高考化学与镁及其化合物有关的压轴题含答案解析
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高考化学与镁及其化合物有关的压轴题含答案解析
一、镁及其化合物
1.A、B、C、D、E、X 都是短周期元素组成的常见无机物
根据上框图关系,完成下列问题:
(1)A可作漂白剂,X是含有某种阳离子(此阳离子具有净水作用)的溶液,且
M(A)=M(D),则A与H2O反应的化学方程式为___________,C转化成D的离子方程式为
___________
(2)A的某种合金可作原子反应堆的导热剂,X是非极性分子的化合物,则A与H2O反应的离子方程式为________________,C转化成D的化学方程式为______________
(3)A是单质,X是Na2CO3溶液,E可用消毒剂,则A与H2O反应的离子方程式为
_______________,
(4)A是单质,X是单质(它的同素异形体是原子晶体),则E与SiO2反应的化学方程式为________________
(5)A是化合物,X是O2,C转化成D还需要催化剂,E具有两性,则A与H2O反应的化学方程式为_____________
(6)A是化合物(Mr(A)=100),X是O2,B转化成C还需要催化剂,E是中强碱,则A
与H2O反应的化学方程式为___________
【答案】2Na2O2+ 2H2O =4NaOH + O2↑ 3AlO2-+ Al3+ + 6H2O = 4Al(OH)3↓ 2Na + 2H2O =
2Na++ 2OH-+H2↑ Na2CO3 + CO2 + H2O = 2NaHCO3 Cl2 + H2O =H++Cl-+ HCl SiO2 +
4HF=SiF4↑+ 2H2O Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3+ 3H2S↑ Mg3N2 + 6H2O = 3Mg(OH)2+ 2NH3↑
【解析】
【分析】
A和水反应生成两种物质,B和X反应生成C,C再与X反应生成D,可推测可能是连续两次氧化,或者与量有关的反应。
【详解】
(1)A可以做漂白剂,在短周期中有Na2O2、NaClO,SO2等,但是能够与水反应生成两种物质的有Na2O2,X含有的某种阳离子具有净水作用,在短周期中为Al3+。
则整个过程为
Na2O2与水反应生成NaOH和O2,NaOH与含有Al3+的盐的反应,生成NaAlO2,AlO2-和Al3+反应生成Al(OH)3。
氢氧化铝和过氧化钠的相对式量相同。
则Na2O2与水的方程式为
2Na2O2+ 2H2O =4NaOH + O2↑;AlO2-与Al3+转化为Al(OH)3的反应为双水解的反应,离子方程式为3AlO2-+ Al3+ + 6H2O = 4Al(OH)3↓;
(2)Na-K合金常做原子反应堆的导热剂,A属于短周期元素构成的物质,A为Na,B为NaOH,E为H2。
B为非极性气体,但是可以与NaOH反应,X为CO2,少量的CO2生成
Na2CO3,CO2过量生成NaHCO3,则Na与水反应的离子方程式为2Na + 2H2O = 2Na++2OH-+
H2↑;Na2CO3转化为NaHCO3的反应方程式为Na2CO3 + CO2 + H2O = 2NaHCO3;
(3)A是单质,E可用作消毒剂,在短周期中有NaClO。
则A为Cl2,B为HCl,HCl与Na2CO3生成CO2,CO2与Na2CO3反应生成NaHCO3。
则Cl2与水的反应的离子方程式为Cl2 + H2O =H ++Cl-+ HCl;
(4) X是单质(它的同素异形体是原子晶体),X可以是C或者Si,但是高中阶段没有学过一种物质可以与Si连续反应两次,所以X是C,C与O2反应生成CO2,CO2与C反应生成CO。
B为O2,一种单质与H2O反应得到O2,则A为F2,E为HF,其与SiO2反应的方程式为SiO2 + 4HF=SiF4↑+ 2H2O;
