Question

9．碳酸鎂晶須是一種新型吸波隱形材料中的增強(qiáng)劑．某工廠以MgCl₂（含少量雜質(zhì)FeCl₂、FeCl₃）為原料制備碳酸鎂晶須（MgCO₃•H₂O）的工藝流程如下：

已知：Fe³⁺、Fe²⁺、Mg²⁺生成氫氧化物沉淀時(shí)的pH

物質(zhì)	開始沉淀	沉淀完全
Fe（OH）3	2.7	3.7
Fe（OH）2	7.6	9.6
Mg（OH）2	9.9	11.1

注：Fe（OH）₂沉淀呈絮狀，不易從溶液中除去．
（1）寫出“氧化”過程中發(fā)生的離子反應(yīng)方程式并用單線橋標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目．
（2）pH調(diào)節(jié)的范圍3.7～9.9之間，濾渣的主要成分Fe（OH）₃（填化學(xué)式）．
（3）操作X包括過濾、洗滌、烘干，證明碳酸鎂晶須已經(jīng)洗滌干凈的方法取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化，再加入硝酸銀溶液，沒有白色沉淀生成，說(shuō)明洗滌干凈．
（4）水浸后溶液中Fe²⁺、Fe³⁺含量的測(cè)定
①取水浸后溶液100.00mL，測(cè)得Cl^-的濃度為0.455mol•L^-1，向其中緩緩?fù)ㄈ肼葰馐笷e²⁺恰好完全轉(zhuǎn)化為Fe³⁺，測(cè)得此時(shí)溶液中Cl^-的濃度為0.460mol•L^-1（溶液體積變化忽略不計(jì)）．
②另取水浸后溶液100.00mL，向其中加入過量的1mol•L^-1NaOH溶液，充分反應(yīng)后過濾、洗滌、灼燒，冷卻后，稱得固體粉末的質(zhì)量為0.96g．
試通過計(jì)算確定水浸后溶液中Fe²⁺、Fe³⁺的物質(zhì)的量濃度（寫出計(jì)算過程）．

Answer 1

分析 原料水浸加入過氧化氫，將亞鐵離子氧化為鐵離子，再調(diào)節(jié)pH，使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵而除去，過濾后，濾液中氨水與碳酸氫銨得到沉淀，再過濾、洗滌、烘干得到碳酸鎂晶須．
（1）氧化過程發(fā)生反應(yīng)：H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺═2Fe³⁺+2H₂O；
（2）“調(diào)節(jié)pH”目的是使Fe³⁺等雜質(zhì)離子生成氫氧化物沉淀除去，且盡量避免Mg²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀；
（3）碳酸鎂晶須表面會(huì)附著氯離子等，可以用硝酸銀溶液檢驗(yàn)最后洗滌液中是否含有氯離子判斷是否洗滌干凈；
（4）通入氯氣發(fā)生反應(yīng)：Cl₂^-+2Fe²⁺═2Fe³⁺+2Cl^-，氯離子濃度變化量等于溶液中亞鐵離子濃度；
將加入NaOH溶液得到的沉淀洗滌、灼燒，最終得到Fe₂O₃，根據(jù)Fe原子守恒計(jì)算n（Fe³⁺），進(jìn)而計(jì)算溶液中的Fe³⁺的濃度．

解答 解：原料水浸加入過氧化氫，將亞鐵離子氧化為鐵離子，再調(diào)節(jié)pH，使鐵離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鐵而除去，過濾后，濾液中氨水與碳酸氫銨得到沉淀，再過濾、洗滌、烘干得到碳酸鎂晶須．
（1）氧化過程發(fā)生反應(yīng)：H₂O₂+2H⁺+2Fe²⁺═2Fe³⁺+2H₂O，用單線橋標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目為：，
故答案為：；
（2）“調(diào)節(jié)pH”目的是使Fe³⁺等雜質(zhì)離子生成氫氧化鐵沉淀除去，且盡量避免Mg²⁺轉(zhuǎn)化為沉淀，根據(jù)各氫氧化物沉淀生成的pH與沉淀完全的pH，可知應(yīng)控制pH在3.7～9.9之間，濾渣的主要成分為Fe（OH）₃，
故答案為：3.7～9.9之間；Fe（OH）₃；
（3）碳酸鎂晶須表面會(huì)附著氯離子等，取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化，再加入硝酸銀溶液，沒有白色沉淀生成，說(shuō)明洗滌干凈，
故答案為：取最后一次洗滌液，加入硝酸酸化，再加入硝酸銀溶液，沒有白色沉淀生成，說(shuō)明洗滌干凈；
（4）通入氯氣發(fā)生反應(yīng)：Cl₂^-+2Fe²⁺═2Fe³⁺+2Cl^-，根據(jù)方程式可知，氯離子濃度變化量等于溶液中亞鐵離子濃度，則溶液中c（Fe²⁺）=△c（Cl^-）=0.460mol/L-0.455mol/L=0.005mol/L，
將加入NaOH溶液得到的沉淀洗滌、灼燒，最終得到MgO和Fe₂O₃，設(shè)其物質(zhì)的量分別為xmol和ymol，根據(jù)電荷守恒有2x+6y=0.0460mol，根據(jù)題意有40x+160y=0.96，所以x=0.04mol，y=0.001mol，所以根據(jù)Fe原子守恒n（Fe³⁺）=0.001mol×2-0.005mol/L×0.1L=0.0015mol，故溶液中的Fe³⁺的濃度為0.015mol/L，
答：水浸后溶液中Fe²⁺的濃度為0.005mol/L，F(xiàn)e³⁺的物質(zhì)的量濃度為0.015mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生對(duì)工藝流程的理解、氧化還原反應(yīng)、對(duì)條件的控制選擇與理解等，理解工藝流程原理是解題的關(guān)鍵，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，題目難度中等．