Question

卤块的主要成分是MgCl₂，此外还含Fe³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等离子．若以它为原料按下图所示工艺流程进行生产，可制得轻质氧化镁．

若要求产品尽量不含杂质，而且生产成本较低，根据表1和表2提供的资料，填写空白：
表1生成氢氧化物沉淀的pH

物质	开始沉淀	沉淀完全
Fe（OH）3	2.7	3.7
Fe（OH）2	7.6	9.6*
Mn（OH）2	8.3	9.8
Mg（OH）2	9.6	11.1

Fe²⁺氢氧化物呈絮状，不易从溶液中除去，常将它氧化为Fe³⁺，生成Fe（OH）₃沉淀除去．
表2原料价格表

物质	价格/元・吨^-1
漂液（含25.2%NaClO）	450
双氧水（含30%H2O2）	2400
烧碱（含98%NaOH）	2100
纯碱（含99.5%Na2CO3）	600

（1）在步骤②中加入的试剂X，最佳的选择是______，其作用是______；
（2）在步骤③中加入的试剂应是______；之所以要控制pH=9.8，其目的是______；
（3）在步骤④中加入的试剂Z应是______；
（4）在步骤⑤中发生的反应是______．

Answer

为除去Fe2+，先将Fe2+氧化成Fe3+，然后加入NaOH调节pH为9.8，然后在滤液中加入纯碱将Mg2+从溶液中以MgCO3沉淀出来，然后加热煮沸可得到Mg（OH）2，灼烧后得到MgO．
【解析】
（1）步骤②是为了将Fe2+氧化成Fe3+，并在控制合适的pH条件时生成Fe（OH）3沉淀而除之．虽然漂液和H2O2都可采用，但对比表2提供的原料价格可以看出，漂液比H2O2的价格低得多，所以选漂液最合理，
故答案为：漂液（NaClO），使Fe2+氧化成为Fe3+；
（2）步骤③的目的在于使除Mg2+以外的各种杂质金属离子都生成氢氧化物沉淀，以便通过过滤而除去，应加入NaOH，如加入纯碱，不能达到较高的PH，分析表1提供的数据：除去杂质离子合理的pH范围是3.7＜pH＜9.8，在此范围内，如果pH过高，就会有大量的Mg2+生成Mg（OH）2而进入沉淀中，从而导致生产成本的提高．为了兼顾产品质量和生产成本，选择pH=9.8最合理，当然此时Mg2+也会部分生成Mg（OH）2沉淀，但由于卤块价格低廉，这点不可避免的损失还是可以承受的，以此保证产品的纯度值得．
故答案为：NaOH，使除Mg2+以外的各种杂质金属离子都成为氢氧化物沉淀以便除去；
（3）步骤④的目的是将Mg2+从溶液中沉淀出来．从MgCl2制得MgO，有两种可行的方法，一种是向溶液中加入烧碱，另一种方法是向溶液中加入纯碱，此处选用后一种方法更合理．一方面，加烧碱生成的中间产物Mg（OH）2是胶状沉淀，会造成过滤困难，更重要的是反应过程中不能进行轻化处理，只能得到重质氧化镁；加纯碱生成的中间产物MgCO3呈粗颗粒状，易过滤，MgCO3在水中经一段时间的加热会有部分反应生成CO2，由于CO2气体的产生，使沉淀变得疏松，灼烧沉淀后得到的是轻质氧化镁．另一方面，对比表2中烧碱和纯碱的价格可以看出，纯碱比烧碱价格低得多，采用纯碱路线既合理又经济，故答案为：纯碱（Na2CO3）；
（4）步骤⑤中反应的化学方程式为：MgCO3+H2O Mg（OH）2+CO2↑，
故答案为：MgCO3+H2O Mg（OH）2+CO2↑．