Question

2．蛇纹石矿可以看作由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成．由蛇纹石制取碱式碳酸镁的实验步骤如图所示：

（1）蛇纹石矿加盐酸溶解后，溶液里除了Mg²⁺外，还含有的金属离子是Fe³⁺、Al³⁺（填离子符号）．
（2）进行Ⅰ操作时，控制溶液的pH=7-8（有关氢氧化物沉淀的pH见下表）Ca（OH）₂不能过量，若Ca（OH）₂过量可能会导致Al（OH）₃（填化学式，下同）溶解、，Mg（OH）₂沉淀．

氢氧化物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Mg（OH）2
开始沉淀pH	2.3	3.3	9.4

（3）从沉淀混合物A中提取红色氧化物作颜料，先向沉淀物A中加入NaOH或Ca（OH）₂ 溶液，然后过滤、洗涤、灼烧 （依次填写实验操作名称）．
（4）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．
（5）现设计一个实验，确定产品aMgCO₃•bMg（OH）₂•cH₂O中a、b、c的值，请完成下列实验步骤（可用试剂：浓硫酸、碱石灰）：
Ⅰ．①称量样品，②高温分解，③用浓硫酸吸收水蒸气，④称量碱石灰吸收CO₂前后的质量，⑤称出MgO．
Ⅱ.18.2g产品完全分解后，产生6.6gCO₂和8.0gMgO，由此可知，产品的化学式中：a=3，b=1，c=3．

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）红色氧化物为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）此过程中CO₂是可以重复使用的；
（5）Ⅰ．利用浓硫酸的吸水性干燥，再称量碱石灰吸收CO₂前后的质量；
Ⅱ．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：（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：沉淀混合物为Fe（OH）₃和Al（OH）₃，红色氧化物是沉淀物Fe（OH）₃分解后得到的Fe₂O₃，所以得先加碱把Al（OH）₃除掉，反应为：Al（OH）₃+NaOH=NaAlO₂+2H₂O，然后过滤洗涤灼烧即可；
故答案为：NaOH或Ca（OH）₂　过滤、洗涤、灼烧；
（4）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；
（5）Ⅰ．利用浓硫酸的吸水性干燥，③实验步骤为用浓硫酸吸收水蒸气，
利用碱石灰吸收CO₂前后的质量差求二氧化碳质量，④实验步骤为称量碱石灰吸收CO₂前后的质量，
故答案为：用浓硫酸吸收水蒸气；称量碱石灰吸收CO₂前后的质量；
Ⅱ．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．