(5)E具有两性,E可能为Al(OH)3或者Al2O3。
X是O2,C转化成D还需要催化剂,连续两次氧化,需要用到催化剂,在短周期中可能是SO2与O2,或者是NH3与O2,但是C若为
NH3,无法得知物质B。
C为SO2,B为H2S,A与水反应生成H2S和Al(OH)3,为Al2S3的水解反应,方程式为Al2S3 + 6H2O = 2Al(OH)3+ 3H2S↑;
(6)短周期中的中强碱,为Mg(OH)2,B转化为C需要催化剂,则B为NH3,A为水反应得到Mg(OH)2和NH3,A为Mg3N2,化学方程式为Mg3N2 + 6H2O = 3Mg(OH)2+ 2 NH3↑。
2.X、Y、Z、W四种物质有如下相互转化关系(其中X、W为单质,Y、Z为化合物,未列出反应条件)。
(1)若X的摩尔质量是W的2倍,工业上Z可作优质的耐高温材料。
W为黑色固体,则Y 的化学式________________。
(2)若固体W是紫红色,且向溶液Z中滴入氯水,再滴入2滴KSCN溶液,溶液呈血红色。
则写出X+Y=Z+W 的离子方程式__________________________。
(3)若晶体W是一种重要的半导体材料,实验室可用澄清石灰水来检验Z的燃烧产物。
写出Y与NaOH溶液反应的化学方程式________________________________________。
【答案】CO2 Fe+Cu2+=Fe2++Cu SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
【解析】
(1)X、W为单质,Y、Z为化合物,W为黑色固体,应为C单质,X的摩尔质量是W的2倍,Z可作优质的耐高温材料,X为Mg,Z为MgO,Y为CO2。
(2)向溶液Z中滴入氯水,再滴入2滴KSCN溶液,溶液呈血红色,则Z为Fe2+,W是紫红色固体,则W为Cu,X+Y=Z+W反应方程式为:Fe+Cu2+=Fe2++Cu。
(3)晶体W是一种重要的半导体材料,则W是Si;实验室可用澄清石灰水来检验Z的燃烧产物,则Z的燃烧产物为CO2,化合物Z为CO,则X为C单质,Y为SiO2,Y与NaOH 溶液反应的化学方程式为:SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O。
3.X、Y、Z为三种常见的单质,Z为绿色植物光合作用后的产物之一,A、B为常见的化合物。
它们在一定条件下可以发生如图所示的转化关系(均不是在溶液中进行的反应)以下
每空中填入一种即可)。
(1)当X、Y均为金属时,X的化学式为_____________,Z为____________(填名称)。
(2)当X为非金属且为气体,Y为金属且为紫红色时,X的化学式为___________,
A的化学式为___________。
(3)当X为金属、Y为非金属且为固体时,X与A反应的化学方程式为
__________________________________________。
(4)当X、Y均为非金属固体时,X与A反应的化学方程式为
___________________________________________。
【答案】Al 氧气 H2 CuO 2Mg+CO22MgO+C SiO2+2C Si+2CO
【解析】
【分析】
Z为绿色植物光合作用后的产物之一,应为O2,X+A→Y+B的反应为置换反应,X、Y为单质,A、B为氧化物,据此答题。
【详解】
(1)当X、Y均为金属时,此反应应为铝热反应,则X为Al,Z为氧气,答案应为:Al、氧气;
(2)当X为非金属且为气体,Y为金属且为紫红色时,Y为Cu,则X应为H2,答案应为:H2、CuO;
(3)当X为金属、Y为非金属且为固体时,X应为Mg,Y应为C,该反应应是Mg和CO2的反应,反应的方程式为2Mg+CO22MgO+C;
