(本题16分)工业上用白云石制备高纯氧化镁的工艺流程如下:
已知Ⅰ.白云石主要成分可表示为:CaO 32.50%;MgO 20.58%;Fe2O3 2.18%;SiO2 0.96%;其他 43.78%。
(1)为了提高白云石的煅烧效果,可以采取的措施是将矿石 。若在实验室中煅烧白云石,需要的仪器除酒精灯、三脚架以外,还需要 (填序号)。
A.蒸发皿 B.坩埚 C.泥三角 D.石棉网
(2)加入H2SO4控制pH时,终点pH对产品的影响如图8所示。则由图示可得到的结论及原因是:
①pH过高会导致___________________________下降,其原因是_______________________
②pH过低会引起____________________________ ,其原因可能是__________(填序号)
A.Fe2O3溶于H2SO4最终使产品混有杂质 B.SiO2溶于H2SO4最终使产品混有杂质
C.酸性过强,形成可溶的Ca(HSO4)2,最终使产品混有含钙的杂质
(3)已知MgSO4、CaSO4的溶解度如下表:
温度(℃) | 40 | 50 | 60 | 70 |
MgSO4 | 30.9 | 33.4 | 35.6 | 36.9 |
CaSO4 | 0.210 | 0.207 | 0.201 | 0.193 |
(4)写出沉淀反应中的离子方程式: 。
(5)该生产流程中还可得到的一种副产品是_______________。
(6)已知酸碱指示剂百里酚蓝变色的pH范围如表所示:25℃时,
向Mg(OH)2的饱和溶液中滴加2滴百里酚蓝指示剂,溶液所呈现的
颜色为 (25℃时,Mg(OH)2的溶度积Ksp=5.6×10-12)。
pH | < 8.0 | 8.0 ~ 9.6 | > 9.6 |
颜色 | 黄色 | 绿色 | 蓝色 |
32. 答案(16分)
(1)粉碎 (2分)BC (2分)
(2)①镁浸出率降低(1分)Mg(OH)2或MgO未完全溶解(1分)
②产品纯度下降(1分)AC (1分)
(3)升温结晶、趁热过滤 (2分,各1分))
(4)Mg2+ +2NH3.H2O = Mg(OH)2↓+ 2NH4+(2分)
(5)(NH4)2SO4(2分)
(6)蓝色 (2分)
题目分析: (1)提高矿石煅烧效果的措施通常是对矿石进行粉碎处理,以增大反应的接触面积,从而加快反应速率,使煅烧更加充分。若在实验室煅烧白云石,煅烧需要的配套装置有酒精灯、三脚架、坩埚、泥三角坩、埚钳等,所以此处必须选BC。
(2)①图像中有两条曲线,根据提示曲线上打黑点的是镁浸出率曲线,该曲线随着横坐标终点pH的增大,呈现出逐渐下降的趋势,且当pH>6时,浸出率下降得越来越快;而曲线上打小方点的是氧化镁的纯度,该纯度随着横坐标终点pH的增大呈现出增大的趋势,但是较不同的是,开始增大迅速,当pH>6时,氧化镁的纯度增大不明显。所以①pH过高会导致镁的浸出率降低,原因是加硫酸溶解时,若pH过高,则沉淀物MgO不能完全溶解。
②pH过低会引起制得的氧化镁的纯度偏低,原因是白云石中的氧化物杂质Fe2O3、CaO都会溶于硫酸,并且生成可溶的物质,所以AC均有可能,选AC。
(3)由表中数据可知,硫酸镁易溶于水,溶解度随温度升高而升高,而硫酸钙则微溶于水,随着温度升高溶解度基本不变,所以利用二者溶解度上的差异,若要析出硫酸钙晶体来,可以采取的措施是升温结晶、趁热过滤。
(4)沉淀步骤中反应池中的主要为镁离子,所以加入氨水,氨水和镁离子结合生成沉淀氢氧化镁,所以离子方程式是Mg2+ +2NH3.H2O = Mg(OH)2↓+ 2NH4+ ,注意氨水不能拆。
(5)当沉淀步骤析出Mg(OH)2 后,溶液还剩下NH4+ 和SO4 2-,所以可以利用此剩余溶液制得副产品(NH4)2SO4 ,可用于做氮肥。
(6)饱和的氢氧化镁溶液存在Mg(OH)2 (s)= Mg2+(aq) + 2 OH-(aq)溶解平衡,2c(Mg2+)= c(OH -),又溶度积Ksp= c(Mg2+)c2(OH -)=5.6×10-12 ,由此可以得出c(OH -)=3.6×10-4 ,所以pH>9.6,所以加入百里酚蓝指示剂,溶液呈蓝色。