Question

12．蛇紋石礦可以看做由MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和SiO₂組成，某實驗小組設(shè)計如下流程欲分別制得單質(zhì)Mg、Fe、Al和Si．

有關(guān)氫氧化物沉淀時的pH見表

金屬陽離子	氫氧化物開始沉淀時的pH	氫氧化物完全沉淀時的pH
Fe3+	1.9	3.2
Mg2+	9.4	11.6

請回答下列問題：
（1）濾液A中含有的陽離子有Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺、H⁺
（2）操作②中涉及的化學方程式為2C+SiO₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑操作④中生成沉淀G的離子方程式為AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-
（3）除去MgCl₂溶液中的HCl，可以選用的試劑為cd（填字母）
a．NaOH溶液 b．氨水c．MgO d．Mg（0H）₂
（4）由濾液H制取金屬Mg的流程如下：
濾液H$\stackrel{加熱濃縮}{→}$ $\stackrel{冷卻結(jié)晶}{→}$MgCl₂•6H₂O$\stackrel{脫水}{→}$MgCl₂→Mg
該流程中由MgCl₂冶煉Mg的方法是電解
（5）工業(yè)上常用堿液除去鋁表面的氧化膜，堿洗時常有氣泡冒出，原因是2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑（用離子方程式表示），為將堿洗液中的鋁以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列試劑中的b
a．NH₃ b．CO₂c．NaOH d．HNO₃．

Answer 1

分析 蛇紋石礦加鹽酸溶解，發(fā)生反應的化學方程式為MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O，SiO₂不與鹽酸反應，以固體形式先除去，因此，不溶物B為SiO₂，濾液A中除了Mg²⁺外，還有的金屬離子是Al³⁺和Fe³⁺，加入過量燒堿，濾液E為偏鋁酸鈉溶液，通入過量二氧化碳反應生成氫氧化鋁沉淀，加熱分解生成氧化鋁，用電解法冶煉可生成鋁；沉淀D為Fe（OH）₃和Mg（OH）₂，加入過量鹽酸生成氯化鐵和氯化鋁，調(diào)節(jié)溶液pH=5～6時，促進鐵離子水解，生成氫氧化鐵沉淀，濾液H為氯化鎂溶液，在HCl氛圍中加熱、蒸發(fā)結(jié)晶可得MgCl₂•6H₂O，脫水生成MgCl₂，電解可得Mg．
（1）蛇紋石礦可以看做MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成，蛇紋石加過量鹽酸溶解后，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應溶解，而SiO₂和HCl不反應，不能溶解；
（2）不溶物為SiO₂，二氧化硅和碳反應變成硅，碳元素化合價由0價變?yōu)?2價，硅元素化合價由+4價變?yōu)?價，碳是還原劑，二氧化硅是氧化劑；濾液A中含有鎂離子、鐵離子和鋁離子、氫離子，氫離子和氫氧化鈉反應生成水，鎂離子、鐵離子和鋁離子都和氫氧化鈉反應生成氫氧化物沉淀，氫氧化鎂、氫氧化鐵不溶于氫氧化鈉溶液中，但氫氧化鋁易溶于氫氧化鈉溶液中生成偏鋁酸根離子，偏鋁酸根離子和二氧化碳能發(fā)生反應；
（3）加入的物質(zhì)能和酸反應且不能引進雜質(zhì)；
（4）活潑金屬采用電解的方法冶煉；
（5）有氣泡冒出因2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；因堿洗槽液中有AlO₂^-，故應通入CO₂來回收Al（OH）₃，發(fā)生反應2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀還會繼續(xù)溶解；

解答 解：（1）蛇紋石加過量鹽酸溶解，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應溶解，反應方程式分別為：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O．而SiO₂不與鹽酸反應，以沉淀的形式除去，所以濾液A中含有的陽離子有Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺、H⁺，
故答案為：Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺、H⁺；
（2）由（1）分析可知操作②中不溶物為SiO₂，工業(yè)上粗硅的生產(chǎn)，用二氧化硅和碳反應，碳是還原劑，二氧化硅是氧化劑，碳元素化合價由0價變?yōu)?2價，硅元素化合價由+4價變?yōu)?價，反應方程式為2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；濾液A中含有鎂離子、鐵離子和鋁離子、氫離子，氫離子和氫氧化鈉反應生成水，鎂離子、鐵離子和鋁離子都和氫氧化鈉反應生成氫氧化物沉淀，氫氧化鎂、氫氧化鐵不溶于氫氧化鈉溶液中，但氫氧化鋁易溶于氫氧化鈉溶液中生成偏鋁酸根離子，偏鋁酸根離子和二氧化碳反應生成氫氧化鋁和碳酸氫根離子，離子方程式為：AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
故答案為：2C+SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Si+2CO↑；AlO₂^-+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（3）操作⑤中加入的物質(zhì)能和鹽酸反應，且不引進新的雜質(zhì)，氧化鎂、氫氧化鎂難溶于水，但能與酸反應，可起調(diào)節(jié)pH作用，
故答案為：cd；
（4）鎂是活潑金屬，應采用電解其熔融鹽的方法冶煉，所以工業(yè)上用電解熔融氯化鎂的方法冶煉鎂，反應方程式為：MgCl₂ $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ Mg+Cl₂↑，
故答案為：電解；
（5）鋁能與強堿反應產(chǎn)生氫氣，Al（OH）₃具有兩性，既能與強堿反應也能與強酸反應生成鹽和水，堿洗槽液中有AlO₂^-，故應通入CO₂來回收Al（OH）₃，發(fā)生反應2AlO₂^-+3H₂O+CO₂═2Al（OH）₃↓+CO₃^2-或CO₂+2H₂O+AlO₂^-═HCO₃^-+Al（OH）₃↓；若加HNO₃，生成的沉淀還會繼續(xù)溶解，
故答案為：2Al+2OH^-+2H₂O═2AlO₂^-+3H₂↑；b；

點評 本題主要考查了元素化合物中金屬鋁、鐵的性質(zhì)，解題時不僅需熟知物質(zhì)間的反應原理，還需靈活運用于實驗的設(shè)計，題目難度中等．