Question

9．蛇紋石礦可以看做MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成．由蛇紋石制取堿式碳酸鎂的實驗流程如圖1所示：
（1）蛇紋石加鹽酸溶解后，溶液里除了Mg²⁺外，還含有的金屬離子是Fe³⁺、Al³⁺

氫氧化物	溶液pH
	開始沉淀	沉淀完全	沉淀開始溶解	沉淀完全溶解
Fe（OH）3	2.3	3.4	沉淀不溶	沉淀不溶
Al（OH）3	3.3	5.2	7.8	12.8
Mg（OH）2	8.6	11.1	沉淀不溶	沉淀不溶

（2）進行Ⅰ操作時，控制溶液pH=6～7（有關(guān)氫氧化物沉淀的pH見表），沉淀物A中含有Fe（OH）₃、Al（OH）₃．該操作中Ca（OH）₂不能過量，若Ca（OH）₂過量，溶液pH會升高，可能導(dǎo)致Al（OH）₃溶解、Mg（OH）₂會沉淀析出．
（3）物質(zhì)循環(huán)使用，能節(jié)約資源．上述實驗中，可以循環(huán)使用的物質(zhì)是CO₂．
（4）確定產(chǎn)品堿式碳酸鎂（mMgCO₃•nMg（OH）₂•xH₂O）的組成．某同學(xué)組裝儀器如圖2所示：

資料查詢：MgCO₃、Mg（OH）₂受熱易分解，各生成對應(yīng)的兩種氧化物．
實驗測得：硬質(zhì)玻璃管中剩余的固體質(zhì)量為2.0g，D處濃H₂SO₄增重0.9g，E處堿石灰增重1.76g，A裝置中NaOH溶液的作用是除去空氣中的二氧化碳；在實驗中要持續(xù)通入空氣，其目的是使得堿式碳酸鎂分解產(chǎn)生的二氧化碳和水蒸氣被完全排出；通過計算可得堿式碳酸鎂的化學(xué)式為4MgCO₃•Mg（OH）₂•4H₂O．若將F裝置去掉，對實驗結(jié)果的影響是m值偏大（填“偏大”、“偏小”或“不變”），x值偏大．

Answer 1

分析 （1）蛇紋石礦可以看做MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂組成，蛇紋石加鹽酸溶解后，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應(yīng)溶解，而SiO₂和HCl不反應(yīng)，不能溶解；
（2）根據(jù)題干中沉淀形成和溶解的pH信息來分析；
（3）根據(jù)反應(yīng)過程中CO₂既是反應(yīng)物，也是生成物，可以重復(fù)使用進行分析；
（4）根據(jù)氫氧化鈉固體的化學(xué)性質(zhì)進行分析；根據(jù)裝置中的空氣中含有二氧化碳和水蒸氣進行分析；根據(jù)硬質(zhì)玻璃管中剩余的固體質(zhì)量為2.0g，C處濃H₂SO₄增重0.9g，D處堿石灰增重1.76g進行分析；根據(jù)堿石灰可以吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣進行分析．

解答 解：（1）蛇紋石加鹽酸溶解，MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和HCl反應(yīng)溶解，反應(yīng)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(yīng)，以沉淀的形式除去．故答案為：Fe³⁺、Al³⁺；
（2）根據(jù)題干中沉淀形成的pH可知，當(dāng)溶液pH=6～7時，氫氧化鐵和氫氧化鋁會沉淀析出；若Ca（OH）₂過量，溶液pH會升高，pH超過7.8時，氫氧化鋁沉淀開始溶解，到達8.6時，氫氧化鎂沉淀形成；故填：Fe（OH）₃、Al（OH）₃；Al（OH）₃；Mg（OH）₂；
（3）從實驗步驟圖知：上述實驗中，步驟Ⅱ中通二氧化碳，生成碳酸鈣，碳酸鈣分解可得到二氧化碳，作為第Ⅱ步的原料，堿式碳酸鎂分解得到CO₂，可以循環(huán)使用的物質(zhì)是：CO₂；故答案為：CO₂；
（4）氫氧化鈉溶液可以吸收空氣中的二氧化碳，避免對后面檢驗二氧化碳、水造成干擾，所以A框中裝置的作用是：除去空氣中的二氧化碳和水；裝置內(nèi)的空氣中含有二氧化碳和水蒸氣，會對后面的稱量造成干擾，所以加熱前應(yīng)進行的操作是：關(guān)閉K₂打開K₁鼓入空氣；硬質(zhì)玻璃管中剩余的固體質(zhì)量為2.0g，C處濃H₂SO₄增重0.9g，所以m（H₂O）=0.9g，D處堿石灰增重1.76g，所以m（CO₂）=1.76g，
mMgCO₃nMg（OH）₂xH₂O$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$（m+n）MgO+mCO₂↑+（n+x）H₂O↑，
                                                    40（m+n）      44m        18（n+x）
                                                          2g             1.76g          0.9g
      
                      解之得：m=4，n=1，x=4，
所以堿式碳酸鎂的化學(xué)式為：4MgCO₃•Mg（OH）₂•4H₂O；
將E框中的裝置去掉，空氣中的二氧化碳和水蒸氣會增加堿石灰和濃硫酸的質(zhì)量，所以對實驗結(jié)果的影響是m值偏大，x值偏大；故填：除去空氣中的二氧化碳；使得堿式碳酸鎂分解產(chǎn)生的二氧化碳和水蒸氣被完全排出；偏大；偏大．

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