由“卤块”制“轻质氧化镁”的工艺流程

文章编号：1005－6629(2009)03－0080－02中图分类号：G632.479文献标识码：B

［题目］“卤块”的主要成分为MgCl2(含Fe2+、Fe3+、Mn2+等杂质离子)，若以它为原料，按如下工艺流程图，即可制得“轻质氧化镁”。

如果要求产品尽量不含杂质离子，而且成本较低。流程中所用试剂或pH控制可参考下列附表确定。

*Fe2+氢氧化物呈絮状，不易从溶液中除去，所以常将它氧化成为Fe3+，生成沉淀Fe(OH)3而除去。

请填写以下空白：

(1)在步骤②中加入的物质X，最佳选择应是___，其作用是____。

(2)在步骤③中加入的物质Y应是_____，之所以要控制pH=9.8的目的是_____。

(3)在步骤⑤时发生反应的化学方程式是_______________。

［命题意图］本题为1997年高考试测题，取材于轻质氧化镁的生产工艺。此题的编制基于轻质氧化镁有多种工业用途，作为橡胶增强剂是其重要应用之一。同时，还显示出海水的综合利用，因为卤块是海水制盐的副产品。

试题给出了生产的工艺流程，意在让学生初步感受到学习化学的学科价值―学以致用，学有所用，化学创造美好生活。试图重点考查学生查阅和应用数据的能力，将经济价值观与化学反应的选择结合在一起考查学生的评价决策能力。

题中给出的是一个合理的工艺流程，步骤亦不算复杂，所以按流程步骤顺序思索，并不困难。关键是解题中要求学生能应用数据来判断问题、解决问题，善于调取已形成的知识网络，把在暂时硬水软化中学到的知识迁移到轻质氧化镁的生产里来。

［解题思路］本题涉及到较多文字、一个流程图、两张表格等，对于这种类型的题目，宜先看问题后看正文，带着问题阅读。针对题目给出的或平行或阶梯形的信息，找出其中的联系。

为除去Fe2+、Fe3+、Mn2+等离子，从表1可以看出，当加入烧碱控制在pH=9.8时即可达到目的。此时Mg2+也会因生成部分 Mg(OH)2 而进入沉淀中，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，其结果是保证了产品的纯度。

由表1注：Fe2+氢氧化物呈絮状，不易从溶液中除去，常将它氧化成为Fe3+，生成沉淀Fe(OH)3而除去。所以加入的试剂X应该是一种氧化剂。为将Fe2+氧化成Fe3+，由表2可看出两种氧化剂可以采用，即漂液和过氧化氢。多中选优，从表2中的价格可看出，前者比后者便宜得多，应选用漂液。

从氯化镁制成氧化镁，有两条反应路线：

其一，烧碱路线：MgCl2 Mg(OH)2

MgO

其二，纯碱路线：MgCl2 MgCO3 MgO

烧碱比纯碱价格昂贵，生成的中间产物氢氧化镁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，因而只能得重质氧化镁。由此可见，烧碱路线应当摒弃。

纯碱价格低，生成的中间产物碳酸镁呈粗颗粒状，易过滤。碳酸镁在水中经一定时间的加热会有部分因水解形成了二氧化碳：

MgCO3+H2O Mg(OH)2+CO2

由于二氧化碳的放出使沉淀变为多孔疏松，经灼烧分解得到的氧化镁也多孔疏松、质轻。

［试题点评］

1.这是一道以流程形式呈现的实验题，主题结合工业生产实际考查无机化合物(轻质氧化镁)的转化生成、分离、提纯问题。涉及了金属元素(Mg、Fe、Mn)及其化合物相互转化的知识和信息加工、迁移能力，逻辑推理和逆向思维能力。

2.试题以选择原料、评价生产方法来设问，突出了自学能力和评价能力的考查，展现了化工生产价值观念的重要意义，从而促成学生将对化学反应的认识与社会生产相结合，考查了学生全方位联系实际的创新精神。

3.工艺流程中所涉及的生产实际步骤并不复杂，关键是选取试剂要合理――既要达到产品质量要求，又要成本低廉，考查学生分析问题的能力。试题强调了生产中的经济效益，立意指向化学学习的价值观，这是一种对思维作较深刻的考查，也是适应市场经济大背景下的对学生综合能力的培养和测试。

4.试题中包含了一个生产目的，多种达到的生产途径。要求学生通过分析和综合、比较和认证，权衡利弊，多中选优，优化组合，进而选择出解决问题的最佳方案。问题解决要求有较扎实的化学功底和较强的评判能力。

5.该试题属于推理判断题，判断的侧重点是选择需要加入的试剂，而试剂的选择不仅要考虑化学反应的需要，还要求考虑价格因素，这是本题的新颖独特之处，因此对近十年来中学化学教学起到了较好的引领作用。本题能力要求属于综合应用层次，有较高难度，宜作高考化学第三轮复习训练用。

［答案］(1)漂液使Fe2+氧化成为Fe3+；(2)烧碱使除Mg2+以外的各种杂质金属离子都生成氢氧化物沉淀，以便过滤除去。［或使杂质离子(Fe3+、Mn2+)沉淀完全又尽量减少Mg2+损失］；(3)MgCO3+H2O Mg(OH)2+CO2

［使用记录］

解题中步骤②误选过氧化氢，考虑的是过氧化氢不会引入“杂质离子”。我们一起分析一下：在步骤⑤中，我们只需沉淀物，把滤液弃去，因而钠离子和氯离子不会进入产物。

步骤③误选为纯碱，想到的是纯碱比烧碱便宜得多。设想一下，如果将步骤③中的Y改成纯碱，由于纯碱的碱性明显小于烧碱，要使pH升高到9.8必须加大纯碱的用量，就会形成碳酸盐沉淀，而表中无碳酸盐溶解度资料，无法判断除杂的效果，而且碳酸根离子用量增大，可导致生成碳酸镁沉淀，所以加入氢氧化钠为宜。

［拓展延伸］要解决一个物质的制备、合成等实际中的化学问题仅仅从一个方面去分析是远远不够的，往往需要多角度思考：

1.成本角度：要考虑原料(药品)来源、价格。

一般在其他条件相近的情况下，制取等量的物品或达到同样的目的时，消耗的原料或药品越少越好、原料越易得或来源越广泛或价格越便宜的方案越好。

2.环保角度：要考虑化学反应的负面影响。

化学反应在造福人类的同时，也给人类生活及环境带来一些不良影响，因此方案设计、问题分析中要有环保意识。制取等量的物品或达到同样的目的时，发生的变化对环境产生的负面影响越小越好，其中从满足绿色化学的角度看，不产生污染、原料能全部转化为所需制备的产品的方案是最好的方案。

3.现实角度：要考虑反应条件实现的难易。

容易满足的反应条件应是物质制备方案设计时要充分考虑的问题。

4.整体性角度：要考虑产品是否容易分离。

在确定制备方案时，要选用产品单一或产品易于分离的方案。

5.制备角度：要分清楚是实验室制备还是工业制备。

实验室制备通常只需要少量的物质，往往不过多地考虑原料的来源、制取的成本，重要考虑制取操作的简便；工业制备需要制取大量的物质，则更多地考虑原料的来源和制取的成本。

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