(4)当X、Y均为非金属固体时,X应为C,Y应为Si,该反应应是C和SiO2的反应,反应的方程式为SiO2+2C Si+2CO。
4.A为常见金属,D、E为常见非金属单质,D为黑色固体,E是常温下密度最小的气体,B、F是同种非金属化合物气体,A与氧气转化为C的过程中发出耀眼的白光,A→F之间的转化关系如图:按要求完成下列各题:
(1)写出A与F的化学式:A__________ F__________
(2)下列物质中有一种与B物质不属于同一类,其他与B均属于同一类,这一物质是
_______
A.P2O5 B.NO C.Na2O D.SiO2
(3)D高温情况下与水蒸气恰好完全反应生成E和F时,所得气体的平均相对分子质量是__________g/mol
(4)写出反应①的方程式:_______________________
【答案】(1)Mg CO
(2)C
(3)15
(4) 2Mg+CO22MgO+C
【解析】
【分析】
A为常见金属,A与氧气转化为C的过程中发出耀眼的白光,则A为镁,E为常见非金属单质,E是常温下密度最小的气体,则E为氢气,D常见非金属单质,且D为黑色固体,则D为碳,B、F是气体,结合题中各物质的转化关系可以知道,B为二氧化碳,C为氧化镁,F为一氧化碳,据此答题。
【详解】
A为常见金属,A与氧气转化为C的过程中发出耀眼的白光,则A为镁,E为常见非金属单质,E是常温下密度最小的气体,则E为氢气,D常见非金属单质,且D为黑色固体,则D为碳,B、F是气体,结合题中各物质的转化关系可以知道,B为二氧化碳,C为氧化镁,F为一氧化碳,
(1)根据上面的分析可以知道,A为Mg,F为CO,
因此,本题正确答案是:Mg,CO;
(2) B为二氧化碳,属于非金属氧化物,NO、P2O5、SiO2也都是非金属氧化物,与CO2同一类;Na2O是金属氧化物,也是碱性氧化物,与CO2既是非金属氧化物,也是酸性氧化物,所以氧化钠与二氧化碳不同类;
综上所述,本题正确选项C;
(3)C高温情况下与水蒸气恰好完全反应生成CO和H2时,CO和H2的物质的量之比等于1:1,所以所得气体的平均摩尔质量(28×1+2×1)/2=15g/mol,相对分子质量为15;
因此,本题正确答案是:15;
(4) 镁与二氧化碳反应生成氧化镁和碳,反应①的方程式:2Mg+CO22MgO+C;因此,本题正确答案是: 2Mg+CO22MgO+C;
5.实验装置如下图所示。
先关闭K,使A中的反应进行,加热玻璃管C,可观察到C管中发出耀眼白光,产生白烟,管壁上附着有淡黄色物质。
实验完成后,将C管中固体全部加入盐酸中,有臭鸡蛋气味的气体生成。
请回答下列有关问题:
(1)C中全部产物有_________________、_________________、_________________。
(2)本实验先使A中反应进行,再加热C装置,其目的是___________________。
(3)停止实验时,先打开K,再停止滴加浓硫酸,熄灭酒精灯,橡胶气胆B在实验中的作用是___________________。
(4)若无装置B、K,使用普通导管,本实验的尾气吸收装置可以选用上图中装置_______(填写序号,多选扣分)。
(5)C中的Mg应放在不锈钢垫片上而不能直接接触管壁的原因是___________________【答案】S MgO MgS 排净空气(防止Mg和氧气、氮气反应)防止倒吸 F、G、H 防止Mg和玻璃中的SiO2反应。
【解析】
【详解】
(1)浓硫酸和亚硫酸钠反应生成二氧化硫气体,二氧化硫与Mg反应,生成淡黄色固体S,臭鸡蛋气味的气体为硫化氢,因此二氧化硫与Mg反应产物为MgS.根据元素守恒可知,另外一种产物为氧化镁;
(2)利用A装置生成的气体SO2,排除装置C中的空气,防止Mg与空气中的氧气、氮气反应;
