Question

12．蛇纹石矿可以看做由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和SiO₂组成，某实验小组设计如下流程欲分别制得单质Mg、Fe、Al和Si．

有关氢氧化物沉淀时的pH见表

金属阳离子	氢氧化物开始沉淀时的pH	氢氧化物完全沉淀时的pH
Fe3+	1.9	3.2
Mg2+	9.4	11.6

请回答下列问题：
（1）滤液A中含有的阳离子有Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺、H⁺
（2）操作②中涉及的化学方程式为2C+SiO₂ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑操作④中生成沉淀G的离子方程式为AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-
（3）除去MgCl₂溶液中的HCl，可以选用的试剂为cd（填字母）
a．NaOH溶液 b．氨水c．MgO d．Mg（0H）₂
（4）由滤液H制取金属Mg的流程如下：
滤液H$\stackrel{加热浓缩}{→}$ $\stackrel{冷却结晶}{→}$MgCl₂•6H₂O$\stackrel{脱水}{→}$MgCl₂→Mg
该流程中由MgCl₂冶炼Mg的方法是电解
（5）工业上常用碱液除去铝表面的氧化膜，碱洗时常有气泡冒出，原因是2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑（用离子方程式表示），为将碱洗液中的铝以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的b
a．NH₃ b．CO₂c．NaOH d．HNO₃．

Answer 1

分析 蛇纹石矿加盐酸溶解，发生反应的化学方程式为MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O，SiO₂不与盐酸反应，以固体形式先除去，因此，不溶物B为SiO₂，滤液A中除了Mg²⁺外，还有的金属离子是Al³⁺和Fe³⁺，加入过量烧碱，滤液E为偏铝酸钠溶液，通入过量二氧化碳反应生成氢氧化铝沉淀，加热分解生成氧化铝，用电解法冶炼可生成铝；沉淀D为Fe（OH）₃和Mg（OH）₂，加入过量盐酸生成氯化铁和氯化铝，调节溶液pH=5～6时，促进铁离子水解，生成氢氧化铁沉淀，滤液H为氯化镁溶液，在HCl氛围中加热、蒸发结晶可得MgCl₂•6H₂O，脱水生成MgCl₂，电解可得Mg．
（1）蛇纹石矿可以看做MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂组成，蛇纹石加过量盐酸溶解后，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反应溶解，而SiO₂和HCl不反应，不能溶解；
（2）不溶物为SiO₂，二氧化硅和碳反应变成硅，碳元素化合价由0价变为+2价，硅元素化合价由+4价变为0价，碳是还原剂，二氧化硅是氧化剂；滤液A中含有镁离子、铁离子和铝离子、氢离子，氢离子和氢氧化钠反应生成水，镁离子、铁离子和铝离子都和氢氧化钠反应生成氢氧化物沉淀，氢氧化镁、氢氧化铁不溶于氢氧化钠溶液中，但氢氧化铝易溶于氢氧化钠溶液中生成偏铝酸根离子，偏铝酸根离子和二氧化碳能发生反应；
（3）加入的物质能和酸反应且不能引进杂质；
（4）活泼金属采用电解的方法冶炼；
（5）有气泡冒出因2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；因碱洗槽液中有AlO₂^-，故应通入CO₂来回收Al（OH）₃，发生反应2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀还会继续溶解；

解答 解：（1）蛇纹石加过量盐酸溶解，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反应溶解，反应方程式分别为：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O．而SiO₂不与盐酸反应，以沉淀的形式除去，所以滤液A中含有的阳离子有Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺、H⁺，
故答案为：Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺、H⁺；
（2）由（1）分析可知操作②中不溶物为SiO₂，工业上粗硅的生产，用二氧化硅和碳反应，碳是还原剂，二氧化硅是氧化剂，碳元素化合价由0价变为+2价，硅元素化合价由+4价变为0价，反应方程式为2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；滤液A中含有镁离子、铁离子和铝离子、氢离子，氢离子和氢氧化钠反应生成水，镁离子、铁离子和铝离子都和氢氧化钠反应生成氢氧化物沉淀，氢氧化镁、氢氧化铁不溶于氢氧化钠溶液中，但氢氧化铝易溶于氢氧化钠溶液中生成偏铝酸根离子，偏铝酸根离子和二氧化碳反应生成氢氧化铝和碳酸氢根离子，离子方程式为：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
故答案为：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）操作⑤中加入的物质能和盐酸反应，且不引进新的杂质，氧化镁、氢氧化镁难溶于水，但能与酸反应，可起调节pH作用，
故答案为：cd；
（4）镁是活泼金属，应采用电解其熔融盐的方法冶炼，所以工业上用电解熔融氯化镁的方法冶炼镁，反应方程式为：MgCl₂ $\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$ Mg+Cl₂↑，
故答案为：电解；
（5）铝能与强碱反应产生氢气，Al（OH）₃具有两性，既能与强碱反应也能与强酸反应生成盐和水，碱洗槽液中有AlO₂^-，故应通入CO₂来回收Al（OH）₃，发生反应2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀还会继续溶解，
故答案为：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；b；

点评 本题主要考查了元素化合物中金属铝、铁的性质，解题时不仅需熟知物质间的反应原理，还需灵活运用于实验的设计，题目难度中等．