5.某興趣小組探究以芒硝Na2SO4•10H2O和CaO為原料制備Na2CO3
(1)將CaO水化后,與芒硝形成Na2SO4-Ca(OH)2-H2O三元體系,反應后過濾,向濾液中通入CO2,期望得到Na2CO3.三元體系中反應的離子方程式為:SO42-+Ca(OH)2(s)+2H2O?CaSO4•2H2O(s)+2OH-該反應的平衡常數(shù)表達式K=$\frac{c(O{H}^{-})^{2}}{c(S{{O}_{4}}^{2-})}$.往Na2SO4-Ca(OH)2-H2O三元體系中添加適量的某種酸性物質,控制pH=12.3[即c(OH-)=0.02mol/L],可使反應在常溫下容易進行.反應后過濾,再向濾液中通入CO2,進一步處理得到Na2CO3
(2)在Na2SO4-Ca(OH)2-H2O三元體系中不直接通入CO2,其理由是堿性條件下CO2與Ca2+生成難溶物CaCO3
(3)添加的酸性物質須滿足的條件(寫出兩點)是不與Ca2+生成難溶物、酸性比碳酸弱.
(4)用平衡移動原理解釋添加酸性物質的理由:酸性物質與OH-反應,使平衡向生成CaSO4•2H2O的方向進行;
以HA表示所添加的物質,則總反應的離子方程式可寫為SO42-+Ca(OH)2+2HA?CaSO4•2H2O↓+2A-
(5)Na2CO3溶液中存在水解平衡:CO32-+H2O?HCO3-+OH-.下列說法錯誤的是ad.
a.加水稀釋,溶液中所有離子的濃度都減小      
b.通入CO2,溶液pH減小
c.加入NaOH固體,$\frac{c(HC{O}_{3}^{-})}{c(C{O}_{3}^{2-})}$減小              
d.稀釋溶液,平衡常數(shù)增大.

分析 (1)根據(jù)平衡常數(shù)的表達式寫出該反應的平衡常數(shù)表達式;
(2)由于在堿性條件下,CO2與Ca2+生成難溶物CaCO3;
(3)添加的酸性物質不能與Ca2+生成難溶物、酸性比碳酸弱;
(4)氫離子能夠中和氫氧根離子,使平衡向生成CaSO4•2H2O的方向進行;HA的酸性比碳酸酸性弱,寫成分子式;
(5)a、加水溶液堿性減小,氫氧根離子濃度減小,氫離子濃度減小;
b、通入CO2,生成HCO3-
c、氫氧化鈉中的氫氧根離子抑制了碳酸鈉水解;
d、溫度不變,水解平衡常數(shù)不變.

解答 解:(1)根據(jù)平衡常數(shù)表達式,反應SO42-+Ca(OH)2(s)+2H2O?CaSO4•2H2O(s)+2OH-的平衡常數(shù)表達式為:K=$\frac{c(O{H}^{-})^{2}}{c(S{{O}_{4}}^{2-})}$,
故答案為:$\frac{c(O{H}^{-})^{2}}{c(S{{O}_{4}}^{2-})}$;
(2)在堿性條件下CO2與Ca2+生成難溶物CaCO3,所以不直接通入CO2
故答案為:堿性條件下CO2與Ca2+生成難溶物CaCO3;
(3)添加的酸性物質酸性要比碳酸的弱,且不能與鈣離子生成沉淀,這樣才能生成硫酸鈣晶體,
故答案為:不與Ca2+生成難溶物;酸性比碳酸弱;
(4)加入酸性物質,氫離子可以中和氫氧根離子,使平衡向著生成CaSO4•2H2O的方向進行;以HA表示所添加的酸性物質,由于HA酸性要小于碳酸酸性,反正方程式中應該寫成分子式,所以總反應的離子方程式為SO42-+Ca(OH)2+2HA?CaSO4•2H2O↓+2A-,
故答案為:酸性物質與OH-反應,使平衡向生成CaSO4•2H2O的方向進行;SO42-+Ca(OH)2+2HA?CaSO4•2H2O↓+2A-;
(5)a、加水溶液堿性減小,氫氧根離子濃度減小,氫離子濃度減小,由于氫離子和氫氧根離子濃度的乘積相同,所以氫離子濃度增大,故a錯誤;
b、通入CO2,生成HCO3-;由于HCO3-的水解程度小于CO32-的水解程度,所以溶液堿性減小,PH減小,故b正確;
c、氫氧化鈉中的氫氧根離子抑制了碳酸鈉水解,所以CO32-的濃度增大,則$\frac{c(HC{{O}_{3}}^{-})}{c(C{{O}_{3}}^{2-})}$減小,故c正確;
d、溫度不變,水解平衡常數(shù)不變,故d錯誤;
故答案為:ad.

點評 本題考查了硫酸鈣晶體的制取,涉及了化學平衡常數(shù)表達式書寫、試劑選擇等知識,是一道比較綜合的練習,難度中等,明確實驗目的、實驗原理為解答關鍵,試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學實驗能力.

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