Question

10．硼镁泥是一种工业废料，主要成份是MgO，还有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质，以此为原料制取的硫酸镁，可用于印染、造纸、医药等工业．从硼镁泥中提取MgSO₄•7H₂O的流程如下：

已知：NaClO与Mn²⁺反应产生MnO₂沉淀．

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2
开始沉淀pH	2.3	4.0	7.6
完全沉淀pH	4.1	5.2	9.6

根据题意回答下列问题：
（1）请提出两条加快酸解速率的措施升温、把硼镁泥粉碎、搅拌等．
（2）NaClO能将溶液中的还原性离子氧化生成沉淀，写出有关反应的离子方程式Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂↓+2H⁺+Cl^-、2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^l-+4H⁺．
（3）除去滤渣之前，往往还要加入一定量的硼镁泥，其原因可能是调节溶液pH，使Fe³⁺、Al³⁺水解完全，除去多余的NaClO．
（4）“除钙”MgSO₄和CaSO₄的混合溶液中的CaSO₄除去，根据下表数据，应将混合溶液蒸发浓缩、趁热过滤；再将滤液进行“操作Ⅰ”，则析出晶体后的溶液（20℃）中c（Mg²⁺）=2.00mol•L^-1（该溶液的密度为1.20g•cm^-3）．
已知MgSO₄、CaSO₄的溶解度如表：

温度（℃）	20	40	50	60	70
MgSO4	25.0	31.8	33.4	35.6	36.9
CaSO4	0.256	0.212	0.207	0.201	0.190

（5）硫酸镁分解生成的SO₂经如图的两个循环可分别得到S和H₂SO₄．写出循环Ⅰ中反应2的化学方程式为4ZnFeO_3.5+SO₂$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4ZnFeO₄+S；循环Ⅱ中电解过程阳极反应式为Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．

Answer 1

分析 硼镁泥主要成份是MgO（占35%），还有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质，加入硫酸，MgO、CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃都和硫酸反应，SiO₂不与硫酸反应，次氯酸钠具有强氧化性，加入的NaClO可与Mn²⁺反应生成MnO₂，把亚铁离子氧化成铁离子，溶液pH升高，铁离子生成氢氧化铁沉淀，铝离子形成氢氧化铝沉淀，过滤除去滤渣Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂、SiO₂，滤液中含钙离子、镁离子，除钙后，只剩镁离子，蒸发冷却结晶得到硫酸镁晶体．
（1）从影响反应速率的因素分析；
（2）溶液里还原性的离子有Mn²⁺、Fe²⁺，能被NaClO溶液氧化并生成对应的MnO₂、Fe（OH）₃沉淀，可结合电子守恒、电荷守恒及原子守恒配平得到相应离子反应反应方程式；
（3）为使溶液里Fe³⁺、Al³⁺完全水解转化为沉淀并除去多余的NaClO，提高产品的纯度，通常通过增大另一种反应物的量来达到；
（4）根据表中温度对硫酸镁、硫酸钙的影响完成；析出晶体后的溶液（20℃）为MgSO₄的饱和溶液，可结合此温度下MgSO₄的溶解度为25g，设饱和溶液质量为125g，则所含溶质MgSO₄的质量为25g，再根据物质的量浓度的计算求算物质的量浓度；
（5）ZnFeO_3.5和SO₂在加热条件下生成ZnFeO₄、S，电解硫酸锰时，生成二氧化锰和硫酸，阳极上失电子发生氧化反应．

解答 解：硼镁泥主要成份是MgO（占35%），还有CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂等杂质，加入硫酸，MgO、CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃都和硫酸反应，SiO₂不与硫酸反应，次氯酸钠具有强氧化性，加入的NaClO可与Mn²⁺反应生成MnO₂，把亚铁离子氧化成铁离子，溶液pH升高，铁离子生成氢氧化铁沉淀，铝离子形成氢氧化铝沉淀，过滤除去滤渣Fe（OH）₃、Al（OH）₃、MnO₂、SiO₂，滤液中含钙离子、镁离子，除钙后，只剩镁离子，蒸发冷却结晶得到硫酸镁晶体．
（1）升高温度，增大接触面积，搅拌、增大反应物的浓度都可加快反应速率，故答案为：升温；把硼镁泥粉碎、搅拌等；
（2）NaClO能将溶液中的还原性离子Mn²⁺、Fe²⁺氧化生成沉淀发生反应的离子方程式为：Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂↓+2H⁺+Cl^-、2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^l-+4H⁺；
故答案为：Mn²⁺+ClO^-+H₂O=MnO₂↓+2H⁺+Cl^-、2Fe²⁺+ClO^-+5H₂O=2Fe（OH）₃↓+Cl^l-+4H⁺；
（3）通过加入过量的硼镁泥调节溶液的pH，使溶液里Fe³⁺、Al³⁺完全水解转化为沉淀，同时除去过量的NaClO；
故答案为：调节溶液pH，使Fe³⁺、Al³⁺水解完全，除去多余的NaClO；
（4）有温度对硫酸镁、硫酸钙的溶解度影响，温度越高，硫酸钙溶解度越小，可以采用蒸发浓缩，趁热过滤方法除去硫酸钙；20℃时饱和MgSO4溶液质量为125g，其体积为$\frac{125g}{1.20g•c{m}^{-3}}$；所含溶质MgSO₄的质量为25g，物质的量为$\frac{25g}{120g/mol}$；则溶液里c（Mg²⁺）=c（MgSO₄）=$\frac{\frac{25g}{120g/mol}}{\frac{125g}{1.20g•c{m}^{-3}}×1{0}^{-3}L/c{m}^{3}}$=2.00mol/L；

故答案为：趁热过滤；2.00；
（5）ZnFeO_3.5和SO₂在加热条件下生成ZnFeO₄、S，反应方程式为4ZnFeO₃.5+SO₂$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4ZnFeO₄+S；电解硫酸锰时，生成二氧化锰和硫酸，阳极上失电子发生氧化反应，电极反应式为Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺，
故答案为：4ZnFeO_3.5+SO₂$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$4ZnFeO₄+S；Mn²⁺-2e^-+2H₂O=MnO₂+4H⁺．

点评 本题考查了从硼镁泥中提取MgSO₄•7H₂O的方法，涉及了配制一定物质的量浓度的溶液的仪器选择、铁离子检验方法、硫酸镁晶体的产率计算等知识，题量较大，难度中等．