Question

【題目】鎂在工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域均有重要用途。某化學(xué)興趣小組利用硼砂工廠的固體廢棄物(主要含有MgCO3、MgSiO3、Al2O3和Fe2O3等)，設(shè)計(jì)了如下回收鎂的工藝流程：

(1)酸浸前，將固體廢棄物研磨的目的是___________________________________。為達(dá)到目的，還可以采取的措施是_________________________________________________(任寫(xiě)一條)。

(2)酸浸時(shí)，生成濾渣1的離子方程式為__________________________________。

(3)第一次調(diào)節(jié)pH的目的是_____________________________。當(dāng)加入氨水使Al3+開(kāi)始沉淀時(shí)，溶液中c(Fe3+)/c(Al3+)為__________________。已知：Ksp[Fe(OH)3]=4.0×10-38，Ksp[Al(OH)3]=1.0×10-33，Ksp[Mg(OH)2]=1.8×10-11。

(4)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方案分離濾渣2中的成分，簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)過(guò)程：________________________________。

(5)濾液3中可回收利用的物質(zhì)主要是__________(寫(xiě)化學(xué)式)，其陽(yáng)離子的電子式為________。

(6)寫(xiě)出工業(yè)上從濾渣3中獲得鎂錠的所有反應(yīng)的化學(xué)方程式：_________________________。

Answer 1

【答案】加快浸出速率，提高浸取率 提高反應(yīng)溫度或適當(dāng)增加硫酸濃度(或其他合理答案) MgSiO3+2H+=Mg2++H2SiO3 使Fe3+、Al3+沉淀 4.0×10-5 溶于適量氫氧化鈉溶液，過(guò)濾得Fe(OH)3；向?yàn)V液中通入過(guò)量CO2，過(guò)濾得Al(OH)3 (NH4)2SO4 Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O、MgCl2(熔融) Mg+Cl2↑

【解析】

本題考查常見(jiàn)金屬元素Mg、Al、Fe及其化合物主要性質(zhì)，以及Al(OH)3兩性等知識(shí)，難溶電解質(zhì)的溶解平衡的本質(zhì)。

（1）增大固體的表面積可加快反應(yīng)速率，提高浸取率，除此之外還可以升高溫度、增大硫酸的濃度等；

（2）因MgCO3、MgSiO3、Al2O3、Fe2O3能與硫酸反應(yīng)，生成了MgSO4、Al2(SO4)2和Fe2(SO4)3，其中H2SiO3形成濾渣；酸浸時(shí)，生成濾渣I的離子方程式為MgSiO3+2H+=Mg2++H2SiO3；

（3）濾液I中含有MgSO4、Al2(SO4)2和Fe2(SO4)3，根據(jù)陽(yáng)離子以氫氧化物形式完全沉淀時(shí)溶液的pH，在調(diào)節(jié)pH至5.5時(shí)，Fe3＋和Al3＋已經(jīng)完全沉淀，濾渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3，第一次調(diào)節(jié)pH的目的是使Fe3+、Al3+沉淀從而分離出來(lái)；當(dāng)加入氨水使Al3+開(kāi)始沉淀時(shí)，溶液中c（Fe3+）/c（Al3+）= Ksp[Fe(OH)3]/Ksp[Al(OH)3]= 4×10-38/1×10-33=4.0×10-5；

（4）設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方案分離濾渣2，濾渣2的主要成分是Fe(OH)3、Al(OH)3，利用Al(OH)3具有兩性，分離操作：溶于適量氫氧化鈉溶液，過(guò)濾得Fe（OH）3；向?yàn)V液中通入過(guò)量CO2，過(guò)濾得Al（OH）3；

（5）上述過(guò)濾后濾液中陰離子主要是SO42－，加入NH3·H2O后在調(diào)節(jié)pH至12.5時(shí)Mg2＋完全沉淀，溶質(zhì)主要成分是(NH4)2SO4，其陽(yáng)離子的電子式為；

（6）濾渣3為Mg(OH)2，工業(yè)上從濾渣3生產(chǎn)鎂錠的反應(yīng)：Mg(OH)2+2HCl=MgCl2+2H2O、MgCl2（熔融）Mg+Cl2↑。