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(zhì)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(fā)生的中和反應(yīng)是________(用化學(xué)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(dǎo)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(zhì)的化學(xué)式)，然后_________、________、灼燒(依次填寫實驗操作名稱)。

(4)物質(zhì)循環(huán)使用，能節(jié)約資源。上述實驗中，可以循環(huán)使用的物質(zhì)是______。

探究二：確定產(chǎn)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(zhì)玻璃管中剩余的固體質(zhì)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(yīng)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(xué)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(jié)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(zhì)量的關(guān)系，結(jié)合以上數(shù)據(jù)，作出圖 2 坐標系，試回答。

①t4～t5時間段固體的化學(xué)式為__________；

②t5～t6時間段發(fā)生反應(yīng)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(fā)生中和反應(yīng)生成氯化鈣和水，化學(xué)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(zhì)，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(yīng)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(dǎo)致生成的Al（OH）3發(fā)生反應(yīng)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(zhuǎn)化為沉淀而損失，所以可能導(dǎo)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(yīng)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(zhì)玻璃管中剩余的固體質(zhì)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(xué)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(zhì)量，所以對實驗結(jié)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(jié)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(fā)生的反應(yīng)是氫氧化鎂在加熱的條件下生成氧化鎂和水，化學(xué)方程式為：Mg(OH)2 MgO + H2O。