Question

【題目】實驗室以一種工業(yè)廢渣（主要成分為MgCO3、Mg2SiO4和少量Fe、Al的氧化物） 為原料制備Mg CO3·3H2O。實驗過程如下：

（1）酸溶過程中主要反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為：

MgCO3（s）+2H+（aq）=Mg2+（aq）+CO2（g）+H2O H = -50.4kJ·mol-1

Mg2SiO4（s） +4 H+（aq）=2 Mg2+（aq） +H2SiO3（s） + H2O（l） H =-225.4kJ··mol-1

向Mg2SiO4懸濁液中通入CO2析出H2SiO3的熱化學(xué)方程式為__________，該反應(yīng)能正向進(jìn)行的熱力學(xué)原因是_________。該反應(yīng)的平衡常數(shù)表達(dá)式為__________。

（2）對氧化后的溶液，加入萃取劑磷酸二異辛酯（C16H35O4P）的煤油溶液，并調(diào)節(jié)pH為1.4~4.3，萃取劑的體積約為水溶液的0.5倍，充分振蕩、靜止、分層（上層為含三價鐵的有機層），分液。向分液得到的有機層加硫酸反萃取得到硫酸鐵溶液，從而與有機層分離。萃取反應(yīng)為：Fe2（SO4）3（水層）+6HA（有機層）=2FeA3（有機層）+3H2SO4（水層）

①提高萃取效率的措施有__________。

A 適當(dāng)提高萃取劑的濃度 B 適當(dāng)提高溶液酸度

C 充分振蕩，多次萃取 D 不斷地從下層排除出有機層

②在反萃取中加硫酸的作用是___________。

（3）萃取后的水溶液制備Mg CO3·3H2O的實驗方案：滴加氨水調(diào)節(jié)溶液的pH在一定范圍內(nèi)，過濾。向濾液中滴加Na2 CO3溶液，攪拌、靜置、過濾，用水洗滌固體2~3次，在50℃下干燥，得到Mg CO3·3H2O。[已知該溶液中pH=8.5時Mg（OH）2開始沉淀；pH=5.0時Al（OH）3沉淀完全]。

①調(diào)節(jié)溶液pH的范圍____________。

②判斷向濾液中滴加Na2CO3溶液過量的方法__________。

（4）從廢渣制備Mg CO3·3H2O的整體實驗方案看，酸溶時所加H2SO4不宜過量太多的原因是_________。

Answer 1

【答案】Mg2SiO4（s）+2CO2（g）+H2O（l）= 2MgCO3（s）+H2SiO3（s）△H=-124.6kJmol-1 該反應(yīng)放熱（或△H <0）有利于正向進(jìn)行 K= AC 促進(jìn)萃取平衡逆向移動,Fe3+進(jìn)入水層 5.0≤ pH <8.5 向上層清液中繼續(xù)滴加Na2CO3溶液 ，若無沉淀生成，證明Na2CO3過量（其他答案合理即可） 不利于Fe3+萃取，避免制備MgCO3時消耗更多的氨水

【解析】

將廢渣溶于硫酸，硅元素形成硅酸沉淀被過濾除去，用過氧化氫進(jìn)行氧化，確保鐵元素氧化成三價，通過萃取的形式除去三價鐵，調(diào)pH除去鋁離子，最后加碳酸鈉形成碳酸鎂，再通過過濾、洗滌、在50℃下干燥，得到Mg CO3·3H2O。

(1) ①MgCO3(s)+2H+(aq)=Mg2+(aq)+CO2(g)+H2O H1 = -50.4kJ·mol-1

②Mg2SiO4(s)+4H+(aq)=2Mg2+(aq)+H2SiO3(s)+ H2O(l) H2 =-225.4kJ·mol-1

②-2×①：Mg2SiO4(s)+2CO2(g)+H2O(l)=2MgCO3(s)+H2SiO3(s) △H=H2-2×H1=(-225.4kJ·mol-1)-2×(-50.4kJ·mol-1)= -124.6kJmol-1，該反應(yīng)能正向進(jìn)行的原因是該反應(yīng)放熱（或△H <0）有利于正向進(jìn)行，平衡常數(shù)K=，故答案為：Mg2SiO4(s)+2CO2(g)+H2O(l)= 2MgCO3(s)+H2SiO3(s) △H=-124.6kJmol-1；該反應(yīng)放熱（或△H <0）有利于正向進(jìn)行；K=；

(2) ①萃取是為了得到FeA3（有機層）：

A．適當(dāng)提高萃取劑的濃度，可以提高萃取效率，A正確；

B．提高溶液酸度，不利于FeA3（有機層）的生成，B錯誤；

C．多次萃取可以盡可能的得到FeA3，C正確；

D．有機層在上層，上層液體從上口倒出，D錯誤；

綜上所述，AC正確，故答案為：AC；

②由Fe2(SO4)3(水層)+6HA(有機層)=2FeA3(有機層)+3H2SO4(水層)可知，加硫酸可使平衡逆向移動，使Fe3+進(jìn)入水層，故答案為：促進(jìn)萃取平衡逆向移動，使Fe3+進(jìn)入水層；

(3)①滴加氨水是為了使鋁離子沉淀而除去，將鋁離子沉淀除去，pH至少為5.0，鎂離子不能沉淀，否則會降低產(chǎn)率，pH需小于8.5，故答案為：5.0≤ pH <8.5；

②加Na2CO3溶液的目的是為了和Mg2+反應(yīng)生成MgCO3沉淀，若Na2CO3過量，則上層清液中不含有Mg2+，可繼續(xù)向上層清液中滴加Na2CO3溶液 ，若無沉淀生成，證明Na2CO3過量，故答案為：向上層清液中繼續(xù)滴加Na2CO3溶液 ，若無沉淀生成，證明Na2CO3過量（其他答案合理即可）；

(4)從反萃取平衡：Fe2(SO4)3(水層)+6HA(有機層)=2FeA3(有機層)+3H2SO4(水層)可知，硫酸太多不利于Fe3+萃取，同時再加氨水調(diào)pH除Al3+時將消耗更多的氨水，故答案為：不利于Fe3+萃取，避免制備MgCO3時消耗更多的氨水。