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卤块的主要成分是MgCl2,此外还含Fe2+、Fe3+和Mn2+等杂质离子.以卤块为原料按如图所示流程进行生产,可制得轻质氧化镁.查阅资料得下表相关数据:表1:生成氢氧化物沉淀的pH表2:原料价
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卤块的主要成分是MgCl2,此外还含Fe2+、Fe3+和Mn2+等杂质离子.以卤块为原料按如图所示流程进行生产,可制得轻质氧化镁.
查阅资料得下表相关数据:
﹡Fe2+氢氧化物呈絮状,不易从溶液中除去,必须将它氧化后以Fe(OH)3沉淀形式才能除尽.
若要求产品尽量不含杂质且生产成本较低,请根据上表提供的资料回答:
(1)流程中加入的试剂X、Y、Z最佳选择依次是表2中的___(选填试剂编号).
(2)步骤②发生反应的离子方程式为___;步骤⑤中发生反应的化学方程为___.
(3)步骤③控制pH=9.8的目的是___.
(4)若在实验室进行步骤⑥的灼烧实验,必须用到的仪器是铁三脚、酒精喷灯、___和泥三角.
(5)在探究Mg(OH)2溶解性的实验中,发现向装有少量Mg(OH)2浊液的试管中加入适量NH4Cl晶体,充分振荡后溶液会变澄清,请用化学平衡的原理解释浊液变澄清的原因___.
查阅资料得下表相关数据:
表1:生成氢氧化物沉淀的pH | 表2:原料价格表 | |||
物质 | 开始沉淀 | 沉淀完全 | 物质 | 价格(元/吨) |
Fe(OH)3 | 2.7 | 3.7 | a.漂液(含25.2%NaClO) | 450 |
Fe(OH)2 | 7.6 | 9.6﹡ | b.双氧水(含30%H2O2) | 2400 |
Mn(OH)2 | 8.3 | 9.8 | c.烧碱(含98%NaOH) | 2100 |
Mg(OH)2 | 9.6 | 11.1 | d.纯碱(含99.5%Na2CO3) | 600 |
若要求产品尽量不含杂质且生产成本较低,请根据上表提供的资料回答:
(1)流程中加入的试剂X、Y、Z最佳选择依次是表2中的___(选填试剂编号).
(2)步骤②发生反应的离子方程式为___;步骤⑤中发生反应的化学方程为___.
(3)步骤③控制pH=9.8的目的是___.
(4)若在实验室进行步骤⑥的灼烧实验,必须用到的仪器是铁三脚、酒精喷灯、___和泥三角.
(5)在探究Mg(OH)2溶解性的实验中,发现向装有少量Mg(OH)2浊液的试管中加入适量NH4Cl晶体,充分振荡后溶液会变澄清,请用化学平衡的原理解释浊液变澄清的原因___.
▼优质解答
答案和解析
(1)步骤②是为了将Fe2+氧化成Fe3+,并在控制合适的pH条件时生成Fe(OH)3沉淀而除之,虽然漂液和H2O2都可采用,但对比表2提供的原料价格可以看出,漂液比H2O2的价格低得多,所以选漂液最合理,故X为漂液;加入Y的目的是调节pH,选用氢氧化钠,故Y为烧碱;加入Z的目的是使镁离子沉淀,Z为纯碱;
故答案为:a、c、d;
(2)流程中加入次氯酸钠在酸性溶液中会氧化亚铁离子为铁离子,反应的离子方程式为:2Fe2++ClO-+2H+=2Fe3++Cl-+H2O;
加入的Z物质为纯碱,所以步骤④生成的沉淀物是MgCO3,所以沉淀物MgCO3在煮沸的情况下发生水解,生成Mg(OH)2和CO2气体,反应的化学方程式为:MgCO3+H2O
Mg(OH)2↓+CO2↑,
故答案为:2Fe2++ClO-+2H+=Cl-+2Fe3++H2O;MgCO3+H2O
Mg(OH)2↓+CO2↑;
(3)步骤③的目的在于使除Mg2+以外的各种杂质金属离子都生成氢氧化物沉淀,以便通过过滤而除去,应加入NaOH,如加入纯碱,不能达到较高的PH,分析表1提供的数据:除去杂质离子合理的pH范围是3.72+生成Mg(OH)2而进入沉淀中,从而导致生产成本的提高;为了兼顾产品质量和生产成本,选择pH=9.8最合理,当然此时Mg2+也会部分生成Mg(OH)2沉淀,但由于卤块价格低廉,这点不可避免的损失还是可以承受的,以此保证产品的纯度,
故答案为:使除Mg2+以外的各种杂质金属离子都成为氢氧化物沉淀以便除去;
(4)步骤⑥由氢氧化镁灼烧制备氧化镁,应该在耐高温的坩埚中进行,故答案为:坩埚;
(5)氢氧化镁溶液中存在溶解平衡Mg(OH)2⇌Mg 2++2OH-,Mg(OH)2电离出来的OH-与NH4+结合生成难电离的弱电解质NH3•H2O,氢氧根离子浓度降低,从而使Mg(OH)2的溶解平衡向右移动,促进氢氧化镁溶解,故Mg(OH)2能溶于NH4Cl溶液中,
故答案为:Mg(OH)2(s)⇌Mg2+ (aq)+2OH-(aq),NH4Cl 电离出的NH4+与OH-结合成弱电解质NH3•H2O,降低了c(OH-),Mg(OH)2溶解平衡向右移动.
故答案为:a、c、d;
(2)流程中加入次氯酸钠在酸性溶液中会氧化亚铁离子为铁离子,反应的离子方程式为:2Fe2++ClO-+2H+=2Fe3++Cl-+H2O;
加入的Z物质为纯碱,所以步骤④生成的沉淀物是MgCO3,所以沉淀物MgCO3在煮沸的情况下发生水解,生成Mg(OH)2和CO2气体,反应的化学方程式为:MgCO3+H2O
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故答案为:2Fe2++ClO-+2H+=Cl-+2Fe3++H2O;MgCO3+H2O
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(3)步骤③的目的在于使除Mg2+以外的各种杂质金属离子都生成氢氧化物沉淀,以便通过过滤而除去,应加入NaOH,如加入纯碱,不能达到较高的PH,分析表1提供的数据:除去杂质离子合理的pH范围是3.7
故答案为:使除Mg2+以外的各种杂质金属离子都成为氢氧化物沉淀以便除去;
(4)步骤⑥由氢氧化镁灼烧制备氧化镁,应该在耐高温的坩埚中进行,故答案为:坩埚;
(5)氢氧化镁溶液中存在溶解平衡Mg(OH)2⇌Mg 2++2OH-,Mg(OH)2电离出来的OH-与NH4+结合生成难电离的弱电解质NH3•H2O,氢氧根离子浓度降低,从而使Mg(OH)2的溶解平衡向右移动,促进氢氧化镁溶解,故Mg(OH)2能溶于NH4Cl溶液中,
故答案为:Mg(OH)2(s)⇌Mg2+ (aq)+2OH-(aq),NH4Cl 电离出的NH4+与OH-结合成弱电解质NH3•H2O,降低了c(OH-),Mg(OH)2溶解平衡向右移动.
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