Question

6．四川省鈣芒硝礦（主要成分CaSO₄•Na₂SO₄）資源豐富．鈣芒硝礦可生產(chǎn)具有廣泛用途的芒硝（Na₂SO₄•10H₂O）和元明粉（Na₂SO₄），其簡(jiǎn)要生產(chǎn)流程如圖1所示．

請(qǐng)回答下列問題：
（1）浸取Na₂SO₄時(shí)，加入少量Na₂CO₃可使鈣芒硝礦中的部分CaSO₄轉(zhuǎn)化為CaCO₃，破壞鈣芒硝礦結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)Na₂SO₄的浸取．CaSO₄能轉(zhuǎn)化為CaCO₃的原因是碳酸鈣溶解度小于硫酸鈣
（2）向Na₂SO₄的浸取液中加入適量燒堿和純堿，Ca²⁺和Mg²⁺分別生成CaCO₃、Mg（OH）₂（填寫化學(xué)式）被過濾除去．
（3）根據(jù)如圖2溶解度曲線，可采用冷卻結(jié)晶法從含少量NaCl的Na₂SO₄飽和溶液中制得芒硝的原因是：
40°C內(nèi)，Na₂SO₄•10H₂O的溶解度隨溫度的降低顯著減小，而NaCl的溶解度基本不變，冷卻時(shí)只有Na₂SO₄•10H₂O結(jié)晶析出
（4）已知：25℃、101kPa時(shí)，2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-222kJ/mol
4Na₂SO₃（s）=3Na₂SO₄（s）+Na₂S（s）△H=-122kJ/mol
2Na₂SO₃ （s）+O₂（g）=2Na₂SO₄（s）△H=-572kJ/mol
元明粉經(jīng)碳還原制備Na₂S的熱化學(xué)方程式是Na₂SO₄（s）+4C（s）=Na₂S（s）+4CO（g）△=+578KJ/mol
（5）如圖3，用惰性電極電解Na₂SO₄溶液，陽極區(qū)制得H₂SO₄溶液，陰極區(qū)制得NaOH溶液．其電解總反應(yīng)的化學(xué)方程式是2Na₂SO₄+6H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂SO₄+4NaOH+2H₂↑+O₂↑．
（6）芒硝加熱至70℃時(shí)，得到Na₂SO₄的飽和溶液（結(jié)晶水作溶劑，忽略加熱過程中水的蒸發(fā)）和無水Na₂SO₄．若3220kg芒硝加熱到70℃時(shí)，可析出元明粉（Na₂SO₄）的質(zhì)量是610Kg．

Answer 1

分析 芒硝礦（主要成分CaSO₄•Na₂SO₄）資源豐富．鈣芒硝礦可生產(chǎn)具有廣泛用途的芒硝（Na₂SO₄•10H₂O）和元明粉（Na₂SO₄），芒硝礦加入碳酸鈉溶液浸取Na₂SO₄時(shí)，利用碳酸鈣溶解度小于硫酸鈣，加入少量Na₂CO₃可使鈣芒硝礦中的部分CaSO₄轉(zhuǎn)化為CaCO₃，得到濾液含有Mg²⁺，Ca²⁺，Cl^-，加入燒堿沉淀鎂離子，加入碳酸鈉除去鈣離子過濾濃縮得到含氯離子的硫酸鈉溶液，濃縮結(jié)晶過濾得到芒硝，70°C加熱得到Na₂SO₄的飽和溶液（結(jié)晶水作溶劑，忽略加熱過程中水的蒸發(fā)）和無水Na₂SO₄；
（1）碳酸鈣比硫酸鈣難溶，加入碳酸鈉溶液使CaSO₄能轉(zhuǎn)化為CaCO₃；
（2）加入碳酸鈉溶液沉淀鈣離子生成碳酸鈣沉淀，加入氫氧化鈉沉淀鎂離子生成氫氧化鎂沉淀；
（3）圖象分析可知40°C內(nèi)，Na₂SO₄•10H₂O的溶解度隨溫度的降低顯著減小，而NaCl的溶解度基本不變；
（4）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算所得熱化學(xué)方程式；
（5）用惰性電極電解Na₂SO₄溶液，陽極區(qū)是氫氧根離子失電子生成氧氣，氫離子濃度增大制得H₂SO₄溶液，陰極區(qū)是氫離子得到電子生成氫氣，氫氧根離子濃度增大制得NaOH溶液；
（6）70℃時(shí)硫酸鈉溶解度為45g，計(jì)算3220kg芒硝中結(jié)晶水的質(zhì)量和硫酸鈉質(zhì)量，結(jié)合溶解度計(jì)算溶解的硫酸鈉質(zhì)量，得到元明粉（Na₂SO₄）的質(zhì)量；

