Question

七水硫酸镁（MgSO₄?7H₂O）在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用，利用化工厂生产硼砂的废渣-一硼镁泥可制取七水硫酸镁．硼镁泥的主要成分是MgCO₃，还含有其他杂质（MgO、SiO₂、Fe₂O₃、FeO、CaO、Al₂O₃、MnO等）．
表1　部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mn（OH）2	Mg（OH）2
pH值	5.2	3.2	9.7	10.4	11.2

表2　两种盐的溶解度（单位为g/100g水）

温度/℃	10	30	40	50	60
CaSO4	0.19	0.21	0.21	0.20	0.19
MgSO4?7H2O	30.9	35.5	40.8	45.6	/

硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下：

根据以上流程图并参考表格pH数据和溶解度数据，试回答下列问题：
（1）沉淀C的化学式是

 

（2）过滤Ⅲ需趁热过滤的理由是

 

（3）操作Ⅰ和操作Ⅱ的名称分别为

 

、

 

（4）滤液I中加入硼镁泥，调节溶液的pH=5～6，可除去滤液Ⅰ中

 

（填离子符号）；加入NaClO溶液加热煮沸，可将Fe²⁺氧化成Fe³⁺的同时，还会将溶液中的Mn²⁺氧化成MnO₂，写出Mn²⁺被氧化成MnO₂的离子反应方程式为

 

（5）硼镁泥是硼镁矿生产硼砂（Na₂B₄O₇?10H₂O）时的废渣．将硼镁矿（Mg₂B₂O₅?H₂O）煅烧、粉碎后加水和纯碱，在加热加压下通入CO₂可得硼砂．此反应为熵减小反应，试写出反应方程式

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质,物质的分离、提纯和除杂

专题：电离平衡与溶液的pH专题

分析：由制备流程可知，向废渣M中加硫酸时SiO₂不溶解，NaClO具有氧化性，能将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，PH=5～6时Fe（OH）₃、Al（OH）₃生成沉淀，则沉淀B中除MnO₂、SiO₂外还含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃，加热煮沸的主要目的是促进Al³⁺、Fe³⁺水解，由于CaSO₄的溶解度随温度的变化不大，而MgSO₄在温度较高时易溶于水，趁热过滤利于分离硫酸钙和硫酸镁，并防止MgSO₄在温度低时结晶析出，所以过滤Ⅲ需趁热过滤，过滤得到的沉淀C为CaSO₄?2H₂O或CaSO₄，滤液中主要含硫酸镁，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到MgSO₄?7H₂O，以此来解答．

解答： 解：向废渣M中加硫酸时SiO₂不溶解，NaClO具有氧化性，能将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，PH=5～6时Fe（OH）₃、Al（OH）₃生成沉淀，则沉淀B中除MnO₂、SiO₂外还含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃，加热煮沸的主要目的是促进Al³⁺、Fe³⁺水解，由于CaSO₄的溶解度随温度的变化不大，而MgSO₄在温度较高时易溶于水，趁热过滤利于分离硫酸钙和硫酸镁，并防止MgSO₄在温度低时结晶析出，所以过滤Ⅲ需趁热过滤，过滤得到的沉淀C为CaSO₄?2H₂O或CaSO₄，滤液中主要含硫酸镁，然后蒸发浓缩、冷却结晶、过滤得到MgSO₄?7H₂O，
（1）由上述分析可知，沉淀C为CaSO₄?2H₂O或CaSO₄，故答案为：CaSO₄?2H₂O或CaSO₄；  
（2）过滤Ⅲ需趁热过滤的理由是以防MgSO₄在温度低时结晶析出，故答案为：以防MgSO₄在温度低时结晶析出；
（3）由上述分析可知，操作I、操作Ⅱ的名称分别为蒸发浓缩、冷却结晶，故答案为：蒸发浓缩；冷却结晶；
（4）NaClO溶液在加热条件下将溶液中的Mn²⁺氧化成MnO₂，反应的离子方程式为Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂↓+2H⁺+Cl^-，盐类的水解为吸热反应，加热有利于Al³⁺、Fe³⁺水解
以及Mn²⁺氧化成MnO₂，而调节溶液的pH=5～6，可除去滤液Ⅰ中Al³⁺、Fe³⁺，故答案为：Al³⁺、Fe³⁺；Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂↓+2H⁺+Cl^-；
（5）Mg₂B₂O₅?H₂O煅烧、粉碎后加水和纯碱，在加热加压下通入CO₂可得硼砂，此反应为熵减小反应，则反应后不生成气体，由原子守恒可知，生成硼砂和碳酸镁，该反应为2Mg₂B₂O₅+Na₂CO₃+3CO₂+10H₂O=Na₂B₄O₇?10H₂O+4MgCO₃，故答案为：2Mg₂B₂O₅+Na₂CO₃+3CO₂+10H₂O=Na₂B₄O₇?10H₂O+4MgCO₃．

点评：本题考查制备实验方案的设计，为高频考点，把握物质的制备的流程、理解反应原理为解答的关键，涉及物质的制备、除杂，涉及物质的检验以及沉淀的转化等知识，题目较为综合，有一定难度，本题注意要认真分析题中数据，考查学生的分析能力，题目难度中等．