Question

（16分）鹵塊的主要成分是MgCl₂，此外還含Fe²⁺、Fe³⁺和Mn²⁺等雜質離子。以鹵塊為原料按下圖所示流程進行生產，可制得輕質氧化鎂。

查閱資料得下表相關數據：

表1： 生成氫氧化物沉淀的pH			表2： 原料價格表
物質	開始沉淀	沉淀完全	物質	價格（元/噸）
Fe(OH)3	2.7	3.7	a．漂液（含25.2%NaClO）	450
Fe(OH)2	7.6	9.6﹡	b．雙氧水（含30%H2O2）	2400
Mn(OH)2	8.3	9.8	c．燒堿（含98%NaOH）	2100
Mg(OH)2	9.6	11.1	d．純堿（含99.5%Na2CO3）	600

﹡Fe²⁺氫氧化物呈絮狀，不易從溶液中除去，必須將它氧化后以Fe(OH)₃沉淀形式才能除盡。
若要求產品盡量不含雜質且生產成本較低，請根據上表提供的資料回答：
（1）流程中加入的試劑X、Y、Z最佳選擇依次是表2中的           （選填試劑編號）。
（2）步驟②發生反應的離子方程式為      ；步驟⑤中發生反應的化學方程為      。
（3）步驟③控制pH=9.8的目的是                                           。
（4） 若在實驗室進行步驟⑥的灼燒實驗，必須用到的儀器是鐵三腳、酒精噴燈、      和
泥三角。
（5）在探究Mg(OH)₂溶解性的實驗中，發現向裝有少量Mg(OH)₂濁液的試管中加入適量
NH₄Cl晶體，充分振蕩后溶液會變澄清，請用化學平衡的原理解釋濁液變澄清的原
因         。

Answer 1

（16分）
（1）a、c、d（各1分）
（2）2Fe²⁺ + ClO^— + 2H⁺ = Cl^— +2Fe³⁺+ H₂O；MgCO₃ + H₂O△Mg(OH)₂+ CO₂↑（各3分）
（3）使Mg²⁺以外的雜質盡可能徹底地轉化為沉淀除去（2分）
（4）坩堝 （2分）
（5）Mg(OH)₂(s) Mg²⁺ (aq)+ 2OH^－(aq)； NH₄Cl 電離出的NH₄⁺與OH^－結合成弱電解質NH₃·H₂O，降低了c(OH^－)，Mg(OH)₂溶解平衡向右移動（3分）。

試題分析：（1）流程圖中加入X的目的是將亞鐵離子氧化為鐵離子，考慮氧化劑的價格，應該選擇漂粉；加入Y的目的是調節溶液的pH，使鐵離子、錳離子沉淀，碳酸鈉溶液顯堿性，但堿性不強，所以選擇用氫氧化鈉；加入Z的目的是使鎂離子沉淀，所以選擇碳酸鈉，且加水煮沸，使生成的碳酸鎂沉淀轉化為氫氧化鎂沉淀，成本較低，因此試劑X、Y、Z最佳選擇依次是表2中的a、c、d；
（2）加入NaClO的目的是將亞鐵離子氧化為鐵離子，離子方程式為2Fe²⁺ + ClO^— + 2H⁺ = Cl^— +2Fe³⁺+ H₂O；步驟⑤是把碳酸鎂沉淀轉化為氫氧化鎂，化學方程式為MgCO₃ + H₂O△Mg(OH)₂+ CO₂↑；
（3）根據表1中的數據可知，pH=9.8時鐵離子、錳離子完全沉淀，而鎂離子開始沉淀，而流程的要求是產品盡量不含雜質，所以步驟③控制pH=9.8的目的是使Mg²⁺以外的雜質盡可能徹底地轉化為沉淀除去；
（4）灼燒時用到的儀器有鐵三腳、酒精噴燈、坩堝和泥三角。
（5）NH₄Cl溶液中的銨根離子與溶解平衡中Mg(OH)₂(s) Mg²⁺ (aq)+ 2OH^－(aq)的氫氧根離子結合生成弱電解質NH₃·H₂O，降低了c(OH^－)，Mg(OH)₂溶解平衡向右移動，所以氫氧化鎂逐漸溶解。