Question

【題目】鎂在工業、醫療等領域均有重要用途。某化學小組利用硼砂工廠的固體廢棄物（主要含有MgCO3、MgSiO3、Al2O3和Fe2O3等），設計了回收其中鎂的工藝流程：

（1）酸浸前，將固體廢棄物研磨的目的是_______，為達到此目的，還可以采取的措施是_____（任寫一條）。

（2）酸浸時，生成濾渣I的離子方程式為_________。

（3）第一次調節pH的目的是_____。當加入氨水使Al3+開始沉淀時，溶液中c（Fe3+）/c（Al3+）為 _________ 。已知Ksp[Fe(OH)3 ]=4×10-38，Ksp[Al(OH)3 ]=1×10-33.

（4）設計簡單方案分離濾渣2，簡述實驗過程：______。

（5）濾液3中可回收利用的物質主要是_____（填化學式），其陽離子的電子式為 _______。

（6）寫出工業上從濾渣3中獲得鎂錠的所有反應的化學方程式：_______。

Answer 1

【答案】 加快浸出速率 提高反應溫度或適當增加硫酸濃度（或其他合理答案） MgSiO3+2H+=Mg2++H2SiO3 使Fe3+、Al3+沉淀從而分離出來 4.0×10-5 溶于適量氫氧化鈉溶液，過濾得Fe（OH）3；向濾液中通入過量CO2，過濾得Al（OH）3 （NH4）2SO4 Mg（OH）2+2HCl=MgCl2+2H2O、MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑

【解析】浸出步驟硫酸同固體廢料中主要成份反應，從化學反應速率和化學平衡的影響因素來看，可通過升高溫度提高硫酸鎂的溶解度，或通過攪拌使反應物充分接觸反應，或通過過濾后濾渣多次浸取以提高轉化率；因MgCO3、MgSiO3、Al2O3、Fe2O3能與硫酸反應，生成了MgSO4、Al2(SO4)2 和Fe2(SO4)3 ，其中H2SiO3形成濾渣1，濾液1中MgSO4、Al2(SO4)2 和Fe2(SO4)3，根據陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH，在調節pH至5.5時，Fe3＋和Al3＋已經完全沉淀，濾渣2的主要成分是Fe(OH)3 、Al(OH)3 ，濾液2中陰離子主要是SO42－，加入NH3·H2O后在調節pH至12.5時Mg2＋完全沉淀，溶質主要成分是(NH4)2SO4。

（1）酸浸前，將固體廢棄物研磨的目的是加快浸出速率，浸出步驟硫酸同固體廢料中主要成份反應，從化學反應速率和化學平衡的影響因素來看，可通過升高溫度提高硫酸鎂的溶解度，或通過攪拌使反應物充分接觸反應，或通過過濾后濾渣多次浸取以提高轉化率，故答案為：加快浸出速率，適當提高反應溫度、增加浸出時間（或其他合理答案）

（2）因MgCO3、MgSiO3、Al2O3、Fe2O3能與硫酸反應，生成了MgSO4、Al2(SO4)2 和Fe2(SO4)3 ，其中H2SiO3形成濾渣；酸浸時，生成濾渣I的離子方程式為MgSiO3+2H+=Mg2++H2SiO3；（3）濾液I中含有MgSO4、Al2(SO4)2 和Fe2(SO4)3 ，根據陽離子以氫氧化物形式完全沉淀時溶液的pH，在調節pH至5.5時，Fe3＋和Al3＋已經完全沉淀，濾渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3 ，第一次調節pH的目的是使Fe3+、Al3+沉淀從而分離出來；當加入氨水使Al3+開始沉淀時，溶液中c（Fe3+）/c（Al3+）=Ksp[Fe(OH)3 ]/Ksp[Al(OH)3 ]==4×10-38/1×10-33=4.0×10-5；（4）設計簡單方案分離濾渣2，濾渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3 ，利用Al(OH)3 具有兩性，分離操作：溶于適量氫氧化鈉溶液，過濾得Fe（OH）3；向濾液中通入過量CO2，過濾得Al（OH）3 ；(7)上述過濾后濾液中陰離子主要是SO42－，加入NH3·H2O后在調節pH至12.5時Mg2＋完全沉淀，溶質主要成分是(NH4)2SO4，故答案為：(NH4)2 SO4；其陽離子的電子式為，（6）濾渣3為Mg(OH)2 ，工業上從濾渣3生產鎂錠的反應：Mg(OH)2 +2HCl=MgCl2+2H2O、MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑。