Question

5．盐泥是氯碱工业中的废渣，主要成分是镁的硅酸盐和碳酸盐（含少量铁、铝、钙的盐）．实验室以盐泥为原料制取MgSO₄•7H₂O的实验过程如下：

已知：①室温下K_sp[Mg（OH）₂]=6.0×10^-12．②在溶液中，Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺从开始沉淀到沉淀完全的pH范围依次为7.1～9.6、2.0～3.7、3.1～4.7．③三种化合物的溶解度（S）随温度变化的曲线如图所示．

（1）在盐泥中加入稀硫酸调pH为1～2以及煮沸的目的是为了提高Mg²⁺的浸取率．
（2）若室温下的溶液中Mg²⁺的浓度为6.0mol•L^-1，则溶液pH≥8才可能产生Mg（OH）₂沉淀．
（3）由滤液Ⅰ到滤液Ⅱ需先加入NaClO调溶液pH约为5，再趁热过滤，则趁热过滤的目的是高温下CaSO₄•2H₂O溶解度小，滤渣的主要成分是Al（OH）₃、Fe（OH）₃、CaSO₄•2H₂O．
（4）从滤液Ⅱ中获得MgSO₄•7H₂O晶体的实验步骤依次为①向滤液Ⅱ中加入NaOH溶液；②过滤，得沉淀；③向沉淀中加足量稀硫酸；④蒸发浓缩，降温结晶；⑤过滤、洗涤得产品．
（5）若获得的MgSO₄•7H₂O的质量为24.6g，则该盐泥中镁[以Mg（OH）₂计]的百分含量约为20.0%（MgSO₄•7H₂O的相对分子质量为246）．

Answer 1

分析 盐泥主要成分是镁的硅酸盐和碳酸盐（含少量铁、铝、钙的盐），加入稀硫酸条件pH，硅酸盐生成硅酸沉淀，碳酸盐生成二氧化碳气体和阳离子，过滤除去难溶性物质，滤液Ⅰ中含Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、H⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等阳离子，滤液Ⅰ到滤液Ⅱ需除去Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、H⁺、Ca²⁺．
（1）加入稀硫酸调pH为1～2以及煮沸是为了获得硫酸镁；
（2）根据氢氧化镁的Ksp=c（Mg²⁺）•c²（OH^-）计算c（OH^-），再计算溶液pH；
（3）加入NaClO将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，调溶液pH约为5，Fe³⁺、Al³⁺转化为沉淀，高温下CaSO₄•2H₂O溶解度小，会析出晶体，过滤除去；
（4）滤液Ⅱ中含有NaCl、硫酸镁，将镁离子转化为氢氧化镁沉淀，过滤分离，再用硫酸溶解氢氧化镁，将溶液蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤得硫酸镁晶体；
（5）根据镁元素守恒结合关系式：MgSO₄•7H₂O～Mg（OH）₂进行计算．

解答 解：盐泥主要成分是镁的硅酸盐和碳酸盐（含少量铁、铝、钙的盐），加入稀硫酸条件pH，硅酸盐生成硅酸沉淀，碳酸盐生成二氧化碳气体和阳离子，过滤除去难溶性物质，滤液Ⅰ中含Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、H⁺、Mg²⁺、Ca²⁺等阳离子，滤液Ⅰ到滤液Ⅱ需除去Fe²⁺、Fe³⁺、Al³⁺、H⁺、Ca²⁺．
（1）在盐泥中加入稀硫酸调pH为1～2并煮沸的目的是为了：提高Mg²⁺的浸取率，
故答案为：为了提高Mg²⁺的浸取率；
（2）K_sp[Mg（OH）₂]=c（Mg²⁺）•c²（OH^-）=6.0×10^-12，溶液中Mg²⁺的浓度为6.0mol•L^-1，则溶液中c（OH^-）=$\sqrt{\frac{6.0×1{0}^{-12}}{6}}$mol/L=10^-6mol/L，所以氢离子浓度为$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-6}}$=10^-8mol/L，则pH=-lg10^-8=8，
故答案为：8；
（3）加入NaClO将Fe²⁺氧化为Fe³⁺，调溶液pH约为5，Fe³⁺、Al³⁺转化为沉淀，高温下CaSO₄•2H₂O溶解度小，会析出晶体，过滤除去，所得到的滤渣主要成分是：Al（OH）₃、Fe（OH）₃、CaSO₄•2H₂O，
故答案为：高温下CaSO₄•2H₂O溶解度小；Al（OH）₃、Fe（OH）₃、CaSO₄•2H₂O；
（4）滤液Ⅱ中含有NaCl、硫酸镁，加入氢氧化钠溶液将镁离子转化为氢氧化镁沉淀，过滤分离，再加入足量的稀硫酸溶解氢氧化镁，将溶液蒸发浓缩、降温结晶、过滤、洗涤得硫酸镁晶体，
故答案为：NaOH溶液；向沉淀中加足量稀硫酸；
（5）设该盐泥中含Mg（OH）₂的质量为x，MgSO₄•7H₂O质量为24.6克，
MgSO₄•7H₂O～Mg（OH）₂
246         58
24.6g        x
所以x=$\frac{24.6g×58}{246}$=5.8g
故该盐泥中含Mg（OH）₂的百分含量为$\frac{5.8g}{29g}$×100%=20.0%，
故答案为：20.0%．

点评 本题考查物质的制备，涉及物质的分离和提纯、条件的控制、物质含量测定，注意根据问题理解工艺流程，较好的考查学生分析和解决问题的能力，题目综合性强，难度中等．