(3)停止实验后,温度降低导致体系内部压强减小,容易发生倒吸,打开K,将空气充入反应反应体系,可平衡容器内外压强,防止倒吸;
(4)若无装置B、K,E、F、G、H中有防倒吸作用的装置是F、G、H;
(5)玻璃中含有SiO2,高温下Mg能与SiO2反应。
6.在人类社会的发展进程中,金属起着重要的作用。
(1)以下有关金属单质的叙述正确的是_______。
A.金属钠非常活泼,在实验室中保存在石蜡油或煤油中
B.用坩埚钳夹住一小块铝箔,在酒精灯上加热,可观察到铝箔熔化,并有熔融物滴下
C.铁单质与水蒸气反应的化学方程式为:2Fe+3H2O(g)Fe2O3+3H2
(2)把NaOH、MgCl2、AlCl3三种固体组成的混合物溶于足量水后,产生1.16g白色沉淀,再向所得浊液中逐渐加入1.00mol/LHCl溶液,加入HCl溶液的体积与生成沉淀的关系如图所示。
①A点的沉淀物的化学式为______________。
②写出A点至B点发生反应的离子方程式:_________________。
③某溶液中溶有MgCl2和AlCl3两种溶质,若把两者分开,应选用的试剂为:NaOH溶液、_______和盐酸。
④C点(此时沉淀恰好完全溶解)HCl溶液的体积为________mL。
【答案】A Mg(OH)2AlO2-+H++H2O= Al(OH)3↓CO2130.0(130也给分)
【解析】
(1)金属钠非常活泼,能够与水、氧气等物质发生反应,但与石蜡油或煤油不反应,可以保存在石蜡油或煤油中,A正确;铝的熔点低,加热后会熔化,但铝在氧气中燃烧生成氧化铝,因为氧化铝的熔点高,加热时氧化膜包裹着内层的熔化的铝而不会低落,B错误;铁单质与水蒸气反应生成四氧化三铁而非氧化铁,C错误;正确选项A。
(2)从题给信息中可知:产生的白色沉淀加盐酸后,沉淀质量不变,说明原溶液中氢氧化钠过量,所以1.16g白色沉淀为氢氧化镁,而氢氧化铝沉淀溶于过量的氢氧化钠,溶液中存在偏铝酸根离子,继续加盐酸,会发生AlO2-+H++H2O= Al(OH)3↓,沉淀达到最大值,为氢氧化镁和氢氧化铝沉淀质量之和(B点);接着再加入足量的盐酸,两种沉淀都溶于酸中,沉淀消失;
①A点的沉淀物为氢氧化镁,化学式为Mg(OH)2;正确答案:Mg(OH)2。
②写出A点至B点发生反应为偏铝酸根离子与适量盐酸反应生成氢氧化铝沉淀,离子方程式: AlO2-+H++H2O= Al(OH)3↓;正确答案:AlO2-+H++H2O= Al(OH)3↓。
③含有MgCl2和AlCl3的混合液中,先加入足量的氢氧化钠溶液,生成氢氧化镁沉淀和偏铝酸钠溶液,过滤,得到沉淀氢氧化镁,再加适量的盐酸,生成MgCl2;滤液为偏铝酸钠溶液,通入足量二氧化碳气体,生成氢氧化铝沉淀和碳酸氢钠溶液,过滤得到沉淀固体,再加入适量盐酸,得到AlCl3,从而实现二者的分离;正确答案:CO2。
④根据上述分析可知:氢氧化镁沉淀质量为1.16克,物质的量为0.02 mol,A→B过程为AlO2-+H++H2O= Al(OH)3↓,共消耗盐酸的量为(30-10)×10-3×1=0.02 mol,生成Al(OH)3沉淀的量为0.02 mol,两种沉淀恰好与盐酸反应只生成氯化镁和氯化铝溶液,根据氯离子守恒可得:V(HCl)×1=0.02×2+0.02×3=0.1, V(HCl)=0.1L=100mL, C点(此时沉淀恰好完全溶解)HCl溶液的体积为30+100=130.0 mL,正确答案:130.0(130也给分)。
7.镁及其化合物在现代工业、国防建设中有着广泛的应用。
回答下列问题:
(1)单质镁在空气中燃烧的主要产物是白色的_____,还生成少量的______(填化学式)。
(2)CH3 MgCl是一种重要的有机合成剂,其中镁的化合价为______,CH3 MgCl水解时除生成甲烷外,还生成一种碱和一种盐。
写出该反应的化学方程式:
_________________________。
(3)Mg(OH)2是常用的阻燃材料。
