3、SiO2组成．工业上由蛇纹石制取碱式碳酸镁产品的流程如下：

（1）蛇纹石加盐酸溶解后，溶液里除了Mg2+、Al3+外，还含有的金属离子是Fe3+、Fe2+．
（2）向Ⅰ中加入H2O2的作用是将Fe2+氧化成Fe3+或将Fe（OH）2氧化成Fe（OH）3，有关离子方程式2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，加入Ca（OH）2时，需要控制溶液pH在7～8之间（有关氢氧化物沉淀的pH见下表）．
氢氧化物Fe（OH）3Al（OH）3Mg（OH）2
开始沉淀pH1.53.39.4
若pH＞8可能导致的后果Al（OH）3溶解、Mg2+沉淀．
（3）沉淀物A可作为提取红色颜料的原料，若向沉淀物A中加入NaOH溶液，然后过滤、洗涤、（干燥）灼烧（填写实验操作名称），即可获得红色颜料，实现废物的综合利用．
（4）若产品的化学式用aMgCO3•bMg（OH）2•cH2O表示，现称取18.2g产品并使之完全分解，收集到3.36L CO2（标准状况下）和8.0g MgO，通过计算确定产品的化学式中：a=3，b=1，c=3．

分析 （1）蛇纹石可以看作由MgO、FeO和Fe2O3、Al2O3、SiO2组成，蛇纹石加盐酸溶解后，MgO、FeO、Fe2O3、Al2O3和HCl反应溶解，而SiO2和HCl不反应，不能溶解；
（2）向Ⅰ中加入H2O2，将Fe2+氧化成Fe3+或将Fe（OH）2氧化成Fe（OH）3，这时溶液中的Fe3+、Al3+是杂质，但除去Fe3+、Al3+的过程中一定不能将Mg2+损失，为了达到这个目的，根据题中提示应用的原理是Fe3++3H2O?Fe（OH）3+3H+和Al3++3H2O?Al（OH）3+3H+，只要加入一种能消耗H+的物质即可使上述水解平衡向正反应方向移动，除去Fe3+、Al3+，该方案使用加Ca（OH）2的方法，但此步加入Ca（OH）2不能太多，需将溶液的pH控制在7～8；若pH小于7，Al3+不能完全沉淀；若pH过高导致生成的Al（OH）3又发生反应Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O而溶解，同时Mg2+也转化为沉淀而损失；
（3）制纯净Fe2O3，应先将其中含有的少量Al（OH）3除去，除去Al（OH）3的方法是利用它能溶于强碱的性质；
（4）确定产品aMgCO3•bMg（OH）2•cH2O中a、b、c的值，依据需定的数据样品质量，结合元素守恒计算得到．

解答 解：（1）蛇纹石加盐酸溶解，MgO、FeO、Fe2O3、Al2O3和HCl反应溶解，反应方程式分别为：MgO+2HCl=MgCl2+H2O，FeO+2HCl=FeCl2+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，故溶液里除了Mg2+、Al3+外，还含有的金属离子是Fe3+、Fe2+；
故答案为：Fe3+、Fe2+；
（2）这时溶液中的Fe3+、Fe2+、Al3+是杂质，但除去Fe3+、Fe2+、Al3+的过程中一定不能将Mg2+损失，为了达到这个目的，先加入氧化剂，将Fe2+氧化成Fe3+或将Fe（OH）2氧化成Fe（OH）3，H2O2的氧化性＞Fe3+的氧化性，向Ⅰ中加入H2O2，发生2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；根据题中提示应用的原理是Fe3++3H2O?Fe（OH）3+3H+和Al3++3H2O?Al（OH）3+3H+，只要加入一种能消耗H+的物质即可使上述水解平衡向正反应方向移动，除去Fe3+、Al3+，该方案使用加Ca（OH）2的方法，但此步加入Ca（OH）2不能太多，需将溶液的pH控制在7～8；若pH小于7，Al3+不能完全沉淀；若pH过高导致生成的Al（OH）3又发生反应Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O而溶解，同时Mg2+也转化为沉淀而损失；
故答案为：将Fe2+氧化成Fe3+或将Fe（OH）2氧化成Fe（OH）3；2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；Al（OH）3溶解、Mg2+沉淀；
（3）制纯净Fe2O3，应先将其中含有的少量Al（OH）3除去，除去Al（OH）3的方法是利用它能溶于强碱的性质．
Al（OH）3能溶于强碱；故可A中加入氢氧化钠，氢氧化铝与氢氧化钠反应生成偏铝酸钠，偏铝酸钠与二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠，过滤得到氢氧化铁沉淀，（干燥）灼烧氢氧化铁沉淀得到氧化铁；离子方程式为：AlO2-+CO2+2H2O=Al（OH）3↓+HCO3-；2Fe（OH）3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Fe2O3+3H2O
故答案为：NaOH；（干燥）灼烧；
（4）m（样品）=18.2g，m（CO2）=6.6g，m（MgO）=8.0g，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）=18.2g-6.6g-8.0g=3.6g，
则m（MgO）═0.2mol，
n（CO2）═0.15mol，
n（H2O）═0.2mol，
得：a：b：c=0.15：0.05：0.15=3：1：3，
故答案为：3；1；3．

