Question

11．硫酸镁还原热解制高纯氧化镁是一种新的探索．以菱镁矿（主要成分为MgCO₃，含少量FeCO₃等不溶性杂质）为原料制备高纯氧化镁的实验流程如图：

（1）MgCO₃在酸溶时的化学反应方程式为MgCO₃+H₂SO₄═MgSO₄+H₂O+CO₂↑．
（2）氧化过程中需要加入氧化剂，该氧化剂的最佳选择是H₂O₂．
（3）滤渣2的成分是Fe（OH）₃；其Ksp的最大值约为1×10^-35．
（4）煅烧过程存在以下反应：2MgSO₄+C$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$2MgO+2SO₂↑+CO₂↑
MgSO₄+C$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$MgO+SO₂↑+CO↑MgSO₄+3C$\frac{\underline{\;800℃\;}}{\;}$MgO+S↑+3CO↑
①实验室中煅烧需要的仪器除酒精灯、三脚架以外，还需要BC．
A．蒸发皿      B．坩埚       C．泥三角       D．石棉网
利用如图装置对煅烧产生的气体分别进行吸收或收集

②D中收集的气体是CO．
③B中盛放的溶液可以是d（填字母）．
a．NaOH溶液    b．Na₂CO₃溶液c．稀硝酸      d．KMnO₄溶液
④A中得到的淡黄色固体与热的NaOH溶液反应，产物中元素最高价态为+4，写出该反应的离子方程式：3S+6OH^-2$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$S^2-+SO₃^2-+3H₂O．

Answer 1

分析 以菱铁矿（主要成分为MgCO₃，含少量FeCO₃）为原料，加入稀硫酸酸溶过滤得到滤液为硫酸镁，硫酸亚铁溶液，滤渣1为不溶物，滤液中加入过氧化氢氧化亚铁离子为铁离子，加入一水合氨调节溶液PH沉淀铁离子，过滤得到滤渣2为氢氧化铁沉淀，滤液为硫酸镁溶液，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤洗涤制备硫酸镁，和木炭高温煅烧制备高纯氧化镁．
（1）MgCO₃和H₂SO₄发生复分解反应生成MgSO₄、H₂O和CO₂，根据反应物和生成物的质量守恒书写方程式；
（2）加入的氧化剂能氧化亚铁离子转化为铁离子且不能引进新的杂质；
（3）通过以上分析知，滤渣2是Fe（OH）₃；溶液的pH=4，则溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-4}}$mol/L=10^-10mol/L，当溶液中c（Fe³⁺）≤10^-5 mol/L时Fe³⁺完全沉淀，据此计算Ksp[Fe（OH）₃]；
（4）①灼烧固体药品的仪器是坩埚，需要在泥三角上进行加热；
②煅烧得到的气体主要有SO₂、CO₂、CO、S，产生的气体进行分步吸收或收集，所以通过A使硫蒸气冷凝下来，再通过B装置高锰酸钾溶液吸收SO₂，通过C中的氢氧化钠溶液吸收CO₂，最后剩余CO气体在D中收集；
③B溶液的目的是吸收SO₂但不能吸收CO₂，所以该处溶液应该具有强氧化性，能和SO₂反应但不能产生新的杂质；
④氧化还原反应中有化合价升高的物质也有化合价降低的物质，产物中元素最高价态为+4，NaOH没有氧化性，所以只能是S发生歧化反应，S元素化合价降低为-2价，所以该离子反应产物有S^2-和SO₃²．

解答 解：（1）MgCO₃和H₂SO₄发生复分解反应生成MgSO₄、H₂O和CO₂，根据反应物和生成物书写方程式为MgCO₃+H₂SO₄═MgSO₄+H₂O+CO₂↑，
故答案为：MgCO₃+H₂SO₄═MgSO₄+H₂O+CO₂↑；
（2）加入被称作绿色氧化剂的H₂O₂，故答案为：H₂O₂；
（3）通过以上分析知，滤渣2是Fe（OH）₃；溶液的pH=4，则溶液中c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-4}}$mol/L=10^-10mol/L，当溶液中c（Fe³⁺）≤10^-5 mol/L时Fe³⁺完全沉淀，Ksp[Fe（OH）₃]=c（OH^-）³．c（Fe³⁺）=（10^-10）³.10^-5=1×10^-35，
故答案为：Fe（OH）₃；1×10^-35；
（4）①灼烧固体药品的仪器是坩埚，需要在泥三角上进行加热，所以还需要的仪器是坩埚和泥三角，
故选BC；
②煅烧得到的气体主要有SO₂、CO₂、CO、S，产生的气体进行分步吸收或收集，所以通过A使硫蒸气冷凝下来，再通过B装置高锰酸钾溶液吸收SO₂，通过C中的氢氧化钠溶液吸收CO₂，最后剩余CO气体在D中收集，
故答案为：CO；
③B溶液的目的是吸收SO₂但不能吸收CO₂，所以该处溶液应该具有强氧化性，能和SO₂反应但不能产生新的杂质，
a．NaOH溶液能吸收二氧化碳，且没有强氧化性，不符合条件，故错误；
b．Na₂CO₃溶液能吸收二氧化碳，且没有强氧化性，不符合条件，故错误；
c．稀硝酸具有强氧化性，但不能吸收二氧化硫，故错误；
d．KMnO₄溶液具有强氧化性，且能吸收二氧化硫，故正确；
故选d；
④氧化还原反应中有化合价升高的物质也有化合价降低的物质，产物中元素最高价态为+4，NaOH没有氧化性，所以只能是S发生歧化反应，S元素化合价降低为-2价，所以该离子反应产物有S^2-和SO₃^2-，根据反应物和生成物及反应条件知，该离子反应方程式为3S+6OH^-$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$2S^2-+SO₃^2-+3H₂O，
故答案为：3S+6OH^-2$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$S^2-+SO₃^2-+3H₂O．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，涉及氧化还原反应、除杂、物质检验、仪器的选取、溶度积常数等知识点，综合性较强，明确反应原理、基本操作、仪器的用途、难溶物溶解平衡等即可解答，注意除杂时要除去杂质且不能引进新的杂质，易错点是（4）③题，注意SO₂和CO₂混合气体检验先后顺序及所用的试剂，题目难度中等．