Question

蛇紋石可用于生產氫氧化鎂，簡要工程如下：
Ⅰ．制取粗硫酸鎂：用酸液浸泡蛇紋石礦粉，過濾，并在常溫常壓下結晶，制得粗硫酸鎂（其中常含有少量Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺等雜質離子）
Ⅱ．提純粗硫酸鎂：將粗硫酸鎂在酸性條件下溶解，加入適量的0.1mol?L^-1H₂O₂溶液，再調節溶液pH至7～8，并分離提純．
Ⅲ．制取氫氧化鎂：向步驟Ⅱ所得溶液中加入過量氨水．

	Fe3+	Al3+	Fe2+	Mg2+
開始沉淀時	1.5	3.3	6.5	9.4
沉淀完全時	3.7	5.2	9.7	12.4

已知：金屬離子氫氧化物沉淀所需pH如表．
請回答：
（1）步驟Ⅱ中，可用于調節溶液pH至7～8的最佳試劑是

A

（填字母序號）
A．MgO   B．Na₂CO₃   C．蒸餾水
（2）檢驗粗硫酸鎂溶液中Fe²⁺的方法是：

取少量粗硫酸鎂溶液，滴加少量酸性KMnO₄溶液；若紫紅色褪去，說明Fe²⁺存在

 （注明試劑、現象）．
（3）步驟Ⅲ中制備氫氧化鎂反應的離子方程式為

Mg²⁺+2NH₃?H₂O=Mg（OH）₂↓+2NH₄⁺

．
（4）步驟Ⅱ沉淀后溶液中主要存在（NH₄）₂SO₄，已知室溫下0.1mol?L^-1的（NH₄）₂SO₄溶液pH是5，則溶液中離子濃度由大到小的排列為

C（NH₄⁺）＞C（SO₄^2-）＞C（H⁺）＞C（OH^-）

，溶液中：2c（SO₄^2-）-c（NH₄⁺）=

10^-5-10^-9

mol?L^-1（用精確數值表示）
（5）某生產科研小組經查閱資料得到以下溶度積Ksp數據（298K時）：
Mg（OH）₂（S）?Mg²⁺（aq）+2OH^-（aq）      Ksp=[Mg²⁺]?[OH^-]²=5.6×10^-12
Ca（OH）₂（S）?Ca²⁺（aq）+2OH^-（aq）      Ksp=[Ca²⁺]?[OH^-]²=4.7×10^-6
該科研小組認為可以用熟石灰替代氨水制得氫氧化鎂，他們的理由是

Mg（OH）₂的溶解度小于Ca（OH）₂，可發生沉淀的轉化，如：Mg（OH）₂和Ca（OH）₂離子個數比相同，Ksp[Mg（OH）₂]＜Ksp[Ca（OH）₂]，故沉淀向著溶度積更小的方向轉化

．
若沉淀轉化反應為：Mg²⁺（aq）+Ca（OH）₂（S）?Mg（OH）₂（S）+Ca²⁺（aq），求此溫度下該反應的化學平衡常數K=

8.4×10⁵

 （寫出算式和結果）．

Answer 1

分析：（1）步驟II中，可用于調節溶液pH至7～8的目的是和酸反應提高溶液pH，使Fe³⁺、Al³⁺等雜質離子沉淀分離除去，試劑不能引入新的雜質分析；
（2）Fe²⁺能使酸性高錳酸鉀褪色；
（3）步驟III中制備氫氧化鎂反應的離子方程式是氨水沉淀鎂離子，注意一水合氨是弱電解質；
（4）依據溶液中銨根離子水解，溶液呈酸性，水解程度微弱，分析比較；
（5）依據沉淀轉化是想更難溶的方向進行分析判斷，Mg（OH）₂的溶解度小于Ca（OH）₂．

解答：解：（1）步驟II中，可用于調節溶液pH至7～8的目的是和酸反應提高溶液pH，使Fe³⁺、Al³⁺等雜質離子沉淀分離除去，
A、加入氧化鎂和酸反應能提高溶液pH，生成鎂離子，不加入雜質離子，可選；
B、加入碳酸鈉能調節溶液pH但假如了鈉離子，引入雜質，故不選；
C、蒸餾水對提高溶液pH不好，故不選；
故答案為：A；
（2）Fe²⁺有還原性，能使酸性高錳酸鉀褪色，故答案為：取少量粗硫酸鎂溶液，滴加少量酸性KMnO₄溶液；若紫紅色褪去，說明Fe²⁺存在；
（3）氨水沉淀鎂離子生成氫氧化鎂沉淀，反應的離子方程式為：Mg²⁺+2NH₃?H₂O═Mg（OH）₂↓+2NH₄⁺，故答案為：Mg²⁺+2NH₃?H₂O=Mg（OH）₂↓+2NH₄⁺；
（4）銨根離子水解，溶液呈酸性，c（H⁺）＞c（OH^-），.1mol?L^-1的（NH₄）₂SO₄溶液中，銨根離子水解微弱，所以得到溶液中的離子濃度大小為：c（NH₄⁺）＞c（SO₄^2-）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；根據C（NH₄⁺）+C（H⁺）=2C（SO₄^2-）+C（OH^-），2c（SO₄^2-）-c（NH₄⁺）=c（H⁺）-c（OH^-）=10^-5-10^-9，
故答案為：C（NH₄⁺）＞C（SO₄^2-）＞C（H⁺）＞C（OH^-）；10^-5-10^-9；
（5）依據氫氧化鈣和氫氧化鎂陰陽離子比相同，可以用溶度積常數比較溶解性強弱，氫氧化鈣溶解性大于氫氧化鎂，溶液中加入石灰乳可以實現沉淀轉化，生成氫氧化鎂分離出來；Mg（OH）₂的溶解度小于Ca（OH）₂，沉淀向更難溶的方向轉化，K=

[Ca2+]

[Mg2+]

=

Ksp[Ca(OH)2]

Ksp[Mg(OH)2]

=

4.7×10-6

5.6×10-12

=8.4×105，
故答案為：Mg（OH）₂的溶解度小于Ca（OH）₂，可發生沉淀的轉化，如：Mg（OH）₂和 Ca（OH）₂離子個數比相同，Ksp[Mg（OH）₂]＜Ksp[Ca（OH）₂]，故沉淀向著溶度積更小的方向轉化；8.4×10⁵．

點評：本題考查了難溶物沉淀溶解平衡的分析判斷，離子沉淀的條件選擇，化學平衡的影響因素，離子方程式的書寫，沉淀轉化的原理應用，題目綜合性較強．