Question

我国是世界产镁大国，金属镁的产量居世界前列。一种由白云石(主要成分为CaO▪MgO，含少量SiO₂、A1₂O₃、Fe₂O₃等杂质)冶炼金属镁的工艺流程如图：

已知：萤石的主要成分是CaF₂，用于降低真空还原反应的活化能。

回答下列问题：

(1)①粉碎的主要目的________。

②萤石在真空还原反应中的作用是________(填标号)。

A.氧化剂     B.还原剂     C.催化剂

(2)Mg²⁺、Ca²⁺、Fe³⁺、Fe²⁺、A1³⁺五种离子的氧化性由强到弱的顺序为Fe³⁺>Fe²⁺>___（用离子符号表示）。

(3)结合流程以及如图温度对MgO还原率的影响关系，真空还原反应温度的最佳选择为___；高温真空还原时，CaO、MgO和FeSi反应生成单质镁的化学方程式为___。

(4)液态镁浇铸成镁锭时，通入的保护气不可选用N₂或CO₂，其原因是_______。

(5)镁锭冷却后，用酸性K₂Cr₂O₇溶液进行表面钝化形成致密的氧化物保护膜，还原产物为Cr³⁺。该反应的离子方程式为________。

(6)为测定镁锭的纯度，称取a g除去氧化膜的成品镁锭样品溶于足量稀硫酸中，配成250 mL溶液。取25 mL该溶液，用0.1000 mol/L的EDTA标准溶液进行滴定(杂质不干扰滴定），三次滴定平均消耗EDTA标准溶液V mL(己知Mg²⁺与EDTA反应的化学计量数之比为1：1)。该样品的纯度为___%。

Answer

增大反应物表面积，加快反应速率 C Al3+>Mg2+>Ca2+ 1200℃ 2(CaO·MgO)+FeSi 2CaO·SiO2+Fe+2Mg↑ 镁在较高温度下会和N2或CO2发生反应 3Mg+8H++Cr2O72-=3MgO+2Cr3++4H2O

【解析】

白云石主要成分为CaO▪MgO，还含有杂质SiO2、A12O3、Fe2O3等，经粉碎后与萤石、FeSi在高温下反应产生炉渣2CaO·SiO2及Fe、Mg、Al，其中萤石的作用是降低真空还原反应的活化能，将得到的镁蒸气经惰性气体冷凝后浇铸呈固态，为防止Mg锭氧化变质，常用酸性重铬酸钾溶液氧化，使Mg表面产生一层致密的氧化物保护膜，就得到成品镁锭。

(1)①粉碎白云石的主要目的增大反应物表面积，加快反应速率；

②萤石在真空还原反应中降低了反应的活化能，使更多的物质快速反应，因此其作用是作催化剂，故合理选项是C；

(2)元素的金属性越强，其相应的离子的氧化性就越弱。由于元素金属性Ca>Mg>Al>Fe，所以Mg2+、Ca2+、Fe3+、Fe2+、A13+五种离子的氧化性由强到弱的顺序为Fe3+>Fe2+> Al3+>Mg2+>Ca2+；

(3)根据图示可知在温度为900～1000℃时，MgO还原率较低，此后随着温度的升高，MgO还原率逐渐增大，当温度为1200℃时还原率接近90%，此后温度升高，还原率变化不大，故真空还原反应选择的最佳温度为1200℃；根据图示可知：高温真空还原时，CaO、MgO和FeSi反应生成单质Mg、2CaO·SiO2、Fe，该反应的化学方程式为2(CaO·MgO)+FeSi 2CaO·SiO2+Fe+2Mg↑；

(4)Mg在较高温度下能够与N2反应产生Mg3N2，能够与CO2反应产生MgO和C单质，所以液态镁浇铸成镁锭时，通入的保护气不可选用N2或CO2；

(5)在酸性条件下，Mg能够被K2Cr2O7氧化为MgO，同时K2Cr2O7被还原产生Cr2(SO4)3，反应的离子方程式为：3Mg+8H++Cr2O72-=3MgO+2Cr3++4H2O；

(6)Mg与H2SO4反应产生MgSO4和H2，MgSO4与EDTA标准溶液反应，由于Mg2+与EDTA反应的物质的量的比是1：1，故关系式为Mg～Mg2+～EDTA，a g除去氧化膜的镁锭溶于硫酸后形成250 mL溶液，25 mL溶液反应消耗0.1000 mol/LEDTA标准溶液V mL，其物质的量为n(EDTA)=0.1000 mol/L×V×10-3 L= V×10-4 mol，则250 mL溶液消耗EDTA标准溶液的物质的量为n(EDTA)总=×V×10-4 mol=V×10-3 mol，则n(Mg)= n(EDTA)总=V×10-3 mol，m(Mg)=n·M= V×10-3 mol×24 g/mol=2.4V×10-2 g，所以该样品的纯度为×100%=%。