Question

菱镁矿是碱性耐火材料的主要原料，其主要的化学成分是：MgCO₃，同时含有杂质：SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、CaO等；目前以菱镁矿为主要原料制备MgSO₄的方法如下：

已知：①常温下，Fe³⁺、Al³⁺、Mg²⁺开始形成氢氧化物沉淀和沉淀完全时的pH值如下：

	Fe^3+	Al^3+	Mg^2+
开始沉淀	2．1	3．7	9．0
沉淀完全	3．2	5．2	12．4

②MgSO₄·7H₂O在70～80℃时失去3个结晶水，300℃时失去全部的结晶水；

（1）用平衡原理解释：菱镁矿粉粹后加热生成的氧化镁可以溶解在硫酸铵溶液中的原因                                                                     。

（2）在该工业流程中，可以循环使用的物质是              。

（3）步骤③中氨气和硫酸恰好完全反应，取此时所得的溶液10.00mL配成250mL溶液，配制溶液过程中除烧杯、玻璃棒、胶头滴管、酸式滴定管外，还需要的玻璃仪器有：              ；经检测所配制的溶液pH=1，c(SO₄²ˉ)=1.05mol/L，试求算所配制溶液中NH₄⁺ 水解的平衡常数K（写计算过程，计算结果保留三位有效数字）。

（4）在加热条件下杂质中的三氧化二铁溶于硫酸铵的离子反应方程式是：

                                                                        。

（5）蒸发结晶过程中需要使用60～70℃水浴加热方式，其原因是                  。

Answer

（16分）

（1）因NH4++H2ONH3·H2O+H+，MgO+ 2H+=Mg2++H2O，氧化镁消耗氢离子，铵根离子水解平衡向右进行，不断提供H+使MgO不断溶解（3分）（写出两个方程式就给2分，平衡向右移动给1分）

（2）(NH4)2SO4 （2分）

（3）250ml容量瓶（2分，没有规格不给分）   K=5.00×10－3 mol•Lˉ1（计算过程见解析）

（4）Fe2O3+ 6NH4+  =6NH3↑+2Fe3++3H2O(条件：加热)（没有写条件和气体呼号扣1分，没配平扣1分；共2分）

（5）避免加热蒸发过程中MgSO4·7H2O失去部分或全部的结晶水（2分）

【解析】

试题分析：（1）硫酸铵溶液中存在如下水解平衡：NH4++H2ONH3•H2O+H+，氧化镁与氢离子反应，生成镁离子和水，减小氢离子浓度，促进铵根离子的水解平衡右移，生成的氢离子又溶解菱镁矿粉粹后加热生成的氧化镁；（2）步骤③生成硫酸铵，步骤②消耗硫酸铵，说明该工艺流程中，硫酸铵是可以循环利用的物质；（3）配制250mL溶液需要的玻璃仪器是烧杯、玻璃棒、250mL容量瓶、胶头滴管、酸式滴定管等；氨气和硫酸反应所得溶液中含有H+、NH4+、OH－，根据电荷守恒原理可得：c(H+)+c(NH4+)=2c(SO42ˉ)，由于pH=1，则溶液中c(H+)=0.1mol/L，c(SO42ˉ)=1.05mol/L，所以c(NH4+)=2.0mol/L；由于(NH4)2SO4=2NH4++SO42ˉ，则没有水解时c(NH4+)=2 c(SO42ˉ)=2.1mol/L；由三行数据法得：

NH4++H2ONH3•H2O+H+

各组分起始浓度/mol•Lˉ1       2.1             0      0

各组分变化浓度/mol•Lˉ1       0.1            0.1     0.1

各组分平衡浓度/mol•Lˉ1       2.0            0.1     0.1

K===5.00×10－3 mol•Lˉ1；

（4）先写硫酸铵水解反应：NH4++H2ONH3·H2O+H+，再写Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O，前者×6+后者可得：Fe2O3+6NH4++3H2O=6NH3·H2O+2Fe3+，加热时6NH3·H2O 6NH3+6H2O，则Fe2O3+6NH4+=6NH3↑+2Fe3++3H2O；（5）蒸发结晶得到的目标产物是MgSO4·7H2O，加热温度过低，蒸发结晶速率过低，加热温度过高，结晶析出的MgSO4·7H2O失去部分或全部的结晶水，因此蒸发结晶过程中需要使用60～70℃水浴加热方式。

考点：考查物质制备工艺流程，涉及利用平衡移动原理解释原因、循环利用的物质、配制一定体积溶液使用的玻璃仪器、化学平衡常数的计算、pH的计算、氧化铁溶于硫酸铵溶液的离子方程式、蒸发结晶采取水浴加热的原因、七水硫酸镁的稳定性等。