解答 解：芒硝礦（主要成分CaSO₄•Na₂SO₄）資源豐富．鈣芒硝礦可生產(chǎn)具有廣泛用途的芒硝（Na₂SO₄•10H₂O）和元明粉（Na₂SO₄），芒硝礦加入碳酸鈉溶液浸取Na₂SO₄時(shí)，利用碳酸鈣溶解度小于硫酸鈣，加入少量Na₂CO₃可使鈣芒硝礦中的部分CaSO₄轉(zhuǎn)化為CaCO₃，得到濾液含有Mg²⁺，Ca²⁺，Cl^-，加入燒堿沉淀鎂離子，加入碳酸鈉除去鈣離子過濾濃縮得到含氯離子的硫酸鈉溶液，濃縮結(jié)晶過濾得到芒硝，70°C加熱得到Na₂SO₄的飽和溶液（結(jié)晶水作溶劑，忽略加熱過程中水的蒸發(fā)）和無水Na₂SO₄；
（1）浸取Na₂SO₄時(shí)，加入少量Na₂CO₃可使鈣芒硝礦中的部分CaSO₄轉(zhuǎn)化為CaCO₃，破壞鈣芒硝礦結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)Na₂SO₄的浸�。瓹aSO₄能轉(zhuǎn)化為CaCO₃的原因是碳酸鈣比硫酸鈣難溶，加入碳酸鈉溶液使CaSO₄能轉(zhuǎn)化為CaCO₃，
故答案為：碳酸鈣溶解度小于硫酸鈣；
（2）加入碳酸鈉溶液沉淀鈣離子生成碳酸鈣沉淀，化學(xué)式為CaCO₃，加入氫氧化鈉沉淀鎂離子生成氫氧化鎂沉淀化學(xué)式為Mg（OH）₂，
故答案為：CaCO₃；Mg（OH）₂；
（3）采用冷卻結(jié)晶法從含少量NaCl的Na₂SO₄飽和溶液中制得芒硝的原因是，圖象分析可知40°C內(nèi)，Na₂SO₄•10H₂O的溶解度隨溫度的降低顯著減小，而NaCl的溶解度基本不變，冷卻時(shí)只有Na₂SO₄•10H₂O結(jié)晶析出，
故答案為：40°C內(nèi)，Na₂SO₄•10H₂O的溶解度隨溫度的降低顯著減小，而NaCl的溶解度基本不變，冷卻時(shí)只有Na₂SO₄•10H₂O結(jié)晶析出；
（4）依據(jù)熱化學(xué)方程式和蓋斯定律計(jì)算所得熱化學(xué)方程式，
①2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-222kJ/mol
②4Na₂SO₃（s）=3Na₂SO₄（s）+Na₂S（s）△H=-122kJ/mol
③2Na₂SO₃ （s）+O₂（g）=2Na₂SO₄（s）△H=-572kJ/mol
依據(jù)蓋斯定律計(jì)算得到，（①-③）×2+②得到元明粉經(jīng)碳還原制備Na₂S的熱化學(xué)方程式是：Na₂SO₄（s）+4C（s）=Na₂S（s）+4CO（g）△=+578KJ/mol，
故答案為：Na₂SO₄（s）+4C（s）=Na₂S（s）+4CO（g）△=+578KJ/mol；
（5）用惰性電極電解Na₂SO₄溶液，陽極區(qū)是氫氧根離子失電子生成氧氣，氫離子濃度增大制得H₂SO₄溶液，陰極區(qū)是氫離子得到電子生成氫氣，氫氧根離子濃度增大制得NaOH溶液，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Na₂SO₄+6H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂SO₄+4NaOH+2H₂↑+O₂↑，
故答案為：2Na₂SO₄+6H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2H₂SO₄+4NaOH+2H₂↑+O₂↑；
（6）70℃時(shí)硫酸鈉溶解度為45g，計(jì)算3220kg芒硝中結(jié)晶水的質(zhì)量=3220Kg×$\frac{18×10}{322}$=1800kg，含有硫酸鈉質(zhì)量=3220kg-1800kg=1420kg，結(jié)合溶解度計(jì)算溶解的硫酸鈉質(zhì)量為x，
100g：45g=1800g：x
x=810kg
得到元明粉（Na₂SO₄）的質(zhì)量=1420kg-810kg=610kg，
故答案為：610；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)分離提純的方法和流程分析判斷，主要是實(shí)驗(yàn)操作和物質(zhì)性質(zhì)的理解應(yīng)用，掌握題干信息和活性基礎(chǔ)是關(guān)鍵，題目難度中等．