(15分)实验室以一种工业废渣(主要成分为 M g C O…——2016 高考化学第 19 题答案解析

2016_江苏卷

2016 江苏 第 19 题 解答题 区分题
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19.(15分)实验室以一种工业废渣(主要成分为 $\mathrm { M g C O _ { 3 } \cdot \nabla M g _ { 2 } S i O _ { 4 } }$ 和少量Fe、Al的氧化物)为原料制备 $\mathrm { M g C O } _ { 3 } { \bullet } 3 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$ .实验过程如图1:


图1
图2

(1)酸溶过程中主要反应的热化学方程式为

$$ \begin{array} { l } { { \bf M g } \mathrm { C O } _ { 3 } \mathrm { \bf \Phi } ( { \bf S } ) + 2 { \bf H } ^ { + } \mathrm { \bf \Phi } ( { \bf a } { \bf q } ) - { \bf M } { \bf g } ^ { 2 + } \mathrm { \bf \Phi } ( { \bf a } { \bf q } ) + \mathrm { C O } _ { 2 } \mathrm { \bf \Phi } ( { \bf g } ) + { \bf H } _ { 2 } \mathrm { \bf O } \mathrm { \bf \Phi } ( 1 ) \triangle { \bf H } = - 5 0 . 4 { \bf k } { \bf J } ^ { \bullet } \mathrm { \bf m o l } ^ { - 1 } } \\ { ~ } \\ { { \bf M g } _ { 2 } \mathrm { S i O } _ { 4 } \mathrm { \bf \Phi } ( { \bf s } ) + 4 { \bf H } ^ { + } \mathrm { \bf \Phi } ( { \bf a q } ) - 2 { \bf M } { \bf g } ^ { 2 + } \mathrm { \bf \Phi } ( { \bf a q } ) + { \bf H } _ { 2 } \mathrm { S i O } _ { 3 } \mathrm { \bf \Phi } ( { \bf s } ) + { \bf H } _ { 2 } \mathrm { O \Phi } \mathrm { \bf \Phi } ( 1 ) \triangle { \bf H } = - 2 2 5 . 4 { \bf k } { \bf J } ^ { \bullet } \mathrm { \bf m o l } } \end{array} $$

酸溶需加热的目的是 加快酸溶速率 ;所加 $\mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { S O } _ { 4 }$ 不宜过量太多的原因是 避免制备$\mathrm { M g C O } _ { 3 }$ 时消耗过多的碱 。

(2)加入 $\mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 2 }$ 氧化时发生发应的离子方程式为 $2 \mathrm { F e } ^ { 2 + } + 2 \mathrm { H } ^ { + } + \mathrm { H } _ { 2 } \underline { { \mathrm { O } } } _ { 2 } = 2 \mathrm { F e } ^ { 3 + } + 2 \mathrm { H } _ { 2 } \underline { { \mathrm { O } } }$

(3)用图2所示的实验装置进行萃取分液,以除去溶液中的 $\mathrm { F e } ^ { 3 + }$

①实验装置图中仪器A 的名称为 分液漏斗 。

②为使 $\mathrm { F e } ^ { 3 + }$ 尽可能多地从水相转移至有机相,采取的操作:向装有水溶液的仪器A中加入一定量的有机萃取剂, 充分振荡 、静置、分液,并重复多次。

(4)请补充完整由萃取后得到的水溶液制备 $\mathrm { M g C O } _ { 3 } { \bullet } 3 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$ 的实验方案:边搅拌边向溶液中滴加氨水, 至 5<pH<8.5,过滤,边搅拌边向滤液中滴加碳酸钠溶液至有大量沉淀生成,静置,向上层清夜中滴加碳酸钠溶液,若无沉淀生成 ,过滤、用水洗涤固体 2﹣3次,在50℃下干燥,得到 $\mathrm { M g C O } _ { 3 } { \bullet } 3 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$

[已知该溶液中 $\mathrm { p H } = 8 . 5$ 时 Mg(OH)<sub>2</sub>开始沉淀;pH=5.0 时 Al(OH)<sub>3</sub>沉淀完全]。【考点】U3:制备实验方案的设计【专题】546:无机实验综合

