Question

某工厂废渣含MgCO₃、SiO₂、Fe₂O₃、FeCO₃和CaCO₃、Al₂O₃．科研小组拟对废渣进行综合利用制取Mg（OH）₂、芒硝（Na₂SO₄?10H₂O）和Al₂（SO₄）₃，设计如下工艺：

下表为几种沉淀的相关数据．回答以下问题：

物质名称	溶度积（Ksp）	pH
		开始沉淀	完全沉淀
Mg（OH）2	5.6×10-12	9.3	10.8
Fe（OH）2	8.0×10-16	7.6	9.6
Fe（OH）3	2.8×10-39	2.7	3.7
Al（OH）3	1.3×10-33	3.7	4.7

（1）操作1名称是

 

，该操作中所用到的玻璃仪器有

 

．
（2）你认为在除铁过程中选用下列物质中的

 

（填序号）作为试剂A是最合适的，
a．KMnO₄        b．O₂        c．H₂O₂          d．Cl₂
并用离子方程式表示往滤液I中加入试剂A的目的

 

．现采用滴定的方法测定废渣中FeCO₃的含量，取m克该工厂废渣加足量的H₂SO₄溶解后配成VmL溶液，从中取出10mL倒入锥形瓶中进行滴定，用一定浓度的试剂A进行滴定，则盛放试剂A的滴定管应选用

 

（填“酸式”或“碱式”），滴定终了时消耗浓度为c mol?L^-1的试剂A共b mL，则该废渣中FeCO₃的质量分数为

 

．
（3）滤液Ⅱ中加入试剂B目的是除Mg²⁺，根据溶度积可知pH=10.8时Mg²⁺已除尽，控制溶液pH=12.0的目的是

 

，当pH=12.0时溶液中c（Mg²⁺）=

 

．
（4）欲从滤液Ⅲ中分离出Al₂（SO₄）₃溶液，依次加入的试剂可以是

 

．

 

．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）工厂废渣含MgCO₃、SiO₂、Fe₂O₃、FeCO₃和CaCO₃、Al₂O₃，用硫酸溶解后得到可溶的硫酸镁、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铝等物质和不溶的二氧化硅、硫酸钙，通过过滤除去不溶物得到滤液Ⅰ，根据过滤操作完成该操作所用到的玻璃仪器；
（2）从环境保护、氧化性、是否引进杂质方面考虑最佳试剂；双氧水将亚铁离子氧化成铁离子，据此写出反应的离子方程式；双氧水具有强氧化性，能够氧化碱式滴定管的橡胶管，所以应该使用酸式滴定管盛放；根据方程式计算出亚铁离子的物质的量，再计算出碳酸亚铁的质量分数；
（3）pH=12时使氢氧化铝完全溶解，从而得到更纯净的氢氧化镁；沉淀完全后的溶液中存在沉淀溶解平衡，依据氢氧化镁的溶度积常数计算出pH=12.0时溶液中c（Mg²⁺）；
（4）滤液Ⅲ中含有偏铝酸根离子，偏铝酸根离子能够与二氧化碳反应生成氢氧化铝，过滤后得到氢氧化铝沉淀，然后加入稀硫酸获得硫酸铝．

解答： 解：（1）根据题中流程可知，通过操作Ⅰ将不溶物和易溶物分离，通常使用过滤操作，过滤时需要使用的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒和漏斗，
故答案为：过滤；烧杯、玻璃棒、漏斗；
（2）根据表中溶度积可知，氢氧化亚铁完全沉淀时溶液的pH=9.6，与氢氧化镁完全沉淀的pH接近，不易直接除掉，需要用氧化剂氧化成铁离子，由于加入酸性高锰酸钾、氯水会引进杂质，氧气的氧化性较弱，氧化效果不好，所以最佳氧化剂为双氧水；
双氧水与亚铁离子反应的离子方程式为：2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；
滴定10mL样品的溶液时消耗的双氧水的物质的量为：cmol/L×b×10^-3L=cb×10^-3mol，根据反应2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O可知，亚铁离子的物质的量为：n（Fe²⁺）=n（FeCO₃）=2n（H₂O₂）=2cb×10^-3mol，则VmL样品溶液中含有FeCO₃的物质的量为：2cb×10^-3mol×

VmL

10mL

=2cbV×10^-4mol，所以该样品中含有FeCO₃的质量分数为：

116g/mol×2cbV×10-3mol

mg

×100%=

23.2cbV

m

%，
双氧水能够氧化碱式滴定管的橡胶管，所以应该用酸式滴定管盛放双氧水；
故答案为：c；2H⁺+2Fe²⁺+H₂O₂=2Fe³⁺+2H₂O；酸式；

23.2cbV

m

%；
（3）pH=10.8时Mg²⁺已除尽，控制溶液pH=12.0目的是使生成的Al（OH）₃尽可能的溶解，便于获得较纯净的Mg（OH）₂沉淀；
已知Ksp[Mg（OH）₂]=5.6×10^-12，当控制溶液pH=12时，可确保Mg²⁺除尽，此时溶液中Mg²⁺的物质的量浓度为：c（OH^-）=

10-14

10-12

mol/L=10^-2mol/L，Ksp（Mg（OH）₂）=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=5.6×10^-12，c（Mg²⁺）=

5.6×10-12

(10-2)2

=5.6×10^-8mol?L^-1，
故答案为：使生成的Al（OH）₃尽可能的溶解，便于获得较纯净的Mg（OH）₂沉淀；5.6×10^-8mol?L^-1；
（4）滤液Ⅲ中铝元素以偏铝酸根离子形式存在，可以通入过量二氧化碳气体转化成氢氧化铝沉淀，然后在加入稀硫酸将氢氧化铝转化成硫酸铝，所以需要的试剂分别为：CO₂、稀硫酸，
故答案为：CO₂；稀硫酸．

点评：本题通过Mg（OH）₂、芒硝（Na₂SO₄?10H₂O）和Al₂（SO₄）₃的制备，考查了物质制备方案的设计，题目难度中等，涉及了化学基本实验操作方法、难溶物溶度积及其计算、物质的分离与提纯等知识，试题考查的知识点较多、综合性较强，有利于提高学生的分析、理解能力．