点评 本题主要考查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，题目难度较大．

练习册系列答案
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19．在一定条件下，反应CO+NO2?CO2+NO△H=a kJ/mol达到平衡后，降低温度，混和气体的颜色变浅．下列判断正确的是（　　）
A．a＜0
B．降低温度，各物质的浓度不变
C．降低温度，CO的平衡转化率降低
D．使用催化剂能加快反应速率并提高反应物的平衡转化率
16．下列说法不正确的是（　　）
A．${\;}_{\;}^{12}$C和${\;}_{\;}^{14}$C互为同位素
B．乙醇与二甲醚（CH3-O-CH3）互为同分异构体
C．红磷与白磷互为同素异形体
D．H2O与D2O互为同位素
5．乙酸异戊酯常作为配制香蕉、梨、苹果等多种口味食品的香料．实验室合成乙酸异戊酯的原料是乙酸和异戊醇[（CH3）2CHCH2CH2OH]，其装置如图所示．
合成反应：
在甲中加入20g异戊醇和少量碎瓷片，在不断搅拌下加入2mL浓硫酸，冷却后加入100g稍过量的冰醋酸，再加入环己烷（能与产物形成共沸混合物，不参加反应）．安装带有分水器（预装有一定量的水）的冷凝回流装置，球形冷凝管中通入冷却水，用甘油浴缓慢加热仪器甲，冷凝回流一段时间．
分离提纯：
将反应粗产品倒入分液漏斗中，分别用少量10% Na2CO3溶液分两次洗涤．分去水层，向有机层中加入无水硫酸镁固体，静置一段时间后分离出液体，最后蒸馏除去环己烷得到纯净的乙酸异戊酯13g．
已知下列物质的沸点和密度：
甘油环已烷乙酸异戊醇
沸点/℃29080.7117.9132.5
密度/g•cm-31.260.781.050.81
请回答下列问题：
（1）合成乙酸异戊酯的化学方程式为CH3COOH+（CH3）2CHCH2CH2OH$?_{△}^{浓硫酸}$CH3COOCH2CH2CH（CH3）2+H2O．
（2）仪器甲的名称是圆底烧瓶．
（3）分水器可将仪器甲中产生的水分离出来，目的是提高反应物的转化率或生成物的产率；按照球形冷凝管中冷却水的流向应该由b（填“a”或“b”）口进水．
（4）本实验使用甘油浴加热的优点有便于控制反应温度、使圆底烧瓶受热均匀 （答出两点即可）．
（5）当观察到分水器中出现水层高度（或水的体积、液面对应刻度）不再变化现象时，可停止加热仪器甲，终止合成反应过程．
（6）用10%Na2CO3溶液洗涤的作用是ad．
a、除去未反应完的醋酸        b、提高异戊醇的转化率
c、与异戊醇反应，除去杂质    d、降低乙酸异戊酯在水中的溶解能力
（7）本实验中无水硫酸镁的作用是作干燥剂．
（8）本实验中异戊醇的转化率为44%．
15．下列各物质的化学式、对应的名称（或俗名）、物质所属的类别都正确的是（　　）
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A．（1）（3）为置换反应
B．（1）（2）（3）均为氧化还原反应
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