Question

5．冬日，雪花漫舞，給人帶來美的享受，但降雪卻會(huì)導(dǎo)致道路通行問題．現(xiàn)有一種高速公路 的綠色融雪劑-CMA（醋酸鈣、醋酸鎂固體的混合物，已知醋酸鈣的溶解度隨溫度上升而下降，醋酸鎂的溶解度隨溫度變化不大），其生產(chǎn)常以白云石（主要成分 MgCO₃•CaCO₃，含SiO₂等雜質(zhì)）和生物質(zhì)廢液--木醋液（主要成分乙酸，以及少量的甲醇、苯 酚、焦油等雜質(zhì)）等為原料，流程如圖1：

（1）步驟①發(fā)生的反應(yīng)離子方程式為MgCO₃•CaCO₃+4CH₃COOH=Ca²⁺+Mg²⁺+4CH₃COO^-+2CO₂↑+2H₂O．
（2）濾渣1的主要成分與NaOH溶液反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為Si0₂（s）+2NaOH（aq）=Na₂SiO₃（aq）+H₂O（l）．△H=-2QkJ/mol
（己知l mol NaOH發(fā)生反應(yīng)時(shí)放出熱量為QkJ）；步驟②所得濾液常呈褐色，分析可知其原因主要是木醋液中含有少量的有色的焦油以及實(shí)驗(yàn)過程中苯酚被空氣中氧氣氧化最終產(chǎn)生褐色物質(zhì)．
（3）已知CMA中鈣、鎂的物質(zhì)的量之比與出水率（與融雪 效果成正比）關(guān)系如圖2所示，步驟④的目的除調(diào)節(jié) n（Ca）：n（Mg） 約為C（選填：A：1：3； B：1：2； C：3：7；D：2：3）外，另一目的是除去過量的乙酸．
（4）步驟⑥包含的操作有蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、洗滌及干燥．
（5）取akg含MgCO₃•CaCO₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為b%的白云石，經(jīng) 過上述流程制備CMA．已知MgCO₃•CaCO₃的損失率為 c%，步驟④之后到產(chǎn)品CMA的損失率為d%，則結(jié)合（3）可知所得產(chǎn)品質(zhì)量約為$[\frac{a×b%×（1-c%）×158}{184}+\frac{a×b%×（1-c%）×\frac{7}{3}×142}{184}]×（1-d%）$kg（請(qǐng)用含相關(guān)字母的計(jì)算式表達(dá)，不必化簡）．

Answer 1

分析 根據(jù)流程圖可知，白云石（主要成分MgCO₃•CaCO₃，含SiO₂等雜質(zhì)）與木醋液（主要成分乙酸）反應(yīng)生成醋酸鈣和醋酸鎂，過濾得濾渣1為二氧化硅，濾液中主要溶質(zhì)是醋酸鈣和醋酸鎂，加入活性碳脫色，再加入氧化鎂，調(diào)節(jié)溶液中n（Ca）：n（Mg）的值，過濾，除去混合液中固體雜質(zhì)，得醋酸鈣和醋酸鎂溶液，將濾液蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、洗滌及干燥得CMA．
（1）步驟①M(fèi)gCO₃•CaCO₃與CH₃COOH的反應(yīng)生成醋酸鈣和醋酸鎂；
（2）己知lmol NaOH與二氧化硅發(fā)生反應(yīng)時(shí)放出熱量為QkJ，則反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為Si0₂（s）+2NaOH（aq）=Na₂SiO₃（aq）+H₂O（l），△H=-2QkJ/mol，
步驟②所得濾液常呈褐色，顏色除與木醋液中含有少量的有色的焦油有關(guān)外，產(chǎn)生顏色的另一主要原因是實(shí)驗(yàn)過程中苯酚被空氣中氧氣氧化最終產(chǎn)生褐色物質(zhì)；
（3）根據(jù)如圖2所示鈣、鎂的物質(zhì)的量之比與出水率（與融雪效果成正比）關(guān)系，可知，當(dāng)n（Ca）：n（Mg）約為3：7時(shí)，出水率最高；
（4）根據(jù)上面的分析可知，步驟⑥包含的操作有 蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、洗滌及干燥；
（5）取akg含MgC0₃•CaC0₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為b%的白云石，經(jīng)過上述流程制備CMA．已知MgC0₃'•CaC0₃的損失率為c%，則可得n（Ca（CH₃COO）₂）=$\frac{a×b%（1-c%）}{184}$×10³mol，
n（Mg（CH₃COO）₂）=$\frac{a×b%（1-c%）}{184}$×10³×$\frac{7}{3}$mol，步驟④之后到產(chǎn)品CMA的損失率為d%，以此計(jì)算產(chǎn)量．