参考答案

加快酸溶速率;避免制备 $\mathrm { M g } \mathrm { C O } _ { 3 }$ 时消耗过多的碱

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【分析】废渣主要成分为 $\mathrm { M g } \mathrm { C O } _ { 3 }$ $\mathrm { M g } _ { 2 } \mathrm { S i O } _ { 4 }$ 和少量 Fe、Al 的氧化物,加入 40%的硫酸酸溶,过量后滤液中含有硫酸镁、硫酸亚铁以及硫酸铝,加入 $\mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 2 }$ 氧化亚铁离子,然后加入有机萃取剂萃取 $\mathrm { F e } ^ { 3 + }$ ,分液后可除去溶液中的 $\mathrm { F e } ^ { 3 + }$ ,分液后水溶液中含有 $\mathrm { M g ^ { 2 + } }$ $\mathsf { A l } ^ { 3 + }$ ,可调节溶液 $\mathsf { p H }$ 至 $5 { < } \mathsf { p H } { < } 8 . 5$ ,可除去 $\mathsf { A l } ^ { 3 + }$ ,又可防止生成 $\mathbf { M g } \ \left( \mathrm { O H } \right) \mathbf { \Omega } _ { 2 }$ ,过滤后在滤液中加入碳酸钠溶液,可生成 $\mathrm { M g C O } _ { 3 }$ 沉淀,在50℃下干燥,得到 $\mathrm { M g C O } _ { 3 } { \bullet } 3 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$ .以此解答该题。

【解答】解:废渣主要成分为 $\mathrm { M g C O } _ { 3 }$ $\mathrm { M g } _ { 2 } \mathrm { S i O } _ { 4 }$ 和少量 Fe、Al 的氧化物,加入 40%的硫酸酸溶,过量后滤液中含有硫酸镁、硫酸亚铁以及硫酸铝,加入 $\mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 2 }$ 氧化亚铁离子,然后加入有机萃取剂萃取 $\mathrm { F e } ^ { 3 + }$ ,分液后可除去溶液中的 $\mathrm { F e } ^ { 3 + }$ ,分液后水溶液中含有$\mathrm { M g ^ { 2 + } , ~ A l ^ { 3 + } }$ ,可调节溶液 $\mathsf { p H }$ 至 $5 { < } \mathsf { p H } { < } 8 . 5$ ,可除去 $\mathrm { A l } ^ { 3 + }$ ,又可防止生成 $\mathbf { M g } \ \left( \mathrm { O H } \right) \mathbf { \Omega } _ { 2 }$ 过滤后在滤液中加入碳酸钠溶液,可生成 $\mathrm { M g C O } _ { 3 }$ 沉淀,在 $5 0 \mathrm { ^ \circ C }$ 下干燥,得到 $\mathrm { M g C O } _ { 3 } \cdot$ $3 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$

(1)加热,温度升高,可增大反应速率,即加快酸溶速率,但加入硫酸不能过多,避免制备 $\mathrm { M g C O } _ { 3 }$ 时消耗过多的碱而浪费原料,

故答案为:加快酸溶速率;避免制备 $\mathrm { M g } \mathrm { C O } _ { 3 }$ 时消耗过多的碱;

(2)加入 $\mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 2 }$ 溶液与二价铁离子发生氧化还原反应,反应的离子方程式为:$2 \mathrm { F e } ^ { 2 + } { + } 2 \mathrm { H } ^ { + } { + } \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 2 } { = } 2 \mathrm { F e } ^ { 3 + } { + } 2 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$ ,故答案为: $2 \mathrm { F e } ^ { 2 + } { + } 2 \mathrm { H } ^ { + } { + } \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } _ { 2 } { = } 2 \mathrm { F e } ^ { 3 + } { + } 2 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$

(3)①由装置图可知仪器A为分液漏斗,用于萃取、分液,故答案为:分液漏斗;②萃取时,为使溶质尽可能被萃取,应充分振荡,以充分接触而分离,故答案为:充分振荡;

(4)分液后水溶液中含有 $\mathrm { M g ^ { 2 + } , ~ A l ^ { 3 + } }$ ,可调节溶液 pH 至 $5 { < } \mathsf { p H } { < } 8 . 5$ ,可除去 $\mathsf { A l } ^ { 3 + }$ 又可防止生成 $\mathbf { M g } \ \left( \mathrm { O H } \right) \mathbf { \Omega } _ { 2 }$ ,过滤后在滤液中加入碳酸钠溶液,可生成 $\mathrm { M g C O } _ { 3 }$ 沉淀,静置,向上层清夜中滴加碳酸钠溶液,若无沉淀生成,说明已完全反应,过滤后,用水洗涤固体2﹣3次,在50℃下干燥,得到 $\mathrm { M g C O } _ { 3 } { \bullet } 3 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O }$

故答案为:至 $5 { < } \mathsf { p H } { < } 8 . 5$ ,过滤,边搅拌边向滤液中滴加碳酸钠溶液至有大量沉淀生成,静置,向上层清夜中滴加碳酸钠溶液,若无沉淀生成。

【点评】本题考查物质的制备及混合物分离和提纯,明确流程中的方法和基本操作、发生的化学反应是解答的关键,要求学生具有分析和解决问题的能力,题目有利于培养学生的实验能力,题目难度较大。

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