Question

7．工业上用白云石制备高纯氧化镁的工艺流程如下：

已知Ⅰ．白云石主要成分可表示为：CaO 32.50%；MgO 20.58%；Fe₂O₃2.18%；SiO₂ 0.96%；其他 43.78%．
（1）为了提高白云石的煅烧效果，可以采取的措施是将矿石粉碎．若在实验室中煅烧白云石，需要的仪器除酒精灯、三脚架以外，还需要BC（填序号）．
A．蒸发皿         B．坩埚        C．泥三角        D．石棉网
（2）加入H₂SO₄控制pH时，终点pH对产品的影响如图所示．则由图示可得到的结论及原因是：

①pH过高会导致镁浸出率降低下降，其原因是Mg（OH）₂或MgO未完全溶解
②pH过低会引起产品纯度下降，其原因可能是AC（填序号）
A．Fe₂O₃溶于H₂SO₄最终使产品混有杂质                
B．SiO₂溶于H₂SO₄最终使产品混有杂质
C．酸性过强，形成可溶的Ca（HSO₄）₂，最终使产品混有含钙的杂质
（3）已知MgSO₄、CaSO₄的溶解度如下表：

温度（℃）	40	50	60	70
MgSO4	30.9	33.4	35.6	36.9
CaSO4	0.210	0.207	0.201	0.193

根据上表数据，简要说明析出CaSO₄.2H₂O的操作步骤是升温结晶、趁热过滤．
（4）写出沉淀反应中的离子方程式：Mg²⁺+2NH₃．H₂O═Mg（OH）₂↓+2NH₄⁺．
（5）该生产流程中还可得到的一种副产品是（NH₄）₂SO₄．
（6）已知酸碱指示剂百里酚蓝变色的pH范围如表所示：25℃时，向Mg（OH）₂的饱和溶液中滴加2滴百里酚蓝指示剂，溶液所呈现的颜色为蓝色（25℃时，Mg（OH）₂的溶度积Ksp=5.6×10^-12）．

pH	＜8.0	8.0～9.6	＞9.6
颜色	黄色	绿色	蓝色

Answer 1

分析 白云石煅烧后加水消化，再加硫酸调节pH值，得到硫酸钙晶体沉淀，过滤后得滤液主要是硫酸镁溶液，加入氨水得氢氧化镁沉淀，同时得到硫酸铵溶液，氢氧化镁沉淀经洗涤、干燥、煅烧得高纯氧化镁．
（1）对矿石进行粉碎，增大反应的接触面积，从而加快反应速率；若在实验室煅烧白云石，煅烧需要的配套装置有酒精灯、三脚架、坩埚、泥三角坩、埚钳等；
（2）①曲线上打小方点的是氧化镁的纯度，该纯度随着pH的增大呈现出增大的趋势，而曲线上打黑点的是镁浸出率曲线，该曲线随着pH的增大，呈现出逐渐下降的趋势，且当pH＞6时，浸出率下降得越来越快，应是pH过高沉淀中氧化镁、氢氧化镁没有溶解；
②pH过低会引起制得的氧化镁的纯度偏低，白云石中的氧化物杂质Fe₂O₃、CaO都会溶于硫酸，并且生成可溶的物质；
（3）由表中数据可知，硫酸镁易溶于水，溶解度随温度升高而升高，而硫酸钙则微溶于水，随着温度升高溶解度基本不变，所以利用二者溶解度上的差异，若要析出硫酸钙晶体来，可以采取的措施是升温结晶、趁热过滤；
（4）沉淀步骤中反应池中的主要为镁离子，所以加入氨水，氨水和镁离子结合生成沉淀氢氧化镁，注意氨水不能拆；
（5）当沉淀步骤析出Mg（OH）₂后，溶液还剩下NH₄⁺和SO₄^2-，利用此剩余溶液制得副产品（NH₄）₂SO₄；
（6）饱和的氢氧化镁溶液存在Mg（OH）₂（s）=Mg²⁺（aq）+2 OH^-（aq）溶解平衡，2c（Mg²⁺）=c（OH^-），根据溶度积Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=5.6×10^-12，计算出c（OH^-），再计算pH判断．

解答 解：白云石煅烧后加水消化，再加硫酸调节pH值，得到硫酸钙晶体沉淀，过滤后得滤液主要是硫酸镁溶液，加入氨水得氢氧化镁沉淀，同时得到硫酸铵溶液，氢氧化镁沉淀经洗涤、干燥、煅烧得高纯氧化镁．
（1）提高矿石煅烧效果的措施通常是对矿石进行粉碎处理，以增大反应的接触面积，从而加快反应速率，使煅烧更加充分．若在实验室煅烧白云石，煅烧需要的配套装置有酒精灯、三脚架、坩埚、泥三角坩、埚钳等，必须选BC，
故答案为：粉碎；BC；
（2）①曲线上打小方点的是氧化镁的纯度，该纯度随着pH的增大呈现出增大的趋势，而曲线上打黑点的是镁浸出率曲线，该曲线随着pH的增大，呈现出逐渐下降的趋势，且当pH＞6时，浸出率下降得越来越快，应是pH过高沉淀中氧化镁、氢氧化镁没有溶解，
故答案为：镁浸出率降低； Mg（OH）₂或MgO未完全溶解；
②pH过低会引起制得的氧化镁的纯度偏低，原因是白云石中的氧化物杂质Fe₂O₃、CaO都会溶于硫酸，并且生成可溶的物质，所以AC均有可能，
故答案为：产品纯度下降；AC；
（3）由表中数据可知，硫酸镁易溶于水，溶解度随温度升高而升高，而硫酸钙则微溶于水，随着温度升高溶解度基本不变，所以利用二者溶解度上的差异，若要析出硫酸钙晶体来，可以采取的措施是升温结晶、趁热过滤，
故答案为：升温结晶、趁热过滤；
（4）沉淀步骤中反应池中的主要为镁离子，所以加入氨水，氨水和镁离子结合生成沉淀氢氧化镁，所以离子方程式是Mg²⁺+2NH₃．H₂O═Mg（OH）₂↓+2NH₄⁺，
故答案为：Mg²⁺+2NH₃．H₂O═Mg（OH）₂↓+2NH₄⁺；
（5）当沉淀步骤析出Mg（OH）₂后，溶液还剩下NH₄⁺和SO₄^2-，所以可以利用此剩余溶液制得副产品（NH₄）₂SO₄，可用于做氮肥，
故答案为：（NH₄）₂SO₄；
（6）饱和的氢氧化镁溶液存在Mg（OH）₂（s）=Mg²⁺（aq）+2 OH^-（aq）溶解平衡，2c（Mg²⁺）=c（OH^-），又溶度积Ksp=c（Mg²⁺）×c²（OH^-）=5.6×10^-12，由此可以得出c（OH^-）=3.6×10^-4，所以pH＞9.6，所以加入百里酚蓝指示剂，溶液呈蓝色，
故答案为：蓝色．

点评 本题以物质制备为载体，考查物质的分离提纯、条件控制选择、实验基本操作、溶度积有关计算以及对原理的分析等，理解利用溶解度的差别进行物质的分离提纯，较好的考查学生分析和解决问题的能力．