Question

Ⅰ.高纯度氢氧化镁广泛应用于医药、电力等领域。镁硅酸盐矿石可用于生产氢氧化镁，简要工艺流程如图所示：

已知：

①溶液Ⅰ中除含Mg²⁺、SO₄^2‒外，还含有少量Fe³⁺、Al³⁺、Fe²⁺等离子；

②常温下，几种金属离子开始沉淀和沉淀完全时的pH如下表所示：

金属离子	Fe^3+	Al^3+	Fe^2+	Mg^2+
开始沉淀时的pH	1.5	3.3	6.5	9.4
沉淀完全时的pH	3.7	5.2	9.7	12.4

请回答下列问题：

（1）镁在元素周期表中的位置_______________；

（2）向溶液Ⅱ中加入试剂X是_____________，作用是_________________________；

（3）流程中不加H₂O₂引起的后果是___________________________________；

（4）说出母液的一种用途___________________；

（5）加入H₂O₂溶液发生反应的离子方程式是___________________；

Ⅱ.海水中含有丰富的镁资源。某同学设计了从模拟海水中制备MgO的实验方案：

模拟海水中的离子浓度/ （mol/L）	Na^+	Mg^2+	Ca^2+	Cl^－	HCO3^－
0.439	0.050	0.011	0.560	0.001

注：溶液中某种离子的浓度小于1.0×10^－5 mol/L，可认为该离子不存在；实验过程中，假设溶液体积不变。 

已知：K_sp(CaCO₃)＝4.96×10^－9；K_sp(MgCO₃)＝6.82×10^－6；K_sp [Ca(OH)₂]＝4.68×10^－6；K_sp [Mg(OH)₂]＝5.61×10^－12。请回答下列问题：

（6）沉淀物X为_____________；

（7）滤液N中Ca^2＋浓度为_______________；

（8）加NaOH固体调整pH=12.5是否可行______（填“是”“否”）；原因是________。

Answer

第三周期第ⅡA族 MgO或MgCO3、Mg(OH)2 既调节溶液的pH又不引入杂质 直接调pH小于9.4，Fe2+离子沉淀不完全，调pH大于9.7会使Mg2+损失 化肥 2Fe2++2H2O2+2H+=2Fe3++2H2O CaCO3 0.01mol/L 否 如果pH调制12.5会使氢氧化钙沉淀，会使产品不纯

【解析】Ⅰ.溶液Ⅰ中除MgSO4外，还含有少量Fe3+、Al3+、Fe2+等离子，根据题中提供的各种金属离子沉淀的pH值可知，加入双氧水可以将亚铁离子氧化成铁离子，再加入试剂X主要作用是调节溶液pH值，使铁离子沉淀，可以加氧化镁或氢氧化镁等，过滤后在滤液中加入氨水使溶液中镁离子沉淀，得氢氧化镁沉淀，由于要通过使铁离子沉淀的方法除去铁，所以要先氧化再沉淀；

（1）Mg的原子序数为12，原子核外有3个电子层，最外层电子数为2，则位于周期表第三周期ⅡA族；
（2）根据上面的分析可知，向溶液Ⅱ中加入X时不能引入新的杂质，同时要能与H+反应，则可加入 MgO或MgCO3、Mg(OH)2 ；X的作用是调节溶液pH又不引入杂质；

（3）流程中H2O2的作用是氧化Fe2+，便于与Mg2+分离，如不加H2O2引起的后果是直接调pH小于9.4，Fe2+离子沉淀不完全，调pH大于9.7会使Mg2+损失；

（4）母液中含有的溶质主要是(NH4)2SO4，可用作化肥；

（5）根据上面的分析可知，加入H2O2溶液反应的离子方程式是2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O；

Ⅱ.步骤①，加入0.001mol NaOH时，OH- 恰好与HCO3-完全反应，生成0.001molCO32-．由于Ksp（CaCO3）＜＜Ksp（MgCO3），生成的CO32-与水中的Ca2+反应生成CaCO3 沉淀，滤液M中同时存在着Ca2+和Mg2+；步骤②，当滤液M中加入NaOH 固体，调至pH=11时，此时滤液中c（OH-）=1×10-3 mol•L-1，根据溶度积可判断无Ca（OH）2生成，有Mg（OH）2沉淀生成；

（6）有分析可知沉淀物X为CaCO3；

（7）步骤②，当滤液M中加入NaOH 固体，调至pH=11（即pOH=3）时，此时滤液中c（OH-）=1×10-3 mol•L-1，则Q[Ca（OH）2]=c（Ca2+）×（10-3）2=0.010×（10-3）2=10-8＜Ksp[Ca（OH）2]，无Ca（OH）2生成；Q[Mg（OH）2]=c（Mg2+）×（10-3）2=0.050×（10-3）2=5×10-8＞Ksp[Mg（OH）2]，有Mg（OH）2沉淀生成；又由于Ksp[Mg（OH）2]=c（Mg2+）×（10-3）2=5.6×10-12，c（Mg2+）=5.6×10-6＜10-5，无剩余，滤液N中不存在Mg2+，存在Ca2+，c（Ca2+）=0.01mol/L；

（8） 如果pH调制12.5会使氢氧化钙沉淀，会使产品不纯，故不可直接加NaOH固体调整pH=12.5。