Question

9．工業(yè)碳酸鈉（純度約為98%）中常含有Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Clˉ和SO₄²ˉ等雜質(zhì)．為了提純工業(yè)碳酸鈉，并獲得試劑級碳酸鈉，采取工藝流程如圖所示：

已知：Ⅰ．碳酸鈉的飽和溶液在不同溫度下析出的溶質(zhì)如下圖所示：

Ⅱ．有關(guān)物質(zhì)的溶度積如下

物質(zhì)	CaCO3	MgCO3	Ca（OH）2	Mg（OH）2	Fe（OH）3
Ksp	4.96×10-9	6.82×10-6	4.68×10-6	5.61×10-12	2.64×10-39

（1）加入NaOH溶液主要為了除去Mg²⁺（填離子符號），發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為MgCO₃+2OH^-=Mg（OH）₂+CO₃^2-、Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓；“沉淀”的主要成份有Mg（OH）₂、Fe（OH）₃、CaCO₃（填化學(xué)式）；
向含有Mg²⁺、Fe³⁺的溶液中滴加NaOH溶液，當(dāng)兩種沉淀共存且溶液的pH=8時，c（Mg²⁺）：c（Fe³⁺）=2.125×10²¹．
（2）熱的Na₂CO₃溶液有較強的去油污能力，其原因是（用離子方程式及必要的文字加以解釋）Na₂CO₃在溶液中存在水解平衡CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，溶液呈堿性，當(dāng)溫度升高時水解平衡正向移動，使溶液堿性增強，故去油污能力增強．
（3）“趁熱過濾”時的溫度應(yīng)控制在高于36℃．
（4）已知：Na₂CO₃•10H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+10H₂O（g）△H=+532.36kJ•mol^-1
Na₂CO₃•10H₂O（s）=Na₂CO₃•H₂O（s）+9H₂O（g）△H=+473.63kJ•mol^-1
寫出Na₂CO₃•H₂O脫水反應(yīng)的熱化學(xué)方程式Na₂CO₃•H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73KJ/mol．
（5）有人從“綠色化學(xué)”角度設(shè)想將“母液”沿流程圖中虛線所示進(jìn)行循環(huán)使用．請你分析實際生產(chǎn)中是否可行不可行，其理由是若“母液”循環(huán)使用，則溶液c（Cl^-）和c（SO₄^2-）增大，最后所得產(chǎn)物Na₂CO₃中混有雜質(zhì)．

Answer 1

分析 工業(yè)碳酸鈉（純度約為98%）中含有Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、和Cl^-、SO₄²ˉ等雜質(zhì)，加入水溶解后加入氫氧化鈉溶液過濾得到濾液通過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，趁熱過濾得到碳酸鈉晶體，加熱脫水得到實際級碳酸鈉，母液重新溶解循環(huán)使用；
（1）因工業(yè)碳酸鈉中含有Mg²⁺，F(xiàn)e³⁺，Ca²⁺，所以“除雜”中加入過量的NaOH溶液，可生成Mg（OH）₂、Fe（OH）₃、CaCO₃沉淀；
（2）根據(jù)碳酸鈉溶液中碳酸根離子的水解是吸熱反應(yīng)判斷；
（3）使析出的晶體為Na₂CO₃•H₂O，防止因溫度過低而析出Na₂CO₃•10H₂0晶體或Na₂CO₃•7H₂0晶體，36℃是一個轉(zhuǎn)折點；
（4）通過觀察兩個熱化學(xué)方程式，利用蓋斯定律來計算焓變即可；
（5）分析“母液”中存在的離子，若參與循環(huán)，將使離子濃度增大，對工業(yè)生產(chǎn)中哪個環(huán)節(jié)有所影響．

解答 解：（1）碳酸鈉中含有Mg²⁺，F(xiàn)e³⁺，Ca²⁺，所以“除雜”中加入過量的NaOH溶液，可生成Mg（OH）₂、Fe（OH）₃、CaCO₃沉淀，主要是除去鎂離子，濾渣的主要成分為Mg（OH）₂、Fe（OH）₃、CaCO₃，發(fā)生的發(fā)應(yīng)有：Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，MgCO₃+2OH^-=Mg （OH） ₂↓+CO₃^2-，Mg²⁺+2OH^-=Mg （OH） ₂↓，當(dāng)兩種沉淀共存且溶液的pH=8時，c（OH^-）=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-8}}$=10^-6mol/L；
c（Mg²⁺）：c（Fe³⁺）=$\frac{Ksp（Mg（OH）_{2}）}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$：$\frac{Ksp（Fe（OH）_{3}）}{{c}^{3}（O{H}^{-}）}$=$\frac{5.61×1{0}^{-12}}{（1{0}^{-8}）^{2}}$：$\frac{2.64×1{0}^{-39}}{（1{0}^{-8}）^{3}}$=2.125×10²¹；
故答案為：Mg²⁺；MgCO₃+2OH^-=Mg（OH ）₂↓+CO₃^2-； Mg²⁺+2OH^-=Mg （OH） ₂↓；Mg（OH）₂、Fe（OH）₃、CaCO₃；2.125×10²¹；
（2）熱的Na₂CO₃溶液有較強的去油污能力，是由于Na₂CO₃在溶液中存在水解平衡CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，溶液呈堿性，當(dāng)溫度升高時水解平衡正向移動，使溶液堿性增強，故去油污能力增強，
故答案為：Na₂CO₃在溶液中存在水解平衡CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，溶液呈堿性，當(dāng)溫度升高時水解平衡正向移動，使溶液堿性增強，故去油污能力增強；
（3）“趁熱過濾”的原因是使析出的晶體為Na₂CO₃•H₂O，防止因溫度過低而析出Na₂CO₃•10H₂0晶體或Na₂CO₃•7H₂0晶體，所以溫度高于36℃，
故答案為：高于36℃；
（4）通過觀察兩個熱化學(xué)方程式，利用蓋斯定律，可將兩式相減得到Na₂CO₃•H₂O（S）═Na₂CO₃（s）+H₂O（g），
即Na₂CO₃•H₂O（S）═Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73kJ/mol，
故答案為：Na₂CO₃•H₂O（S）═Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73kJ/mol；
（5）若“母液”循環(huán)使用，則溶液c（Cl^-）和c（SO₄^2-）增大，最后所得產(chǎn)物Na₂CO₃中混有雜質(zhì)，這樣不符合該提純工藝，
故答案為：不可行；若“母液”循環(huán)使用，則溶液c（Cl^-）和c（SO₄^2-）增大，最后所得產(chǎn)物Na₂CO₃中混有雜質(zhì)．

點評 本題考查了物質(zhì)的分離、提純及物質(zhì)的制取等知識，題目難度中等，本題是一道比較綜合的試題題，有利于考查學(xué)生分析和解決問題的能力．