Question

17．卤块主要成分是MgCl₂，还含此外还含Fe²⁺、Fe³⁺和Mn²⁺等杂质离子．以卤块为原料按如图所示流程进行生产，可制得轻质氧化镁．

相关数据：

表1：生成氢氧化物沉淀的pH			表2：原料价格表
物质	开始沉淀	沉淀完全	物质	价格（元/吨）
Fe（OH）3	2.7	3.7	a．漂液（含25.2%NaClO）	450
Fe（OH）2	7.6	9.6	b．双氧水（含30%H2O2）	1500
Mn（OH）2	8.3	9.8	c．烧碱（含98%NaOH）	2200
Mg（OH）2	9.6	11.1	d．纯碱（含99.5%Na2CO）	800

请根据表提供的资料回答：
（1）流程中加入的试剂X、Y、Z最佳选择依次是表2中的a、c、d（选填试剂编号）．
（2）步骤②发生反应的离子方程式为2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=Cl^-+2Fe³⁺+H₂O；步骤⑤中发生反应的化学方程为MgCO₃+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+CO₂↑．
（3）为尽量除去杂质，步骤③控制pH为9.8时，停止加入Y．调节为该pH的目的是使Mg²⁺以外的杂质尽可能彻底地转化为沉淀除去．
（4）若在实验室进行步骤⑥的灼烧实验，必须用到的仪器是ABCE．
A．酒精喷灯  B．铁三角架  C．坩埚  D．蒸发皿   E．泥三角  F．烧杯 G．石棉网
（5）已知在25℃时，K_sp[Mg（OH）₂）=3.2×10^-11，向0.02mol•L^-1的MgCL₂溶液中加入NaOH固体，如要生成Mg（ OH ）₂沉淀，应使溶液中的c（ OH^-）最小为4×10^-5 mol•L^-1．
（6）为了分析制取的产品中残留铁元素的含量，取5g产品，先将Fe³⁺预处理为Fe²⁺后配制成100mL溶液，取25.00mL，用0.01mol•L^-1KMnO₄标准溶液在酸性条件下进行滴定．
①滴定前是否要滴加指示剂？否（填“是”或“否”），请说明理由KMnO₄溶液的紫红色可指示反应终点．
②终点时，消耗标准溶液20.00mL，则残留物中铁元素的质量分数是4.480%．
（7）判断下列操作对测定结果的影响（填“偏高“、“偏低”或“无影响”）
①若在配制标准溶液过程中，烧杯中的KMnO₄溶液有少量溅出，使测定结果偏高．
②若在滴定终点读取滴定管刻度时，俯视标准液液面，使测定结果偏低．

Answer 1

分析 为除去Fe²⁺，先将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，然后加入NaOH调节pH为9.8，然后在滤液中加入纯碱将Mg²⁺从溶液中以MgCO₃沉淀出来，然后加热煮沸可得到Mg（OH）₂，灼烧后得到MgO，
（1）依据图表数据和经济效益分析加入的试剂的最佳选择；
（2）次氯酸钠具有氧化性在酸溶液中氧化亚铁离子为铁离子，据此写出反应的离子方程式；Z为碳酸钠，则步骤④生成沉淀为碳酸镁，碳酸镁在加热条件下水解生成氢氧化镁和二氧化碳气体；
（3）步骤③的目的在于使除Mg²⁺以外的各种杂质金属离子都生成氢氧化物沉淀，以便通过过滤而除去；
（4）灼烧需要的仪器有铁三脚、酒精喷灯、坩埚、泥三角；
（5）根据c（OH^-）=$\sqrt{\frac{Ksp（氢氧化镁）}{c（M{g}^{2+}）}}$计算；
（6）①KMnO₄溶液的紫红色可指示反应终点；
②根据5Fe²⁺～KMnO₄，计算铁元素的质量，再计算铁元素的质量分数；
（7）①在配制标准溶液过程中，烧杯中的KMnO₄溶液有少量溅出，配制的标准液浓度偏低，消耗标准液体积偏大，测定结果偏高；
②若在滴定终点读取滴定管刻度时，俯视标准液液面，使标准液消耗体积读书偏小，使测定结果偏低．

