Question

某化学实验室以一种工业上的废渣(废渣主要含有MgCO₃、MgSiO₃和少量Fe、Al的氧化物)为原料，制备MgCO₃·3H₂O。实验流程如下图所示：

（1）为了加快废渣的酸溶速率，可采取的办法有_________(任写一点)，酸溶时废渣中主要成分发生反应的离子方程式为___________________________________。

（2）加入30%H₂O₂的目的是__________________________________。

（3）用萃取分液的方法除去溶液中的Fe³⁺

萃取分液完成后，检验水相中是否含有Fe³⁺的最佳试剂是__________________________。

（4）室温下，除去MgSO₄溶液中的A1³⁺(使Al³⁺浓度小于1×10^-6mol/L)而不引入其它杂质，应加入的试剂X为__________，应调节pH的范围为_________________。

已知：①Ksp[Al(OH)₃]=1.0×10^-33        ②pH=8.5 时，Mg(OH)₂开始沉淀

（5）下图为不同反应温度下所得水合碳酸镁的X射线衍射谱图。由图可知，干燥时需控制温度范围为___________________，温度较高时MgCO₃·3H₂O发生转化的化学方程式为_______________________________。

Answer

升高温度、搅拌、提高硫酸浓度等 MgCO3+2H+=Mg2++H2O+CO2↑ MgSiO3+2H+=Mg2++H2SiO3 将Fe2+氧化为Fe3+ ，便于除去 KSCN 溶液 MgO、Mg(OH)2、MgCO3或Mg2(OH)2 CO3 5.0＜pH＜8.5 293K~313K（313K以下也可） 5MgCO3·3H2O =Mg5 (OH)2 (CO3)4· 4H2O+CO2↑+10H2O

【解析】试题分析：本题通过“用工业废料制备MgCO3·3H2O”的研究，主要考查外界条件对化学反应速率的影响、离子反应方程式、化学方程式、Fe2+的还原性、Fe3+检验、溶度积的计算等基础知识，考查考生对流程图的分析能力、溶度积的认识和理解、X射线衍射谱图的分析能力和化学知识的综合运用能力。

解析：（1）废渣中的MgCO3、MgSiO3、Fe、Al分别与H2SO4反应生成MgSO4、FeSO4、Al2(SO4)3、H2SiO3等，根据影响化学反应速率的因素相关知识，为了提高酸溶速率，可以采取粉碎固体、适当升高溶液温度、适当提高硫酸浓度、搅拌等措施。正确答案：粉碎固体（或者适当升高溶液温度、适当提高硫酸浓度等）、MgCO3+2H+=Mg2++H2O+CO2↑及MgSiO3+2H+=Mg2++H2SiO3。（2）酸溶后过滤除去H2SiO3，溶液中加入30%的H2O2可以将Fe2+氧化成Fe3+，这样便可以在下一步用有机溶剂通过萃取除去Fe3+。正确答案：将Fe2+氧化为Fe3+ ，便于萃取除去。（3）萃取完成后，检验Fe3+可以取萃取后的水溶液，加入KSCN溶液，混合溶液不变成红色说明不含Fe3+。正确答案：KSCN溶液。（4）萃取分液后还需要除去Al3+，可以加入MgO（或者Mg(OH)2、或MgCO3）消耗H+使溶液酸性减弱进而生成Al(OH)3沉淀。根据Al(OH)3的溶度积常数， ，则c(OH-)=1×10-9mol/L，c(H+)=1×10-5mol/L，pH=5。既当溶液pH=5时，Al(OH)3开始沉淀，而pH=8.5时，Mg(OH)2开始沉淀，因此为了除去Al3+并确保Mg2+不损失，需控制溶液pH为5~8.5。正确答案：MgO（或Mg(OH)2、或MgCO3、或Mg2(OH)2 CO3）、5.0~8.5（或5.0＜pH＜8.5）。（5）从图中可以得知，当温度升高至313K以上， MgCO3·3H2O就有可能发生反应，323K既更高温度下，MgCO3·3H2O转变成Mg5 (OH)2 (CO3)4· 4H2O，影响产品质量。所以温度应当控制在313K以下。323K时已知的变化为MgCO3·3H2O→Mg5 (OH)2 (CO3)4· 4H2O，同时生成的产物只可能是CO2、H2O，配平得5MgCO3·3H2O =Mg5 (OH)2 (CO3)4· 4H2O+CO2↑+10H2O。正确答案：313K以下（或293K~313K）、5MgCO3·3H2O =Mg5 (OH)2 (CO3)4· 4H2O+CO2↑+10H2O。