Question

【題目】蛇紋石礦可以看做MgO、Fe2O3、Al2O3、SiO2組成。由蛇紋石制取堿式碳酸鎂的實驗步驟如圖所示：

查閱資料：A．幾種物質沉淀和溶解時的 pH 如下表

氫氧化物	溶液 pH
	開始沉淀	沉淀完全	沉淀開始溶解	沉淀完全溶解
Fe(OH)3	2.3	3.4	沉淀不溶	沉淀不溶
Al(OH)3	3.3	5.2	7.8	12.8
Mg(OH)2	8.6	11.1	沉淀不溶	沉淀不溶

B．難溶性堿加熱會生成兩種氧化物，各元素化合價都不變。

探究一：制取堿式碳酸鎂

(1)在操作Ⅰ中發生的中和反應是________(用化學方程式表示)。

(2)進行操作Ⅰ時，需控制溶液pH=6～7，Ca(OH)2不能過量。若Ca(OH)2過量， 可能導致_______溶解、________沉淀。

(3)從沉淀混合物 A 中提取紅色氧化物作顏料，先向沉淀物 A 中加入________(填物質的化學式)，然后_________、________、灼燒(依次填寫實驗操作名稱)。

(4)物質循環使用，能節約資源。上述實驗中，可以循環使用的物質是______。

探究二：確定產品堿式碳酸鎂(mMgCO3·nMg(OH)2·xH2O)的組成，組裝如圖 1 儀器：

實驗測得：硬質玻璃管中剩余的固體質量為 2.0g，C 處濃H2SO4增重 0.9g，D 處堿石灰增 重 1.76g。

(1)在裝好試劑后，加熱前應進行的操作是_______；

(2)A 框中裝置的作用是________；

(3)通過計算寫出堿式碳酸鎂的化學式__________。(請寫出計算過程)

【交流與反思】

(1)若將 E 框中的裝置去掉，對實驗結果的影響是 m 值________，x 值_______ (填“偏 大”、“偏小”或“不變”)

(2)已知碳酸鎂和氫氧化鎂在不同的溫度下受熱易分解為氧化物。為精確測定此堿式碳酸鎂受熱分解過程中時間與剩余固體質量的關系，結合以上數據，作出圖 2 坐標系，試回答。

①t4～t5時間段固體的化學式為__________；

②t5～t6時間段發生反應的方程式為___________。

Answer 1

【答案】 Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O Al(OH)3 Mg(OH)2 NaOH 過濾 洗滌 CO2 檢查裝置氣密性 除去空氣中的CO2和H2O 4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O 偏大 偏大 MgO 、Mg(OH)2 Mg(OH)2 MgO + H2O

【解析】探究一：（1）鹽酸和氫氧化鈣會發生中和反應生成氯化鈣和水，化學方程式為：Ca（OH）2+2HCl=CaCl2+2H2O；

（2）由（1）知，此時溶液中除了Mg2+外，還含有Fe3+、Al3+雜質，需除去Fe3+、Al3+但不能損失Mg2+，因Fe3++3H2OFe（OH）3+3H+和Al3++3H2OAl（OH）3+3H+，利用平衡移動的原理，消耗H+使上述水解平衡向正反應方向移動，除去Fe3+、Al3+，加Ca（OH）2需將溶液的pH控制在7～8，若pH過高，會導致生成的Al（OH）3發生反應Al（OH）3+OH-=AlO2-+2H2O溶解，Mg（OH）2在pH為9.4時開始沉淀，所以堿性增強Mg（OH）2會沉淀，同時Mg2+也因轉化為沉淀而損失，所以可能導致Al（OH）3溶解，Mg（OH）2沉淀；

（3）從實驗步驟圖知：沉淀混合物為Fe（OH）3和Al（OH）3，紅色氧化物是沉淀物Fe（OH）3分解后得到的Fe2O3，所以得先加堿把Al（OH）3除掉，反應為：Al（OH）3+NaOH=NaAlO2+2H2O，然后過濾、洗滌、灼燒即可；

探究二：（1）儀器連接后，需要進行的操作是：檢驗裝置氣密性；

（2）濃硫酸有吸水性，氫氧化鈉溶液可以吸收空氣中的二氧化碳，避免對后面檢驗二氧化碳、水造成干擾，所以A框中裝置的作用是：除去空氣中的二氧化碳和水；

（3）硬質玻璃管中剩余的固體質量為2.0g，C處濃H2SO4增重0.9g，所以m（H2O）=0.9g，D處堿石灰增重1.76g，所以m（CO2）=1.76g，

mMgCO3nMg（OH）2xH2O（m+n）MgO+mCO2↑+（n+x）H2O↑，

80（m+n）44m 18（n+x）

2g 1.76g 0.9g

解之得：m=4，n=1，x=4，

所以堿式碳酸鎂的化學式為：4MgCO3Mg（OH）24H2O；

【交流與反思】（1）將E框中的裝置去掉，空氣中的二氧化碳和水蒸氣會增加堿石灰和濃硫酸的質量，所以對實驗結果的影響是m值偏大，x值偏大；

（6）通堿式碳酸鎂在分解時先失去結晶水，然后碳酸鎂開始分解，最后氫氧化鎂開始分解，所以t4～t5時間段固體為：Mg（OH）2和MgO；

t5～t6時間段發生的反應是氫氧化鎂在加熱的條件下生成氧化鎂和水，化學方程式為：Mg(OH)2 MgO + H2O。