Question

【題目】鎂鐵水滑石(鎂、鐵的堿式碳酸鹽)是具有層狀結構的無機功能材料，可由Mg(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O及CO(NH2)2等按一定比例在溫度高于90℃時反應制得。

(1)其他條件不變時，n[CO(NH2)2]/n(Fe3+)對鎂鐵水滑石產率和溶液pH的變化關系如圖所示：

①<3，反應液中產生少量氣體，測氨儀未檢出NH3，說明逸出的氣體主要是____________(填化學式)。

②n[CO(NH2)2]/n(Fe3+)>12，溶液的pH處于穩定狀態，這是因為_________________

(2)鎂鐵水滑石表示為：[FexMgy(OH)z](CO3)w·pH2O(摩爾質量為660g·mol-1)，可通過下列實驗和文獻數據確定其化學式，步驟如下：

I．取鎂鐵水滑石3.300g加入足量稀硫酸充分反應，收集到氣體112mL(標準狀況)。

II．文獻查得鎂鐵水滑石熱分解TG-DSC圖：303~473K，失去層間水(結晶水)失重為10.9%；473~773K時，CO32-和OH-分解為CO2和H2O；773K以上產物為MgO、Fe2O3。

Ⅲ．稱取0.4000g熱分解殘渣(773K以上)置于碘量瓶中，加入稍過量鹽酸使其完全溶解，加入適量水和稍過量的KI溶液，在暗處放置片刻，用0.1000mol·L-1Na2S2O3標準溶液滴定到溶液呈淡黃色，加入3mL淀粉溶液，繼續滴定到溶液藍色消失。(2Na2S2O3+I2=2NaI+Na2S4O6)，消耗Na2S2O3溶液20.00mL。通過計算確定鎂鐵水滑石的化學式______________(寫出計算過程)。

Answer 1

【答案】CO2 （達到氣液平衡，）溶液中OH－濃度處于（過）飽和狀態 [Fe2Mg6(OH)16] CO3·4H2O

【解析】

(1)①根據元素守恒，以及目標產物中含有CO32－，可知如果沒有氨氣逸出，那逸出的氣體主要是CO2；

②從圖中可以看出，n[CO(NH2)2]/n(Fe3+)>12時，測氨儀檢出的NH3的量也沒有變化，從溶液中逸出的NH3的量和溶解在溶液中NH3的相同，達到了平衡狀態，溶液中OH－達到飽和狀態，答案為：（達到氣液平衡，）溶液中OH－濃度處于（過）飽和狀態；

(2)Ⅰ鎂鐵水滑石溶于足量的稀硫酸，其中的CO32－會與H＋反應生成CO2，產生112mL的氣體，樣品的物質的量，產生CO2的物質的量，則w=；

Ⅱ在303～473K，鎂鐵水滑石失去結晶水，失重為10.9%，則p==4；

Ⅲ由2Fe3++2I－=I2+2Fe2+，2Na2S2O3+I2=2NaI+Na2S4O6，得關系式Fe3+～Na2S2O3，n(Fe3+)=n(Na2S2O3)=0.1000mol·L－1×20.00mL×10－3L·mL－1=2.000×10－3mol，n(Fe2O3)=1.000×10－3mol。熱分解殘渣中，含有Fe2O3、MgO，則n(MgO)==6.000×10－3mol；

則鎂鐵水滑石中鎂和鐵的比例為=6.000×10－3mol÷2.000×10－3mol=3；

由化合價代數和為0，x×3+y×2+z×(－1)+1×(－2)=0；

由摩爾質量為660g·mol－1，56g·mol－1×x+24g·mol－1×y+17g·mol－1×z+60g·mol－1×1+18g·mol－1×4=660g·mol－1；

可以解得，x=2y=6z=16，則鎂鐵水滑石化學式為[Fe2Mg6(OH)16]CO3·4H2O。