以白云石(CaCO3、MgCO3,不考虑杂质)为原料制备Mg(OH)2和CaCO3工艺流程如下:
①溶解度:Ca(OH)2 _______ (填“>”或“<”)Mg(OH)2。
②“煅烧”时称取27.6 g白云石,高温加热到质量不再变化,收集到的CO2为6.72 L(标准状况下),若工艺中不考虑Ca、Mg损失,则Mg( OH)2和CaCO3的质量分别为
_________、____________。
【答案】MgOMg3N2+22CH3 MgCl+2H2O=2CH4↑+MgCl2 +Mg(OH)2>8.7 g15 g
【解析】
试题分析:
(1)镁既能在氧气中燃烧又能在氮气中燃烧,氧气的氧化性比氮气强,所以单质镁在空气中燃烧的主要产物是白色的MgO,还生成少量的Mg3N2。
(2)CH3 MgCl是一种重要的有机合成剂,其中镁的化合价为+2,CH3 MgCl水解时除生成甲烷外,还生成一种碱和一种盐,则该碱一定是氢氧化镁,该盐一定是氯化镁,该反应的化学方程式为2CH3 MgCl+2H2O=2CH4↑+MgCl2 +Mg(OH)2。
(3)①氢氧化钙微溶于水,氢氧化镁难溶于水,所以溶解度:Ca(OH)2 > Mg(OH)2。
②“煅烧”时称取27.6 g白云石,高温加热到质量不再变化,收集到的CO2为6.72 L(标准状况下),则CO2的物质的量为0.3mol。
由碳元素守恒可得,
n(CaCO3)+n(MgCO3)=0.3mol,100g/mol n(CaCO3)+84 g/mol n(MgCO3)=27.6g,解之得
n(CaCO3) =0.15mol,n(MgCO3)=0.15mol,若工艺中不考虑Ca、Mg损失,则Mg( OH)2的质量为58g/mol 0.15mol=8.7 g、CaCO3的质量为100g/mol0.15mol=15 g。
点睛:混合物的计算通常可以用守恒法快速列方程组求解。
常见的守恒关系有质量守恒、电子转移守恒、电荷守恒、元素(原子或离子)守恒等等。
利用守恒关系可以把题中的相关数据转化为方程式,联立成方程组,即可解题。
8.金属Mg及其化合物有重要的用途,请回答下列问题
(1)MgO的重要用途有_______。
(写出一种)
(2)井水中含有较多的Ca2+、Mg2+、HCO3-等离子,可以通过煮沸的方式将Mg2+转化为
Mg(OH)2,发生的离子方程式是:__________________。
(3)金属Mg可以用来冶炼Ti:2Mg+TiCl4Ti+2MgCl2。
可以用作该反应保护气的是
_______。
A.He B.C02 C.N2 D.HCl
(4)在蒸发皿中放人研细的碘和镁粉,无现象,滴入几滴水后立即产生大量的紫烟,紫烟的成分是_________(填分子式);对于实验中水的作用,甲同学认为是水溶解了I2,增大了I2与Mg的接触面积,导致了反应加快,乙同学认为是I2与H2O反应生成了酸,是酸与Mg反应放出热量,加快了I2与Mg的反应,请利用供选试剂:0.01mol/L I2的CCl4溶液、0.01 mol/L I2水、I2粉、Mg粉、蒸馏水,设计实验证明哪位同学的说法合理:
____________。
(包括实验过程、现象和结论)
(5)一种新型的Mg-H2O2酸性介质电池工作原理如图,正极发生的电极方程式为:
__________。
【答案】做耐火材料或冶炼Mg Mg2++ 2HCO3-Mg(OH)2↓+2CO2↑ A I2取少量的
0.01mol/L的CCl4溶液于试管中,加入少量Mg粉,振荡;再加入少量蒸馏水振荡,对比加水前后反应的快慢,如加快明显说明乙同学正确,如加快不明显,说明甲同学正确。
或取两支试管,分别加入相同体积的两种碘的溶液,同时加入相同量的Mg粉,观察两支试管反应的快慢,如盛水溶液的试管明显快些,说明乙同学正确,如两试管反应速度相差不大,说明甲同学正确 H2O2+2H++2e-=2H2O