解答 解：（1）步驟①發(fā)生的反應(yīng)離子方程式為 MgCO₃•CaCO₃+4CH₃COOH=Ca²⁺+Mg²⁺+4CH₃COO^-+2CO₂↑+2H₂O，
故答案為：MgCO₃•CaCO₃+4CH₃COOH=Ca²⁺+Mg²⁺+4CH₃COO^-+2CO₂↑+2H₂O；
（2）己知lmol NaOH與二氧化硅發(fā)生反應(yīng)時(shí)放出熱量為QkJ，則反應(yīng)的熱化學(xué)方程式為Si0₂（s）+2NaOH（aq）=Na₂SiO₃（aq）+H₂O（l），△H=-2QkJ/mol，
步驟②所得濾液常呈褐色，顏色除與木醋液中含有少量的有色的焦油有關(guān)外，產(chǎn)生顏色的另一主要原因是實(shí)驗(yàn)過程中苯酚被空氣中氧氣氧化最終產(chǎn)生褐色物質(zhì)，
故答案為：Si0₂（s）+2NaOH（aq）=Na₂SiO₃（aq）+H₂O（l），△H=-2QkJ/mol；實(shí)驗(yàn)過程中苯酚被空氣中氧氣氧化最終產(chǎn)生褐色物質(zhì)；
（3）根據(jù)如圖2所示鈣、鎂的物質(zhì)的量之比與出水率（與融雪效果成正比）關(guān)系，可知，當(dāng)n（Ca）：n（Mg）約為3：7時(shí)，出水率最高，所以步驟④的目的除調(diào)節(jié)n（Ca）：n（Mg）約為3：7，步驟④中加入氧化鎂的目的是調(diào)節(jié)鈣、鎂離子的物質(zhì)的量之比，除去過量的乙酸，
故答案為：C；除去過量的乙酸；
（4）根據(jù)上面的分析可知，步驟⑥包含的操作有 蒸發(fā)結(jié)晶、過濾、洗滌及干燥，
故答案為：蒸發(fā)結(jié)晶；
（5）取akg含MgC0₃•CaC0₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)為b%的白云石，經(jīng)過上述流程制備CMA．已知MgC0₃'•CaC0₃的損失率為c%，則可得n（Ca（CH₃COO）₂）=$\frac{a×b%（1-c%）}{184}$×10³mol，
n（Mg（CH₃COO）₂）=$\frac{a×b%（1-c%）}{184}$×10³×$\frac{7}{3}$mol，步驟④之后到產(chǎn)品CMA的損失率為d%，則可知所得產(chǎn)品質(zhì)量約為：$[\frac{a×b%×（1-c%）×158}{184}+\frac{a×b%×（1-c%）×\frac{7}{3}×142}{184}]×（1-d%）$，
故答案為：$[\frac{a×b%×（1-c%）×158}{184}+\frac{a×b%×（1-c%）×\frac{7}{3}×142}{184}]×（1-d%）$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查CMA的工藝流程，側(cè)重考查學(xué)生閱讀題目獲取信息能力、對(duì)工藝流程的理解、物質(zhì)分離提純與條件控制等，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與綜合運(yùn)用知識(shí)、信息進(jìn)行解決問題的能力．