Question

以菱镁矿(主要成分为MgCO₃、含少量FeCO₃、SiO₂)制备高纯氧化镁的流程如下图所示:

己知：25℃时，指示剂变色pH范围和几种氢氧化物的k_sp及pH的关系如下表:

指示剂	酚酞	甲基酸
变色范围（pH）	8.2-10.0	3.1-4.4

氢氧化物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Mg(OH)2
开始沉淀时pH	1.1	5.9	8.4
沉淀完全时pH	3.7	9.6	10.2
溶度积常数	4×10^-34	8×10^-16	2×10^-13

(1)操作II和III中涉及的分离方法分别是____________、_______________。

(2)残渣I的主要成分是____________，加入H₂O₂的过程中可观察到的现象是___________，其中发生的离子反应方程式是_________________________。

(3)MgSO₄和木炭在800℃煅烧时，只生成MgO和两种气体，将混合气体通入NaOH溶液时，气体被完全吸收。煅烧时发生反应的化学方程式是_____________。

(4)采用滴定法测定溶液II与加入氨水的最佳体积比，可以减少氨水的消粍和Mg²⁺的损失。实验中应选取_______________指示剂，加入氨水是为了沉淀溶液II中的___________离子，若终点时该离子浓度=1.0×10^-5mol·L-¹，则溶液III的 pH=_____________    (己知：lg2=0.3)。

Answer

过滤 蒸发、结晶、过滤 SiO2 溶液变为黄色，有气泡生成 H2O2+2Fe2++2H+＝2Fe3++2H2O 2MgSO4＋C2MgO＋CO2↑＋2SO2↑ 甲基橙 Fe3+ 3.2（pOH＝11﹣lg4＝

【解析】菱锰矿中加入稀硫酸，发生的反应为MgCO3+H2SO4=MgSO4+CO2↑+H2O、FeCO3+H2SO4=FeSO4+H2O+CO2↑，然后过滤得到滤渣Ⅰ和溶液Ⅰ，向溶液Ⅰ中加入双氧水，亚铁离子被氧化生成铁离子，离子反应方程式为2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O，向溶液Ⅱ中加入氨水，并调节溶液的pH为4左右，发生的离子反应为Fe3++3NH3·H2O=Fe(OH)3↓+3NH4+，铁离子转化为沉淀，然后过滤得到滤渣Ⅱ为Fe(OH)3，溶液Ⅲ中含有MgSO4，经过操作Ⅲ蒸发结晶得到MgSO4，最后和木炭煅烧得到MgO和气体。

(1)根据上述分析，操作II和III中涉及的分离方法分别是过滤；蒸发结晶、过滤，故答案为：过滤；蒸发结晶、过滤；

(2)残渣I的主要成分是SiO2，加入H2O2将亚铁离子氧化生成铁离子，铁离子会催化双氧水分解，现象为溶液变为黄色，有气泡生成，其中发生的离子反应方程式是H2O2+2Fe2++2H+＝2Fe3++2H2O，故答案为：SiO2； 溶液变为黄色，有气泡生成；H2O2+2Fe2++2H+＝2Fe3++2H2O；

(3)MgSO4和木炭在800℃煅烧时，只生成MgO和两种气体，应该是二氧化硫和二氧化碳，反应的化学方程式为2MgSO4＋C2MgO＋CO2↑＋2SO2↑，故答案为：2MgSO4＋C2MgO＋CO2↑＋2SO2↑；

(4)铁离子完全沉淀时溶液显酸性，滴定实验中应选取甲基橙指示剂，若终点时该离子浓度=1.0×10-5mol·L-1，根据Ksp[Fe(OH)3]=4×10-34，有c(OH-)==×10-10，则pOH＝11﹣lg4，pH=3+lg4=3.2，故答案为：甲基橙；Fe3+；3.2。