【解析】(1)MgO的重要用途有做耐火材料或冶炼Mg等。
(2)加热时促进镁离子和碳酸氢根离子的水解反应,因此发生的离子方程式是Mg2++ 2HCO3-
Mg(OH)2↓+2CO2↑。
(3)镁与CO2、氮气和氯化氢均反应,所以可以用作该反应保护气的是He,答案选A;(4)碘是紫黑色固体,所以紫烟的成分是I2;根据两个假设可知实验方案为:取少量的0.01mol/L的CCl4溶液于试管中,加入少量Mg粉,振荡;再加入少量蒸馏水振荡,对比加水前后反应的快慢,如加快明显说明乙同学正确,如加快不明显,说明甲同学正确。
或取两支试管,分别加入相同体积的两种碘的溶液,同时加入相同量的Mg粉,观察两支试管反应的快慢,如盛水溶液的试管明显快些,说明乙同学正确,如两试管反应速度相差不大,说明甲同学正确。
(5)原电池中正极发生得到电子的还原反应,因此正极是双氧水得到电子,电极方程式为H2O2+2H++2e-=2H2O。
9.镁合金是重要的民用和航空材料,镁作为一种强还原剂,还用于钛、镀和铀的生产,氯酸镁[Mg(ClO3)2]常用作催熟剂、除草剂等。
(1)氧化镁的电子式为________。
(2)写出镁与TiCl4在高温条件下制取钛的化学方程式____________________。
(3)从海水中提取金属镁用到的主要化学药品有________________。
(4)某研究小组同学在实验室用卣块制备少量Mg(ClO3)2·6H2O,其流程如下:
已知:I卤块主要成分为Mg Cl2·6H2O,含有MgSO4、FeCl2等杂质。
Ⅱ可选用的试剂:H2O2,稀硫酸、KMnO4溶液、MgCl2溶液、MgO。
①加入BaCl2溶液的目的是____________。
②步骤X中需将Fe2+转化为Fe3+,所选的试剂为__________。
③Mg(ClO3)2加入到含有KSCN的FeSO4酸性溶液中立即出现红色,写出相关反应的离子方程式:________________________________________.
【答案】(1)(2分)
(2)2Mg+TiCl4Ti+2MgCl2(2分)
(3)石灰乳(或石灰石、生石灰)、盐酸(2分)
(4)①沉淀SO42-(或除去SO42-)(1分)
②H2O2(1分)
③ClO 3—+6Fe2++6H+====6Fe3++Cl-+3H2O(2分)、Fe3++SCN-Fe(SCN)3(不写不扣分)
【解析】
试题分析:(1))氧化镁是离子化合物,其电子式为;;
(2)镁与TiCl4在高温条件下制取钛的化学方程式为:2Mg+TiCl4Ti+2MgCl2;
(3)从海水中提取金属镁的流程:
所以用到的主要化学药品有:石灰乳(或石灰石、生石灰)、盐酸;
(4)①根据题给流程知,加入BaCl2溶液的目的是沉淀SO42-(或除去SO42-);②步骤X中需将Fe2+转化为Fe3+,不引入新的杂质,所选的试剂为H2O2;③Mg(ClO3)2加入到含有KSCN的FeSO4酸性溶液中立即出现红色,相关反应的离子方程式:ClO3—
+6Fe2++6H+====6Fe3++Cl-+3H 2O、Fe3++SCN-Fe(SCN)3。
考点:考查电子式、化学方程式的书写,化学工艺流程
10.镁在工业、医疗等领域均有重要用途。
某化学小组利用硼砂工厂的固体废弃物(主要含有MgCO3、MgSiO3、Al2O3和Fe2O3等),设计了回收其中镁的工艺流程:
(1)酸浸前,将固体废弃物研磨的目的是_______,为达到此目的,还可以采取的措施是_____(任写一条)。
(2)酸浸时,生成滤渣I的离子方程式为_________。
(3)第一次调节pH的目的是_____。
当加入氨水使Al3+开始沉淀时,溶液中c(Fe3+)/c (Al3+)为 _________ 。
已知K s p[Fe(OH)3 ]=4×10-38,K s p[Al(OH)3 ]=1×10-33.
