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(jí)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)CaCO3MgCO3Ca(OH)2Mg(OH)2Fe(OH)3
Ksp4.96×10-96.82×10-64.68×10-65.61×10-122.64×10-39
(1)加入NaOH溶液主要為了除去Mg2+(填離子符號(hào)),發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為MgCO3+2OH-=Mg(OH)2+CO32-、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(shí),c(Mg2+):c(Fe3+)=2.125×1021
(2)熱的Na2CO3溶液有較強(qiáng)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CO32-+H2O?HCO3-+OH-,溶液呈堿性,當(dāng)溫度升高時(shí)水解平衡正向移動(dòng),使溶液堿性增強(qiáng),故去油污能力增強(qiáng).
(3)“趁熱過濾”時(shí)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(qǐng)你分析實(shí)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(SO42-)增大,最后所得產(chǎn)物Na2CO3中混有雜質(zhì).

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(shí)際級(jí)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(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn);
(4)通過觀察兩個(gè)熱化學(xué)方程式,利用蓋斯定律來計(jì)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(duì)工業(yè)生產(chǎn)中哪個(gè)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↓+CO32-,Mg2++2OH-=Mg (OH) 2↓,當(dāng)兩種沉淀共存且溶液的pH=8時(shí),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↓+CO32-; Mg2++2OH-=Mg (OH) 2↓;Mg(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3;2.125×1021;
(2)熱的Na2CO3溶液有較強(qiáng)的去油污能力,是由于Na2CO3在溶液中存在水解平衡CO32-+H2O?HCO3-+OH-,溶液呈堿性,當(dāng)溫度升高時(shí)水解平衡正向移動(dòng),使溶液堿性增強(qiáng),故去油污能力增強(qiáng),
故答案為:Na2CO3在溶液中存在水解平衡CO32-+H2O?HCO3-+OH-,溶液呈堿性,當(dāng)溫度升高時(shí)水解平衡正向移動(dòng),使溶液堿性增強(qiáng),故去油污能力增強(qiáng);
(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(gè)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(SO42-)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(SO42-)增大,最后所得產(chǎn)物Na2CO3中混有雜質(zhì).

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的分離、提純及物質(zhì)的制取等知識(shí),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.

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