Question

蛇纹石矿可以看作由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和SiO₂组成．某实验小组设计如下流程欲分别制得单质Al、Fe、Mg和Si．

有关氢氧化物沉淀的pH见下表：

金属阳离子	氢氧化物开始沉淀时的pH	氢氧化物完全沉淀的pH
Fe3+	1.9	3.2
Mg2+	9.4	11.6

请回答下列问题：
（1）滤液A中含有的阳离子有______．
（2）操作②中涉及的化学方程式为______，
操作④中生成沉淀G的离子方程式为______．
（3）操作⑤中调节pH到5～6时，可以用到的试剂（填序号）______．
a．NaOH溶液　　 b．氨水　　 c．MgO　　d．Mg（OH）₂
（4）从滤液H制取金属Mg的流程如下：

流程中由MgCl₂冶炼Mg的方法是______．在干燥的HCl气流中加热MgCl₂?6H₂O制取无水氯化镁的原因是______．

Answer 1

解：（1）蛇纹石加过量盐酸溶解，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，所以滤液A中含有的阳离子有Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺、H⁺，
故答案为：Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺、H⁺；
（2）由（1）分析可知操作②中不溶物为SiO₂，工业上粗硅的生产，用二氧化硅和碳反应，碳是还原剂，二氧化硅是氧化剂，碳元素化合价由0价变为+2价，硅元素化合价由+4价变为0价，反应方程式为2C+SiO₂Si+2CO↑；滤液A中含有镁离子、铁离子和铝离子、氢离子，氢离子和氢氧化钠反应生成水，镁离子、铁离子和铝离子都和氢氧化钠反应生成氢氧化物沉淀，氢氧化镁、氢氧化铁不溶于氢氧化钠溶液中，但氢氧化铝易溶于氢氧化钠溶液中生成偏铝酸根离子，偏铝酸根离子和二氧化碳反应生成氢氧化铝和碳酸氢根离子，离子方程式为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
故答案为：2C+SiO₂Si+2CO↑；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）操作⑤中加入的物质能和盐酸反应，且不引进新的杂质，氧化镁、氢氧化镁难溶于水，但能与酸反应，可起调节pH作用，故答案为：cd；
（4）镁是活泼金属，应采用电解其熔融盐的方法冶炼，所以工业上用电解熔融氯化镁的方法冶炼镁，反应方程式为：MgCl₂ Mg+Cl₂↑，镁离子易水解生成氢氧化镁和氢离子，在氯化氢气流中加热该固体时，氢离子浓度增大，抑制镁离子水解生成氢氧化镁，并带走水分，
故答案为：电解；防止Mg²⁺水解，并带走水分．
分析：（1）蛇纹石矿可以看做MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成，蛇纹石加过量盐酸溶解后，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反应溶解，而SiO₂和HCl不反应，不能溶解；
（2）不溶物为SiO₂，二氧化硅和碳反应变成硅，碳元素化合价由0价变为+2价，硅元素化合价由+4价变为0价，碳是还原剂，二氧化硅是氧化剂；滤液A中含有镁离子、铁离子和铝离子、氢离子，氢离子和氢氧化钠反应生成水，镁离子、铁离子和铝离子都和氢氧化钠反应生成氢氧化物沉淀，氢氧化镁、氢氧化铁不溶于氢氧化钠溶液中，但氢氧化铝易溶于氢氧化钠溶液中生成偏铝酸根离子，偏铝酸根离子和二氧化碳能发生反应；
（3）加入的物质能和酸反应且不能引进杂质；
（4）活泼金属采用电解的方法冶炼；镁离子易水解生成氢氧化镁和氢离子，在氯化氢气流中加热该固体可以抑制其水解．
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，题目难度中等．