解答 解：（1）步骤②是为了将Fe²⁺氧化成Fe³⁺，并在控制合适的pH条件时生成Fe（OH）₃沉淀而除之，虽然漂液和H₂O₂都可采用，但对比表2提供的原料价格可以看出，漂液比H₂O₂的价格低得多，所以选漂液最合理，故X为漂液；加入Y的目的是调节pH，选用氢氧化钠，故Y为烧碱；加入Z的目的是使镁离子沉淀，Z为纯碱；
故答案为：a、c、d；
（2）流程中加入次氯酸钠在酸性溶液中会氧化亚铁离子为铁离子，反应的离子方程式为：2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=2Fe³⁺+Cl^-+H₂O；
加入的Z物质为纯碱，所以步骤④生成的沉淀物是MgCO₃，所以沉淀物MgCO₃在煮沸的情况下发生水解，生成Mg（OH）₂和CO₂气体，反应的化学方程式为：MgCO₃+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+CO₂↑，
故答案为：2Fe²⁺+ClO^-+2H⁺=Cl^-+2Fe³⁺+H₂O；MgCO₃+H₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mg（OH）₂↓+CO₂↑；
（3）步骤③的目的在于使除Mg²⁺以外的各种杂质金属离子都生成氢氧化物沉淀，以便通过过滤而除去，应加入NaOH，如加入纯碱，不能达到较高的PH，分析表1提供的数据：除去杂质离子合理的pH范围是3.7＜pH＜9.8，在此范围内，如果pH过高，就会有大量的Mg²⁺生成Mg（OH）₂而进入沉淀中，从而导致生产成本的提高；为了兼顾产品质量和生产成本，选择pH=9.8最合理，当然此时Mg²⁺也会部分生成Mg（OH）₂沉淀，但由于卤块价格低廉，这点不可避免的损失还是可以承受的，以此保证产品的纯度；
故答案为：9.8；使Mg²⁺以外的杂质尽可能彻底地转化为沉淀除去；
（4）灼烧需要的仪器有铁三脚、酒精喷灯、坩埚、泥三角；
故答案为：ABCE；
（5）已知在25℃时，K_sp[Mg（OH）₂）=3.2×10^-11，向0.02mol•L^-1的MgCL₂溶液中加入NaOH固体，如要生成Mg（ OH ）₂沉淀，应使溶液中的c（ OH^-）最小为$\sqrt{\frac{3.2×1{0}^{-11}}{0.02}}$=4×10^-5mol/L；
故答案为：4×10^-5；
（6）①本实验中，用KMnO₄滴定，KMnO₄溶液的紫红色可指示反应终点，所以不需加入指示剂；
故答案为：否；KMnO₄溶液的紫红色可指示反应终点；
 ②根据5Fe²⁺～KMnO₄，则样品中铁元素的质量为：$0.01mol/L×20×1{0}^{-3}L×\frac{100mL}{25mL}×56g/mol$=0.224g，则残留物中铁元素的质量分数是$\frac{0.224g}{5g}×100%$=4.480%；
故答案为：4.480%；
（7）①在配制标准溶液过程中，烧杯中的KMnO₄溶液有少量溅出，配制的标准液浓度偏低，消耗标准液体积偏大，测定结果偏高；
故答案为：偏高；
②若在滴定终点读取滴定管刻度时，俯视标准液液面，使标准液消耗体积读书偏小，使测定结果偏低；
故答案为：偏低．

点评 本题考查了物质的制备，涉及物质制备实验方案的设计、滴定实验误差分析、物质的配制等知识点，题目难度中等，注意掌握化学基本实验操作方法，明确物质制备实验方案设计原则，本题中合理分析制取流程、得出氧化镁的制备原理为解题的关键，试题综合性较强、涉及知识点较多，充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．