(4)设计简单方案分离滤渣2,简述实验过程:______。
(5)滤液3中可回收利用的物质主要是_____(填化学式),其阳离子的电子式为
_______。
(6)写出工业上从滤渣3中获得镁锭的所有反应的化学方程式:_______。
【答案】加快浸出速率提高反应温度或适当增加硫酸浓度(或其他合理答案)
MgSiO3+2H+=Mg2++H2SiO3使Fe3+、Al3+沉淀从而分离出来 4.0×10-5溶于适量氢氧化钠溶液,过滤得Fe(OH)3;向滤液中通入过量CO2,过滤得Al(OH)3(NH4)2SO4
Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O、MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑
【解析】
浸出步骤硫酸同固体废料中主要成份反应,从化学反应速率和化学平衡的影响因素来看,可通过升高温度提高硫酸镁的溶解度,或通过搅拌使反应物充分接触反应,或通过过滤后滤渣多次浸取以提高转化率;因MgCO3、MgSiO3、Al2O3、Fe2O3能与硫酸反应,生成了MgSO4、Al2(SO4)2和Fe2(SO4)3,其中H2SiO3形成滤渣1,滤液1中MgSO4、Al2(SO4)2和
Fe2(SO4)3,根据阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH,在调节pH至5.5时,Fe3+和Al3+已经完全沉淀,滤渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3,滤液2中阴离子主要是SO42-,加入NH
·H2O后在调节pH至12.5时Mg2+完全沉淀,溶质主要成分是(NH4)2SO4。
3
(1)酸浸前,将固体废弃物研磨的目的是加快浸出速率,浸出步骤硫酸同固体废料中主要成份反应,从化学反应速率和化学平衡的影响因素来看,可通过升高温度提高硫酸镁的溶解度,或通过搅拌使反应物充分接触反应,或通过过滤后滤渣多次浸取以提高转化率,故答案为加快浸出速率,适当提高反应温度、增加浸出时间(或其他合理答案)
(2)因MgCO3、MgSiO3、Al2O3、Fe2O3能与硫酸反应,生成了MgSO4、Al2(SO4)2和
Fe2(SO4)3,其中H2SiO3形成滤渣;酸浸时,生成滤渣I的离子方程式为
MgSiO3+2H+=Mg2++H2SiO3;(3)滤液I中含有MgSO4、Al2(SO4)2和Fe2(SO4)3,根据阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH,在调节pH至5.5时,Fe3+和Al3+已经完全沉淀,滤渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3,第一次调节pH的目的是使Fe3+、Al3+沉淀从而分离出来;当加入氨水使Al3+开始沉淀时,溶液中c(Fe3+)/c(Al3+)
=K s p[Fe(OH)3 ]/K s p[Al(OH)3 ]==4×10-38/1×10-33=4.0×10-5;(4)设计简单方案分离滤渣2,滤渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3,利用Al(OH)3具有两性,分离操作:溶于适量氢氧
化钠溶液,过滤得Fe(OH)3;向滤液中通入过量CO2,过滤得Al(OH)3;(7)上述过滤后滤液中阴离子主要是SO42-,加入NH3·H2O后在调节pH至12.5时Mg2+完全沉淀,溶质主
要成分是(NH4)2SO4,故答案为(NH4)2 SO4;其阳离子的电子式为,(6)滤渣3为
Mg(OH)2,工业上从滤渣3生产镁锭的反应:Mg(OH)2 +2HCl=MgCl2+2H2O、MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑。
点睛:本题考查常见金属元素的单质及其化合物的综合应用;难溶电解质的溶解平衡的本质。
学生要有根据常见金属元素Mg、Al、Fe及其化合物主要性质,以及Al(OH)3两性等知识,应用基础知识解决简单化学问题的能力,分析能力.当加入氨水使Al3+开始沉淀时,溶液中c(Fe3+)/c(Al3+)=K s p[Fe(OH)3 ]/K s p[Al(OH)3 ]==4×10-38/1×10-33=4.0×10-5,计算是本题的难点。