Question

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(yīng)后過濾，向濾液中通入CO₂，期望得到Na₂CO₃．三元體系中反應(yīng)的離子方程式為：SO₄^2-+Ca（OH）₂（s）+2H₂O?CaSO₄•2H₂O（s）+2OH^-該反應(yīng)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(zhì)，控制pH=12.3[即c（OH^-）=0.02mol/L]，可使反應(yīng)在常溫下容易進行．反應(yīng)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(zhì)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(zhì)的理由：酸性物質(zhì)與OH^-反應(yīng)，使平衡向生成CaSO₄•2H₂O的方向進行；
以HA表示所添加的物質(zhì)，則總反應(yīng)的離子方程式可寫為SO₄^2-+Ca（OH）₂+2HA?CaSO₄•2H₂O↓+2A^-．
（5）Na₂CO₃溶液中存在水解平衡：CO₃^2-+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．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)平衡常數(shù)的表達式寫出該反應(yīng)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(zhì)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�。�
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(yīng)SO₄^2-+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(zhì)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(zhì)，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(zhì)，由于HA酸性要小于碳酸酸性，反正方程式中應(yīng)該寫成分子式，所以總反應(yīng)的離子方程式為SO₄^2-+Ca（OH）₂+2HA?CaSO₄•2H₂O↓+2A^-，
故答案為：酸性物質(zhì)與OH^-反應(yīng)，使平衡向生成CaSO₄•2H₂O的方向進行；SO₄^2-+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CO₃^2-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CO₃^2-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(guān)鍵，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學實驗能力．