Question

硼镁泥是一种工业废料，主要成份是MgO（占40%），还有Al₂O₃、CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO、SiO₂等杂质，以此为原料提取硫酸镁晶体和氢氧化铝．
从硼镁泥中提取MgSO₄?7H₂O的流程如下：

已知：NaClO与Mn²⁺反应产生MnO₂沉淀．

沉淀物	Fe（OH）3	Al（OH）3	Fe（OH）2
开始沉淀pH	2.3	4.0	7.6
完全沉淀pH	4.1	5.2	9.6

请完成下列填空：
（1）实验中需用1.00mol/L的硫酸80.0mL，若用98%的浓硫酸（密度1.84g/cm³）来配制，除玻璃棒、胶头滴管、烧杯外，还需要的定量玻璃仪器有

 

（注明规格）．
（2）加入的NaClO有三个作用，用离子方程式表示其中一个作用：

 

．
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

（3）“除钙”是将MgSO₄和CaSO₄混合溶液中的CaSO₄除去，根据上表数据，操作步骤依次为蒸发浓缩、

 

．操作Ⅰ中的步骤之一是洗涤沉淀，具体的操作方法是

 

．
（4）如果测得提供的硼镁泥的质量为100.0g，得到的MgSO₄?7H₂O 196.8g，则MgSO₄?7H₂O的产率为

 

．
（5）从硼镁泥提取硫酸镁晶体后的滤渣，主要还含有Al（OH）₃、Fe（OH）₃，MnO₂、SiO₂，先用稀盐酸除去MnO₂和SiO₂，请补全下面的流程图，完成从滤渣中获取Al（OH）₃的方案（仿照上述流程图表示）．

Answer 1

考点：制备实验方案的设计,物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：硼镁泥中加入稀硫酸，MgO、Al₂O₃、CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO都和稀硫酸反应生成可溶性硫酸盐和水，向溶液中加入NaClO并调节溶液的pH在5～6之间，锰离子被次氯酸根离子氧化生成二氧化锰沉淀，亚铁离子被次氯酸根离子氧化生成铁离子，根据氢氧化物沉淀需要的pH知，铁离子和铝离子都生成沉淀，然后除钙，使钙离子和硫酸根离子生成硫酸钙沉淀，将混合溶液过滤得到滤液，最后将滤液蒸发浓缩、冷却结晶得到硫酸镁晶体；
（1）配制一定物质的量浓度的溶液需要容量瓶和量筒，根据配制溶液体积、浓硫酸体积选取容量瓶和量筒规格；
（2）次氯酸根离子具有强氧化性，能氧化还原性离子，亚硫酸根离子和氢离子反应生成次氯酸，从而增大溶液pH；
（3）从溶液中制取晶体采用加热浓缩、冷却结晶的方法；
（4）根据硼镁泥中镁的质量、硫酸镁晶体中镁的质量计算其产率；
（5）根据氢氧化铝、氢氧化铁、二氧化锰、二氧化硅的性质选取合适的溶剂，然后采用过滤的方法分离固体和溶液，再根据偏铝酸钠的性质制取氢氧化铝固体．

解答： 解：硼镁泥中加入稀硫酸，MgO、Al₂O₃、CaO、MnO、Fe₂O₃、FeO都和稀硫酸反应生成可溶性硫酸盐和水，向溶液中加入NaClO并调节溶液的pH在5～6之间，锰离子被次氯酸根离子氧化生成二氧化锰沉淀，亚铁离子被次氯酸根离子氧化生成铁离子，根据氢氧化物沉淀需要的pH知，铁离子和铝离子都生成沉淀，然后除钙，使钙离子和硫酸根离子生成硫酸钙沉淀，将混合溶液过滤得到滤液，最后将滤液蒸发浓缩、冷却结晶得到硫酸镁晶体，
（1）实验中需用1.00mol/L的硫酸80.0mL，若用98%的浓硫酸（密度1.84g/cm³）来配制，浓硫酸的物质的量浓度=

103×1.84×98%

98

mol/L=18.4mol/L，浓硫酸的体积=

1.00mol/L×0.08L

18.4mol/L

=4.3mL，所以需要选取10mL量筒，则除玻璃棒、胶头滴管、烧杯外，还需要的定量玻璃仪器有100mL的容量瓶、10mL量筒，
故答案为：10mL量筒、100mL容量瓶；
（2）次氯酸根离子具有强氧化性，能将锰离子、亚铁离子氧化为二氧化锰沉淀、铁离子，从而除去杂质离子，次氯酸根离子和氢离子反应生成次氯酸，从而调节溶液的pH，离子方程式为ClO^-+Mn²⁺+H₂O=2H⁺+Cl^-+MnO₂↓、ClO^-+2Fe²⁺+2H⁺=Cl^-+2Fe³⁺+H₂O、ClO^-+H⁺?HClO，
故答案为：ClO^-+Mn²⁺+H₂O=2H⁺+Cl^-+MnO₂↓、ClO^-+2Fe²⁺+2H⁺=Cl^-+2Fe³⁺+H₂O、ClO^-+H⁺?HClO；
（3）操作步骤依次为蒸发浓缩、趁热过滤，因为温度越高硫酸钙、硫酸镁的溶解度越小，所以要趁热过滤；
洗涤沉淀的方法为向漏斗里加入蒸馏水，使水面没过沉淀物，等水流完后，重复操作数次，
故答案为：趁热过滤；向漏斗里加入蒸馏水，使水面没过沉淀物，等水流完后，重复操作数次；
（4）如果测得提供的硼镁泥的质量为100.0g，硼镁泥中Mg的质量=100.0g×40%×

24

40

=24g
得到的MgSO₄?7H₂O 196.8g，Mg的质量=196.8g×

24

246

×100%=19.2g，则MgSO₄?7H₂O的产率=

19.2g

24g

×100%=80.0%，
故答案为：80.0%；
（5）滤渣中Al（OH）₃、Fe（OH）₃和稀盐酸反应生成生成可溶性氯化物，MnO₂、SiO₂和HCl不反应，然后向溶液中加入过量NaOH溶液，铝离子转化为偏铝酸根离子，铁离子转化为氢氧化铁沉淀，然后过滤，向滤液中通入二氧化碳达到氢氧化铝沉淀，然后过滤得到沉淀，用蒸馏水洗涤沉淀、干燥沉淀即可得到氢氧化铝固体，其流程图为，
故答案为：．

点评：本题考查制备实验方案设计，侧重考查学生综合应用能力，明确物质的性质是设计实验的依据，熟练掌握元素化合物知识，知道量筒、容量瓶规格的选取方法，题目难度中等．